JP2024033852A - ショットキーバリアダイオード - Google Patents
ショットキーバリアダイオード Download PDFInfo
- Publication number
- JP2024033852A JP2024033852A JP2022137729A JP2022137729A JP2024033852A JP 2024033852 A JP2024033852 A JP 2024033852A JP 2022137729 A JP2022137729 A JP 2022137729A JP 2022137729 A JP2022137729 A JP 2022137729A JP 2024033852 A JP2024033852 A JP 2024033852A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- schottky barrier
- barrier diode
- trench
- drift layer
- anode electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 title claims abstract description 109
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 74
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 55
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims abstract description 35
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 22
- AJNVQOSZGJRYEI-UHFFFAOYSA-N digallium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Ga+3].[Ga+3] AJNVQOSZGJRYEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 229910001195 gallium oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 230000005684 electric field Effects 0.000 abstract description 13
- 239000010408 film Substances 0.000 description 41
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 7
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 6
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 5
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 5
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 5
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 description 1
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 description 1
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910005191 Ga 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000577 Silicon-germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- -1 fluororesin Polymers 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002248 hydride vapour-phase epitaxy Methods 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 229910052809 inorganic oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 1
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 1
- 238000004549 pulsed laser deposition Methods 0.000 description 1
- 238000005546 reactive sputtering Methods 0.000 description 1
- SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N selenium;zinc Chemical compound [Se]=[Zn] SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/24—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only semiconductor materials not provided for in groups H01L29/16, H01L29/18, H01L29/20, H01L29/22
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/47—Schottky barrier electrodes
-
- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
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、逆方向電圧が加わった場合にドリフト層に生じる電界を緩和する。【解決手段】ショットキーバリアダイオード１は、酸化ガリウムからなる半導体基板２０及びドリフト層３０と、アノード電極４０及びカソード電極５０とを備える。ドリフト層３０は、平面視でアノード電極４０を囲む外周トレンチ３２を有する。外周トレンチ３２は、内周壁３３と、外周壁３４と、底面３５と、内周角部３６と、外周角部３７とを含む。内周壁３３及び内周角部３６は絶縁膜６０を介してアノード電極４０で覆われ、外周角部３７はドリフト層３０とは逆導電型の半導体材料７０で覆われている。これにより、逆方向電圧が加わった場合に、ドリフト層３０内の内周角部３６の周囲に生じる電界が緩和される。【選択図】図１
