JP5030563B2 - トレンチショットキバリアダイオード - Google Patents

Description

本発明は、トレンチショットキバリアダイオードに関する。

図１３は、従来のトレンチショットキバリアダイオード９００を説明するために示す図である。従来のトレンチショットキバリアダイオード９００は、図１３に示すように、第１主面側に設けられたｎ^＋＋型カソード領域９１２（第１導電型のカソード領域）及び第２主面側に設けられｎ^＋＋型カソード領域９１２が含有するｎ型不純物よりも低濃度のｎ型不純物を含有するｎ⁻型ドリフト領域９１４（第１導電型のドリフト領域）を有するシリコン基板９１０（半導体基板）と、シリコン基板９１０の第２主面側に設けられｎ⁻型ドリフト領域９１４との境界面に形成された絶縁領域９２０を介して導電材９１８が埋め込まれた構造を有する複数のトレンチ領域９１６と、シリコン基板９１０の第２主面側における複数のトレンチ領域９１６が設けられていない部分に設けられたメサ領域９２２と、シリコン基板９１０の第２主面上に設けられメサ領域９２２との間でショットキ接合を形成するバリア金属層９２４とを備える（例えば、特許文献１〜３参照。）。
なお、図１２中、符号９２６はバリア金属層９２４の上方に設けられたアノード電極層９２６を示し、符号９２８はｎ^＋＋型カソード領域９１２の下方に設けられたカソード電極層を示す。また、本明細書中、第１主面とは、半導体基板におけるカソード領域側の主面のことをいい、第２主面とは、半導体基板におけるドリフト領域側の主面のことをいう。

このため、従来のトレンチショットキバリアダイオード９００によれば、メサ領域９２２の側壁がトレンチ領域９１６で覆われているため、逆バイアス時にはメサ領域９２２の内部が空乏化してピンチオフされ、逆方向リーク電流を小さくすることが可能となる。

特開２００１−６８６８８号公報 特許第２９１１６０５号公報 特表２０００−５１２０７５号公報

しかしながら、ショットキバリアダイオードにおいては、順方向電圧が低く、かつ、逆方向リーク電流が小さいことが求められているところ、従来のトレンチショットキバリアダイオード９００においては、逆方向リーク電流を小さくすることが可能である一方、トレンチ領域９１６の分だけショットキ接合の有効面積が小さくなるため、その分、順方向電圧を低くすることは困難となる。

そこで、本発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、順方向電圧が低く、かつ、逆方向リーク電流が小さいトレンチショットキバリアダイオード、言い換えると、順方向電圧及び逆方向リーク電流のトレードオフ関係が従来よりも改善されたトレンチショットキバリアダイオードを提供することを目的とする。

（１）本発明のトレンチショットキバリアダイオードは、第１主面側に設けられた第１導電型のカソード領域及び第２主面側に設けられ前記カソード領域が含有する第１導電型の不純物よりも低濃度の第１導電型の不純物を含有する第１導電型のドリフト領域を有する半導体基板と、前記半導体基板の第２主面側に設けられ前記ドリフト領域との境界面に形成された絶縁領域を介して導電材が埋め込まれた構造を有する複数のトレンチ領域と、前記半導体基板の第２主面側における前記複数のトレンチ領域が設けられていない部分に設けられたメサ領域と、前記半導体基板の第２主面上に設けられ前記メサ領域との間でショットキ接合を形成するバリア金属層とを備えるトレンチショットキバリアダイオードであって、前記メサ領域の表面には、前記ドリフト領域が含有する第１導電型の不純物よりも高濃度の第１導電型の不純物を含有する第１導電型の半導体領域が形成されていることを特徴とする。

このため、本発明のトレンチショットキバリアダイオードによれば、メサ領域の側壁がトレンチ領域で覆われているため、逆バイアス時にはメサ領域の内部が空乏化してピンチオフされ、逆方向リーク電流を小さくすることが可能となる。