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に記載されている。
特許文献１に記載された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ドリフト層に平面視でアノード電極を囲む外周トレンチを設け、外周トレンチをドリフト層とは逆導電型の半導体材料によって埋め込んだ構造を有している。このような構造により、逆方向電圧が加わると、外周トレンチ内の半導体材料とドリフト層のポテンシャル差によって外周トレンチの周囲に空乏層が広がることから、アノード電極の角部における電界集中が緩和され、絶縁破壊が生じにくくなる。
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、逆方向電圧が加わった場合に、ドリフト層に生じる電界をより緩和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を備え、ドリフト層は、平面視でアノード電極を囲む外周トレンチを有し、外周トレンチは、内周壁と、外周壁と、底面と、内周壁と底面を繋ぐ内周角部と、外周壁と底面を繋ぐ外周角部とを含み、外周トレンチの内周壁及び内周角部は、絶縁膜を介してアノード電極で覆われ、外周トレンチの外周角部は、ドリフト層とは逆導電型の半導体材料で覆われている。
本発明によれば、逆方向電圧が加わった場合に、ドリフト層内の外周トレンチの内周角部の周囲に生じる電界を緩和することが可能となる。
本発明において、半導体材料がフローティング状態であっても構わない。これによれば、半導体材料に所定の電位を供給する必要がなくなる。
本発明において、ドリフト層は、外周トレンチに囲まれ、アノード電極が埋め込まれた複数の中心トレンチをさらに有していても構わない。これによれば、逆方向電圧が印加されると中心トレンチ間に位置するメサ領域が空乏層となり、ドリフト層のチャネル領域がピンチオフされることから、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。
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、逆方向電圧が加わった場合に、ドリフト層に生じる電界をより緩和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（ａ）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１の構成を示す模式的な平面図である。また、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すＡ－Ａ線に沿った略断面図である。
図１（ａ）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１の構成を示す模式的な平面図である。また、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すＡ－Ａ線に沿った略断面図である。
図１に示すように、第１の実施形態によるショットキーバリアダイオード１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のドーパント濃度は、例えば１×１０１８ｃｍ－３程度、ドリフト層３０のドーパント濃度は、例えば１×１０１６ｃｍ－３程度であっても構わない。
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、１２００Ｖ程度の耐圧を確保するためには、例えば１０μｍ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、ドリフト層３０の上面３１側にリング状の外周トレンチ３２が設けられている。外周トレンチ３２は、ドリフト層３０を上面３１側からエッチングすることによって形成することができる。アノード電極４０は、外周トレンチ３２に囲まれる領域に設けられている。外周トレンチ３２の幅は例えば１０μｍ程度、外周トレンチ３２の深さは例えば２μｍ程度である。
図１に示すように、外周トレンチ３２は、内周壁３３と、外周壁３４と、底面３５と、内周壁３３と底面３５を繋ぐ内周角部３６と、外周壁３４と底面３５を繋ぐ外周角部３７とを含んでいる。内周壁３３及び外周壁３４は、積層方向とほぼ平行、つまりドリフト層３０の上面３１に対してほぼ垂直な外周トレンチ３２の内壁面である。底面３５は、ドリフト層３０の上面３１とほぼ平行な外周トレンチ３２の内壁面である。内周角部３６は、内周壁３３と底面３５を繋ぐ部分であり、外周角部３７は、外周壁３４と底面３５を繋ぐ部分である。内周角部３６及び外周角部３７はほぼ直角であっても構わないし、湾曲していても構わない。内周角部３６及び外周角部３７が湾曲している場合、図２に示すように、内周壁３３と底面３５の間に位置する湾曲面が内周角部３６に相当し、外周壁３４と底面３５の間に位置する湾曲面が外周角部３７に相当する。
そして、本実施形態によるショットキーバリアダイオード１においては、外周トレンチ３２の内周壁３３、内周角部３６及び底面３５の一部が絶縁膜６０を介してアノード電極４０で覆われている。外周トレンチ３２内においては、アノード電極４０とドリフト層３０の間に絶縁膜６０が介在しているため、アノード電極４０はドリフト層３０と直接接しない。絶縁膜６０の材料としては、ＨｆＯ２やＡｌ２Ｏ３など誘電率の高い絶縁材料を用いることが望ましい。また、絶縁膜６０の厚さは、例えば５０ｎｍ程度とすることができる。これらによれば、耐圧効果が高められる。
一方、外周トレンチ３２の外周壁３４、外周角部３７及び底面３５の残りの部分は、ドリフト層３０とは逆導電型である半導体材料７０と接するように覆われている。本実施形態においては、ドリフト層３０の導電型がｎ型であることから、外周トレンチ３２内に位置する半導体材料７０の導電型はｐ型である。図１に示す例では、外周トレンチ３２の底面３５におけるアノード電極４０の端面位置と半導体材料７０の端面位置が一致しており、したがって両者は接触している。半導体材料７０の膜厚は、例えば２００ｎｍである。
半導体材料７０を構成するｐ型の半導体材料としては、Ｓｉ，ＧａＡｓ，ＳｉＣ，Ｇｅ，ＺｎＳｅ，ＣｄＳ，ＩｎＰ，ＳｉＧｅなどの他、ＮｉＯ，Ｃｕ２Ｏ、Ａｇ２Ｏなどのｐ型酸化物半導体を挙げることができる。ｐ型酸化物半導体は酸化の問題がないという利点があり、中でも、ＮｉＯはｐ型導電性だけを示す特殊な材料であり、品質の安定化の観点から最も好ましい材料である。また、ＮｉＯはバンドギャップが３．７ｅＶと大きいことから、酸化ガリウムの高耐圧を生かす材料として望ましい。さらに、アクセプタ濃度を制御するため、ＮｉＯ（９９．９％）に対して０．２～１．０ｍｏｌ％程度のＬｉやＬａをドーパントとして添加しても構わない。アクセプタ濃度は５×１０１７ｃｍ－３以上であることが好ましく、製造安定性の面からは５×１０１８ｃｍ－３以上、例えば１×１０１９ｃｍ－３程度であることがより好ましい。これは、アクセプタ濃度が低いと半導体材料７０が空乏化してしまい、所望の機能が得られない恐れがあるからである。このため、アクセプタ濃度は高いほど好ましい。しかしながら、アクセプタ濃度が１×１０２２ｃｍ－３を超えると膜の特性が劣化する恐れがあるため、５×１０２１ｃｍ－３程度以下であることが好ましい。
ここで、半導体材料７０を構成するｐ型酸化物が完全なアモルファス状態であると、デバイス製造中の加熱工程において意図せず結晶化してしまい、特性が不安定となるおそれがある。この点を考慮すれば、外周トレンチ３２内にｐ型酸化物を形成した時点で、例えば体積比で５０％程度結晶化させておくことにより、デバイス製造中の加熱工程における結晶化の影響を低減することができる。
図３は、１２００Ｖの逆方向電圧を印加した場合にドリフト層３０に加わる電界強度と平面位置の関係を示すグラフであり、実線は本実施形態によるショットキーバリアダイオード１の特性を示し、破線は図４に示す比較例によるショットキーバリアダイオードの特性を示している。図４に示す比較例によるショットキーバリアダイオードは、外周トレンチ３２の全内壁がドリフト層３０とは逆導電型である半導体材料７０で覆われている点において、本実施形態によるショットキーバリアダイオード１と相違している。
図３に示すように、外周壁３４が設けられた平面位置においては、本実施形態によるショットキーバリアダイオード１と比較例によるショットキーバリアダイオードの電界強度に差はないが、内周壁３３が設けられた平面位置においては、本実施形態によるショットキーバリアダイオード１の方が比較例によるショットキーバリアダイオードよりも電界強度が大幅に低減されていることが分かる。尚、内周壁３３と外周壁３４の間において部分的に電界強度が高くなっているのは、底面３５におけるアノード電極４０と半導体材料７０の境界位置に相当する。
このように、本実施形態によるショットキーバリアダイオード１によれば、逆方向電圧が印加された場合にドリフト層３０の内周壁３３近傍に加わる電界強度を緩和することが可能となる。
＜第２の実施形態＞
図５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２の構成を示す略断面図である。
図５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２の構成を示す略断面図である。
図５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２は、アノード電極４０及び半導体材料７０を覆うよう、外周トレンチ３２がフィールド絶縁膜８０で埋め込ま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１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１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。
フィールド絶縁膜８０の材料としては、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各種樹脂を用いても構わないし、酸化珪素、酸化アルミニウム、窒化珪素等、無機酸化物や無機窒化物を用いても構わない。フィールド絶縁膜８０の材料として樹脂を用いる場合、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などを用いて形成することができる。また、フィールド絶縁膜８０の材料として無機物を用いる場合、スパッタリング法や蒸着法等の真空プロセス、或いは、ゾルゲル法等の溶液プロセスなどを用いて形成することができる。
本実施形態が例示するように、外周トレンチ３２の内部はフィールド絶縁膜８０で埋め込まれていても構わない。
＜第３の実施形態＞
図６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３の構成を示す略断面図である。
図６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３の構成を示す略断面図である。
図６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３は、外周トレンチ３２の底面３５において、半導体材料７０の一部がアノード電極４０上に乗り上げている点において、第１の実施形態によるショットキーバリアダイオード１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１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。
このような構造は、絶縁膜６０とアノード電極４０の積層体を外周トレンチ３２の内部に形成した後、半導体材料７０を外周トレンチ３２の内部に形成することによって得られる。
本実施形態が例示するように、半導体材料７０の一部がアノード電極４０上に形成されていても構わない。
＜第４の実施形態＞
図７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４の構成を示す略断面図である。
図７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４の構成を示す略断面図である。
図７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４は、外周トレンチ３２に空洞部分がなく、絶縁膜６０とアノード電極４０の積層体が形成された部分を除く外周トレンチ３２の全体が半導体材料７０によって埋め込まれる点において、第１の実施形態によるショットキーバリアダイオード１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１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。
このような構造は、絶縁膜６０とアノード電極４０の積層体を外周トレンチ３２の内部に形成した後、外周トレンチ３２の内部を半導体材料７０で埋め込むことによって得られる。
本実施形態が例示するように、絶縁膜６０とアノード電極４０の積層体が形成された部分を除く外周トレンチ３２の全体を半導体材料７０で埋め込んでも構わない。
＜第５の実施形態＞
図８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５の構成を示す略断面図である。