また、本発明のトレンチショットキバリアダイオードによれば、メサ領域の表面には、ドリフト領域が含有する第１導電型の不純物よりも高濃度の第１導電型の不純物を含有する第１導電型の半導体領域が形成されているため、実効的なバリアハイトΦＢを低くするとともにメサ領域の抵抗を低減することが可能となり、従来のトレンチショットキバリアダイオードの場合よりも順方向電圧を低くすることが可能となる。

このため、本発明のトレンチショットキバリアダイオードは、順方向電圧が低く、かつ、逆方向リーク電流が小さいトレンチショットキバリアダイオード、言い換えると、順方向電圧及び逆方向リーク電流のトレードオフ関係が従来よりも改善されたトレンチショットキバリアダイオードとなる。

また、本発明のトレンチショットキバリアダイオードによれば、トレンチ領域の底面及び側面に形成された絶縁領域に逆バイアス電圧の一部を負わせることでドリフト領域にかかる電界強度を緩和することが可能となるため、半導体領域を形成することに起因して逆方向耐圧が低下するということを抑制することが可能となる。

なお、本発明のトレンチショットキバリアダイオードにおいては、導電材の材料をバリア金属層の材料と異なるものとしてもよいし、導電材の材料をバリア金属層の材料と同じものとしてもよい。後者の場合には、バリア金属層を形成する際に導電材を埋め込むようにしてもよい。

（２）本発明のトレンチショットキバリアダイオードにおいては、前記半導体領域の深さは、前記トレンチ領域の深さよりも浅いことが好ましい。

このように構成することにより、逆バイアス時にトレンチ領域底部から広がる空乏層をカソード領域の方向に十分大きくすることが可能となるため、半導体領域を形成することに起因して逆方向耐圧が低下するのを抑制することが可能となる。

また、本発明のトレンチショットキバリアダイオードにおいては、前記半導体領域の深さは、前記トレンチ領域の深さの５０％以上であることが好ましい。

このように構成することにより、半導体領域を形成することに起因して逆方向耐圧が低下することを抑制しつつ、メサ領域の抵抗を低減して順方向電圧を低くすることが可能となる。

（３）本発明のトレンチショットキバリアダイオードにおいては、前記半導体領域の表面不純物濃度は、５×１０^１５ｃｍ^−３〜１×１０^１７ｃｍ^−３であることが好ましい。

半導体領域の表面不純物濃度を５×１０^１５ｃｍ^−３以上としたのは、半導体領域の表面不純物濃度が５×１０^１５ｃｍ^−３未満である場合には、実効的なバリアハイトΦＢを十分に低くするとともにメサ領域の抵抗を十分に低減することができないために、順方向電圧を十分に低くすることができない場合があるからである。一方、半導体領域の表面不純物濃度を１×１０^１７ｃｍ^−３以下としたのは、半導体領域の表面不純物濃度が１×１０^１７ｃｍ^−３を超える場合には、実効的なバリアハイトΦＢが低くなりすぎて逆方向リーク電流を小さくすることができない場合があるからである。

なお、本発明のトレンチショットキバリアダイオードにおいて、半導体領域の表面不純物濃度とは、半導体領域の表面における不純物濃度のことをいう。

（４）本発明のトレンチショットキバリアダイオードにおいては、前記第１導電型の半導体領域の不純物濃度は、前記第１導電型の半導体領域の表面で最も高いことが好ましい。

このように構成することにより、実効的なバリアハイトΦＢを効果的に低くすることで順方向電圧を低くすることが可能となる。

（５）本発明のトレンチショットキバリアダイオードにおいては、前記半導体領域の不純物濃度は、前記第１導電型の半導体領域の表面と底部との間の中間部分で最も高いことが好ましい。

このように構成することにより、逆方向リーク電流を比較的小さなものに維持しつつ、メサ領域の抵抗を低減して順方向電圧を低くすることが可能となる。

（６）本発明のトレンチショットキバリアダイオードにおいては、前記半導体領域は、イオン注入法によって第１導電型の不純物を前記ドリフト領域の表面から所定深さに注入する工程と、イオン注入法によって前記第１導電型の不純物よりも低濃度の第２導電型の不純物を前記ドリフト領域の表面から前記所定深さより浅く注入する工程とを実施することにより形成されたものであることが好ましい。

このように構成することにより、上記（５）に記載のショットキバリアダイオードを構成することが可能となる。

（７）本発明のトレンチショットキバリアダイオードにおいては、前記半導体領域は、高加速イオン注入法によって第１導電型の不純物を前記ドリフト領域に注入することによって形成されたものであることが好ましい。

このように構成することによっても、上記（５）に記載のショットキバリアダイオードを構成することが可能となる。

（８）本発明のトレンチショットキバリアダイオードにおいて、前記ドリフト領域は、前記半導体領域の底部から前記ドリフト領域における前記カソード領域と接する部分に向けて第１導電型の不純物の不純物濃度が徐々に高くなるように構成されていることが好ましい。

このように構成することにより、逆方向リーク電流を小さなものに維持しつつ、メサ領域及びドリフト領域における合成抵抗を低減して順方向電圧を低くすることが可能となる。

以下、本発明のトレンチショットキバリアダイオードについて、図に示す実施の形態に基づいて説明する。

［実施形態１］
（実施形態１に係るトレンチショットキバリアダイオード１００の構成）
図１は、実施形態１に係るトレンチショットキバリアダイオード１００を説明するために示す図である。図１（ａ）はトレンチショットキバリアダイオード１００の断面図であり、図１（ｂ）はトレンチショットキバリアダイオード１００の上面図であり、図１（ｃ）は実施形態１における変形例に係るトレンチショットキバリアダイオード１００ａの上面図である。なお、図１（ｂ）及び図１（ｃ）においては、バリア金属層１２４及びアノード電極層１２６の図示を省略している。

実施形態１に係るトレンチショットキバリアダイオード１００は、図１に示すように、第１主面側に設けられたｎ^＋＋型カソード領域１１２（カソード領域）及び第２主面側に設けられｎ^＋＋型カソード領域１１２が含有するｎ型不純物よりも低濃度のｎ型不純物を含有するｎ⁻型ドリフト領域１１４（ドリフト領域）を有するシリコン基板１１０（半導体基板）と、シリコン基板１１０の第２主面側に設けられｎ⁻型ドリフト領域１１４との境界面に形成された絶縁領域１２０を介して導電材１１８が埋め込まれた構造を有する複数のトレンチ領域１１６と、シリコン基板１１０の第２主面側における複数のトレンチ領域１１６が設けられていない部分に設けられたメサ領域１２２と、シリコン基板１１０の第２主面上に設けられメサ領域１２２との間でショットキ接合を形成するバリア金属層１２４とを備える。

実施形態１に係るトレンチショットキバリアダイオード１００においては、メサ領域１２２の表面には、ｎ⁻型ドリフト領域１１４が含有するｎ型不純物よりも高濃度のｎ型不純物を含有するｎ^＋型半導体領域１３０が形成されている。なお、図１中、符号１２６はバリア金属層１２４の上方に設けられたアノード電極層１２６を示し、符号１２８はｎ^＋＋型カソード領域１１２に接するように設けられたカソード電極層を示す。

ｎ^＋＋型カソード領域１１２の厚さは例えば４００μｍであり、ｎ⁻型ドリフト層１１４の厚さは例えば６．０μｍであり、トレンチ領域１１６の深さは例えば２．０μｍであり、ｎ^＋型半導体領域１３０の深さは例えば１．５μｍである。また、ｎ^＋＋型カソード領域１１２の不純物濃度は１．０×１０^１９ｃｍ^−３であり、ｎ⁻型ドリフト層１１４の不純物濃度は５．０×１０^１５ｃｍ^−３であり、ｎ^＋型半導体領域１３０の表面不純物濃度は１．５×１０^１６ｃｍ^−３である。また、絶縁領域１２０の厚さは例えば３００ｎｍである。

導電材１１８はポリシリコンからなり、絶縁領域１２０は熱酸化により形成された二酸化ケイ素膜からなり、バリア金属層１２４はモリブデン膜からなり、アノード電極層１２６はアルミニウム膜及びニッケル膜等の積層膜からなり、カソード電極層１２８はチタン膜、ニッケル膜及び銀膜の積層膜からなる。