図８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５の構成を示す略断面図である。
図８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５は、外周トレンチ３２の底面３５において、アノード電極４０の一部が半導体材料７０上に乗り上げている点において、第１の実施形態によるショットキーバリアダイオード１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１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。
このような構造は、半導体材料７０を外周トレンチ３２の内部に形成した後、アノード電極４０を外周トレンチ３２の内部に形成することによって得られる。
本実施形態が例示するように、アノード電極４０の一部が半導体材料７０上に形成されていても構わない。
＜第６の実施形態＞
図９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６の構成を示す略断面図である。
図９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６の構成を示す略断面図である。
図９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６は、外周トレンチ３２に空洞部分がなく、絶縁膜６０及び半導体材料７０が形成された部分を除く外周トレンチ３２の全体がアノード電極４０によって埋め込まれる点において、第１の実施形態によるショットキーバリアダイオード１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１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。
このような構造は、絶縁膜６０及び半導体材料７０を外周トレンチ３２の内部に形成した後、外周トレンチ３２の内部をアノード電極４０で埋め込むことによって得られる。
本実施形態が例示するように、絶縁膜６０及び半導体材料７０が形成された部分を除く外周トレンチ３２の全体をアノード電極４０で埋め込んでも構わない。
＜第７の実施形態＞
図１０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７の構成を示す略断面図である。
図１０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７の構成を示す略断面図である。
図１０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７は、外周トレンチ３２の底面３５において、絶縁膜６０とアノード電極４０の積層体の一部が半導体材料７０上に乗り上げている点において、第１の実施形態によるショットキーバリアダイオード１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１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。
このような構造は、半導体材料７０を外周トレンチ３２の内部に形成した後、絶縁膜６０とアノード電極４０の積層体を外周トレンチ３２の内部に形成することによって得られる。
本実施形態が例示するように、絶縁膜６０とアノード電極４０の積層体の一部が半導体材料７０上に形成されていても構わない。このような構造の場合、半導体材料７０は外周トレンチ３２の底面３５上においてアノード電極４０と接しない。この場合における半導体材料７０の電位については特に限定されず、所定の固定電位を印加しても構わないし、フローティング状態であっても構わない。後者の場合、半導体材料７０を所定の電位を供給する必要がないことから、構造を簡素化することができる。
＜第８の実施形態＞
図１１は、本発明の第８の実施形態によるショットキーバリアダイオード８の構成を示す略断面図である。
図１１は、本発明の第８の実施形態によるショットキーバリアダイオード８の構成を示す略断面図である。
図１１に示すように、第８の実施形態によるショットキーバリアダイオード８は、外周トレンチ３２の底面３５において、半導体材料７０の一部が絶縁膜６０上に乗り上げている点において、第１の実施形態によるショットキーバリアダイオード１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１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。
このような構造は、絶縁膜６０を外周トレンチ３２の内部に形成した後、半導体材料７０及びアノード電極４０を外周トレンチ３２の内部に形成することによって得られる。
本実施形態が例示するように、半導体材料７０の下面が絶縁膜６０の上面と接していても構わない。
＜第９の実施形態＞
図１２は、本発明の第９の実施形態によるショットキーバリアダイオード９の構成を示す略断面図である。
図１２は、本発明の第９の実施形態によるショットキーバリアダイオード９の構成を示す略断面図である。
図１２に示すように、第９の実施形態によるショットキーバリアダイオード９は、絶縁膜６０とアノード電極４０の積層体と半導体材料７０の境界位置が外周トレンチ３２の底面３５の中央から内周角部３６側にオフセット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１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１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。
この場合であっても、外周トレンチ３２の内周角部３６が絶縁膜６０とアノード電極４０の積層体で覆われていれば、第１の実施形態によるショットキーバリアダイオード１と同様の効果を得ることが可能となる。
＜第１０の実施形態＞
図１３は、本発明の第１０の実施形態によるショットキーバリアダイオード１０の構成を示す略断面図である。
図１３は、本発明の第１０の実施形態によるショットキーバリアダイオード１０の構成を示す略断面図である。
図１３に示すように、第１０の実施形態によるショットキーバリアダイオード１０は、絶縁膜６０とアノード電極４０の積層体と半導体材料７０の境界位置が外周トレンチ３２の底面３５の中央から外周角部３７側にオフセット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１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１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。