なお、実施形態１に係るトレンチショットキバリアダイオード１００は、トレンチショットキバリアダイオード１００を上から見たときに、図１（ｂ）に示すような構造を有するが、本発明はこれに限定されるものではなく、図１（ｃ）に示すような構造を有してもよい。

（実施形態１に係るトレンチショットキバリアダイオード１００の製造方法）
図２及び図３は、ショットキバリアダイオード１００の製造方法を説明するために示す図である。図２（ａ）〜図２（ｄ）及び図３（ａ）〜図３（ｄ）は各工程図である。
実施形態１に係るトレンチショットキバリアダイオード１００は、図２及び図３に示すように、以下の工程（ａ）〜工程（ｈ）を行うことによって製造することができる。

（ａ）シリコン基板準備工程
ｎ^＋＋型カソード領域１１２（厚さ：４００μｍ、不純物濃度：１．０×１０^１９ｃｍ^−３）の上面にｎ⁻型ドリフト領域１１４（厚さ：６．０μｍ、不純物濃度：５．０×１０^１５ｃｍ^−３）が形成されたシリコン基板１１０を準備する（図２（ａ）参照。）。

（ｂ）ｎ^＋型半導体領域形成工程
イオン注入法によってｎ⁻型ドリフト領域１１４の表面にｎ型不純物としてのリンイオンを打ち込み、その後所定の熱処理を行ってｎ^＋型半導体領域１３０（深さ：１．５μｍ、表面不純物濃度：１．５×１０^１６ｃｍ^−３）を形成する（図２（ｂ）参照。）。

（ｃ）溝形成工程
ｎ⁻型ドリフト領域１１４の所定領域に溝１１７（深さ：２．０μｍ）を形成する（図２（ｃ）参照。）。

（ｄ）熱酸化及びポリシリコン膜形成工程
熱酸化により、溝１１７の内面（側面及び底面）及びｎ^＋型半導体領域１３０の表面に熱酸化による二酸化ケイ素膜１２１を形成し、その後、二酸化ケイ素膜１２１の上面にＣＶＤによりポリシリコン膜１１９を形成する（図２（ｄ）参照。）。

（ｅ）トレンチ領域形成工程
ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）により所定量のポリシリコン膜１１９を除去するとともに、ｎ^＋型半導体領域１３０の表面に形成された二酸化ケイ素膜１２１を除去することにより、ｎ⁻型ドリフト領域１１４との境界面に形成された絶縁領域１２０を介して導電材１１８が埋め込まれた構造を有する複数のトレンチ領域１１６を形成する（図３（ａ）参照。）。このとき、シリコン基板１１０の第２主面側における複数のトレンチ領域１１６が設けられていない部分にはメサ領域１２２が形成されることになり、メサ領域１２２の表面にはｎ^＋型半導体領域１３０が形成されることになる。

（ｆ）バリア金属層形成工程
シリコン基板１１０の第２主面上に、モリブデン膜からなるバリア金属層１２４を形成する（図３（ｂ）参照。）。バリア金属層１２４は、メサ領域１２２との間でショットキ接合を形成する。

（ｇ）アノード電極層形成工程
バリア金属層１２４の上方に、蒸着法により、アルミニウム膜及びニッケル膜等の積層膜からなるアノード電極層１２６を形成する（図３（ｃ）参照。）。

（ｈ）カソード電極層形成工程
ｎ^＋＋型カソード領域１１２の下方に、チタン膜、ニッケル膜及び銀膜の積層膜からなるカソード電極層１２８を形成する（図３（ｄ）参照。）。

以上の工程を行うことによって、実施形態１に係るトレンチショットキバリアダイオード１００を製造することができる。

（実施形態１に係るトレンチショットキバリアダイオード１００の効果）
実施形態１に係るトレンチショットキバリアダイオード１００によれば、メサ領域１２２の側壁がトレンチ領域１１６で覆われているため、逆バイアス時にはメサ領域１２２の内部が空乏化してピンチオフされ、逆方向リーク電流を小さくすることが可能となる。