この場合であっても、外周トレンチ３２の外周角部３７が半導体材料７０で覆われていれば、第１の実施形態によるショットキーバリアダイオード１と同様の効果を得ることが可能となる。
＜第１１の実施形態＞
図１４は、本発明の第１１の実施形態によるショットキーバリアダイオード１１の構成を示す略断面図である。
図１４は、本発明の第１１の実施形態によるショットキーバリアダイオード１１の構成を示す略断面図である。
図１４に示すように、第１１の実施形態によるショットキーバリアダイオード１１は、外周トレンチ３２の外周壁３４の上部が半導体材料７０で覆われることなく露出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１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１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、外周トレンチ３２の外周壁３４の全体が半導体材料７０で覆われている点は必須でなく、少なくとも外周角部３７が半導体材料７０で覆われていれば足りる。
＜第１２の実施形態＞
図１５は、本発明の第１２の実施形態によるショットキーバリアダイオード１２の構成を示す略断面図である。
図１５は、本発明の第１２の実施形態によるショットキーバリアダイオード１２の構成を示す略断面図である。
図１５に示すように、第１２の実施形態によるショットキーバリアダイオード１２は、外周トレンチ３２の底面３５の一部が絶縁膜６０とアノード電極４０の積層体や半導体材料７０で覆われることなく露出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１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１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、外周トレンチ３２の底面３５の全体が絶縁膜６０とアノード電極４０の積層体または半導体材料７０で覆われている点は必須でなく、底面３５の一部が露出していても構わない。
＜第１３の実施形態＞
図１６は、本発明の第１３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１６は、本発明の第１３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１６に示すように、第１３の実施形態によるショットキーバリアダイオード１３は、アノード電極４０及び半導体材料７０を覆うよう、外周トレンチ３２がフィールド絶縁膜８０で埋め込まれている点において、第１２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１２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、外周トレンチ３２の底面３５の一部が露出していることから、フィールド絶縁膜８０の一部が外周トレンチ３２の底面３５と接している。このように、フィールド絶縁膜８０の一部が外周トレンチ３２の底面３５と接しても構わない。
＜第１４の実施形態＞
図１７は、本発明の第１４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１７は、本発明の第１４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１７に示すように、第１４の実施形態によるショットキーバリアダイオード１４は、アノード電極４０の端部位置が外周トレンチ３２の底面３５の中央から内周角部３６側にオフセットしており、これにより絶縁膜６０の一部がアノード電極４０で覆われることなく露出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１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１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。
この場合であっても、外周トレンチ３２の内周壁３３及び内周角部３６が絶縁膜６０とアノード電極４０の積層体で覆われていれば、第１の実施形態によるショットキーバリアダイオード１と同様の効果を得ることが可能となる。
＜第１５の実施形態＞
図１８（ａ）は、本発明の第１５の実施形態によるショットキーバリアダイオード１５の構成を示す模式的な平面図である。また、図１８（ｂ）は、図１８（ａ）に示すＡ－Ａ線に沿った略断面図である。
図１８（ａ）は、本発明の第１５の実施形態によるショットキーバリアダイオード１５の構成を示す模式的な平面図である。また、図１８（ｂ）は、図１８（ａ）に示すＡ－Ａ線に沿った略断面図である。
図１８に示すように、第１５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３２に囲まれるよう、ドリフト層３０に複数の中心トレンチ３８が設けられており、中心トレンチ３８が絶縁膜６０を介してアノード電極４０で埋め込ま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１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１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。
複数の中心トレンチ３８は、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。ドリフト層３０のうち、外周トレンチ３２又は中心トレンチ３８によって挟まれた領域はメサ領域３９を構成する。外周トレンチ３２は、中心トレンチ３８及びメサ領域３９をリング状に囲んでいる。外周トレンチ３２と中心トレンチ３８が完全に分離されている必要はなく、図１８（ａ）に示すように、中心トレンチ３８と外周トレンチ３２が繋がっていても構わない。中心トレンチ３８と外周トレンチ３２の深さは同じであっても構わないし、異なっていても構わない。メサ領域３９は、中心トレンチ３８及び外周トレンチ３２によって区画されるドリフト層３０の一部であり、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。これにより、ドリフト層３０のチャネル領域がピンチオフされることから、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。
本実施形態が例示するように、外周トレンチ３２に囲まれた中心トレンチ３８がドリフト層３０に設けられていても構わない。
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。
１～１５ 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
３２ 外周トレンチ
３３ 内周壁
３４ 外周壁
３５ 底面
３６ 内周角部
３７ 外周角部
３８ 中心トレンチ
３９ メサ領域
４０ アノード電極
５０ カソード電極
６０ 絶縁膜
７０ 半導体材料
８０ フィールド絶縁膜
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
３２ 外周トレンチ
３３ 内周壁
３４ 外周壁
３５ 底面
３６ 内周角部
３７ 外周角部
３８ 中心トレンチ
３９ メサ領域
４０ アノード電極
５０ カソード電極
６０ 絶縁膜
７０ 半導体材料
８０ フィールド絶縁膜
Claims (3)
- 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、を備え、
前記ドリフト層は、平面視で前記アノード電極を囲む外周トレンチを有し、
前記外周トレンチは、内周壁と、外周壁と、底面と、前記内周壁と前記底面を繋ぐ内周角部と、前記外周壁と前記底面を繋ぐ外周角部とを含み、
前記外周トレンチの前記内周壁及び前記内周角部は、絶縁膜を介して前記アノード電極で覆われ、
前記外周トレンチの前記外周角部は、前記ドリフト層とは逆導電型の半導体材料で覆われている、ショットキーバリアダイオード。 - 前記半導体材料がフローティング状態である、請求項１に記載のショットキーバリアダイオード。
- 前記ドリフト層は、前記外周トレンチに囲まれ、前記アノード電極が埋め込まれた複数の中心トレンチをさらに有する、請求項１又は２に記載のショットキーバリアダイオード。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022137729A JP2024033852A (ja) | 2022-08-31 | 2022-08-31 | ショットキーバリアダイオード |
| PCT/JP2023/018393 WO2024047965A1 (ja) | 2022-08-31 | 2023-05-17 | ショットキーバリアダイオード |
| TW112121933A TW202412325A (zh) | 2022-08-31 | 2023-06-13 | 肖特基能障二極體 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022137729A JP2024033852A (ja) | 2022-08-31 | 2022-08-31 | ショットキーバリアダイオード |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2024033852A true JP2024033852A (ja) | 2024-03-13 |
Family
ID=90099320
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2022137729A Pending JP2024033852A (ja) | 2022-08-31 | 2022-08-31 | ショットキーバリアダイオード |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2024033852A (ja) |
| TW (1) | TW202412325A (ja) |
| WO (1) | WO2024047965A1 (ja) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015060441A1 (ja) * | 2013-10-24 | 2015-04-30 | ローム株式会社 | 半導体装置および半導体パッケージ |
| JP7371484B2 (ja) * | 2019-12-18 | 2023-10-31 | Tdk株式会社 | ショットキーバリアダイオード |
| JP2022069742A (ja) * | 2020-10-26 | 2022-05-12 | 株式会社ノベルクリスタルテクノロジー | 酸化ガリウムダイオード |
| CN114171608A (zh) * | 2021-12-08 | 2022-03-11 | 中山大学 | 一种肖特基接触的沟槽型功率二极管及其制备方法 |
-
2022
- 2022-08-31 JP JP2022137729A patent/JP2024033852A/ja active Pending
-
2023
- 2023-05-17 WO PCT/JP2023/018393 patent/WO2024047965A1/ja unknown
- 2023-06-13 TW TW112121933A patent/TW202412325A/zh unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW202412325A (zh) | 2024-03-16 |
| WO2024047965A1 (ja) | 2024-03-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7165322B2 (ja) | ショットキーバリアダイオード | |
| US11626522B2 (en) | Schottky barrier diode | |
| JP6966740B2 (ja) | ショットキーバリアダイオード | |
| US11699766B2 (en) | Schottky barrier diode | |
| US11557681B2 (en) | Schottky barrier diode | |
| WO2021124649A1 (ja) | ショットキーバリアダイオード | |
| JP7371484B2 (ja) | ショットキーバリアダイオード | |
| WO2024047965A1 (ja) | ショットキーバリアダイオード | |
| WO2023095395A1 (ja) | ショットキーバリアダイオード | |
| WO2023095396A1 (ja) | ジャンクションバリアショットキーダイオード | |
| WO2022181202A1 (ja) | ショットキーバリアダイオード | |
| WO2022181203A1 (ja) | ショットキーバリアダイオード | |
| JP7456220B2 (ja) | ショットキーバリアダイオード | |
| WO2023181588A1 (ja) | ジャンクションバリアショットキーダイオード |