また、実施形態１に係るトレンチショットキバリアダイオード１００によれば、メサ領域１２２の表面には、ｎ⁻型ドリフト領域１１４が含有するｎ型不純物よりも高濃度のｎ型不純物を含有するｎ^＋型半導体領域１３０が形成されているため、実効的なバリアハイトΦＢを低くするとともにメサ領域１２２の抵抗を低減することが可能となり、従来のトレンチショットキバリアダイオードの場合よりも順方向電圧を低くすることが可能となる。

このため、実施形態１に係るトレンチショットキバリアダイオード１００は、順方向電圧が低く、かつ、逆方向リーク電流が小さいトレンチショットキバリアダイオード、言い換えると、順方向電圧及び逆方向リーク電流のトレードオフ関係が従来よりも改善されたトレンチショットキバリアダイオードとなる。

また、実施形態１に係るトレンチショットキバリアダイオード１００によれば、トレンチ領域１１６の底面及び側面に形成された絶縁領域１２０に逆バイアス電圧の一部を負わせることでｎ⁻型ドリフト領域１１４にかかる電界強度を緩和することが可能となるため、ｎ^＋型半導体領域１３０を形成することに起因して逆方向耐圧が低下するということを抑制することが可能となる。

また、実施形態１に係るトレンチショットキバリアダイオード１００によれば、ｎ^＋型半導体領域１３０の深さは、トレンチ領域１１６の深さよりも浅いため、逆バイアス時に逆バイアス時にトレンチ領域１１６底部から広がる空乏層をｎ^＋＋型カソード領域１１２の方向に十分大きくすることが可能となる。このため、ｎ^＋型半導体領域１３０を形成することに起因して逆方向耐圧が低下するのを抑制することが可能となる。

また、実施形態１に係るトレンチショットキバリアダイオード１００によれば、ｎ^＋型半導体領域１３０の深さがトレンチ領域１１６の深さの５０％以上であるため、ｎ^＋型半導体領域１３０を形成することに起因して逆方向耐圧が低下することを抑制しつつ、メサ領域１２２の抵抗を低減して順方向電圧を低くすることが可能となる。

また、実施形態１に係るトレンチショットキバリアダイオード１００によれば、ｎ^＋型半導体領域１３０の表面不純物濃度は１．５×１０^１６ｃｍ^−３であり、５×１０^１５ｃｍ^−３〜１×１０^１７ｃｍ^−３であるため、実効的なバリアハイトΦＢを十分に低くするとともにメサ領域１２２の抵抗を十分に低減することができ、順方向電圧を十分に低くすることが可能となる。また、実効的なバリアハイトΦＢが低くなりすぎて逆方向リーク電流が大きくなるのを抑制することが可能となる。

また、実施形態１に係るトレンチショットキバリアダイオード１００によれば、ｎ^＋型半導体領域１３０の不純物濃度がｎ^＋型半導体領域１３０の表面で最も高いため、実効的なバリアハイトΦＢを効果的に低くすることで順方向電圧を低くすることが可能となる。

なお、実施形態１に係るトレンチショットキバリアダイオード１００を構成するにあたっては、以下の試験例１〜３の結果を参考にした。

（試験例１）
試験例１は、ｎ^＋型半導体領域の深さが逆方向耐圧に与える影響を明らかにするための試験例である。試験は、メサ領域の表面にｎ^＋型半導体領域を形成してあるトレンチショットキバリアダイオードについて、ｎ^＋型半導体領域の深さを変化させながら逆方向耐圧をシミュレーションすることによって行った。

図４は、試験例１における深さ方向のｎ型不純物の不純物濃度プロファイルを示す図である。
試験例１に係るトレンチショットキバリアダイオードにおいては、図４に示すように、ｎ^＋型半導体領域の深さを０μｍ〜３μｍの範囲（０μｍ、０．５μｍ、１．０μｍ、１．５μｍ、２．０μｍ、２．５μｍ、３．０μｍ）で変化させた。なお、ｎ^＋＋型カソード領域の厚さは４００μｍであり、ｎ⁻型ドリフト領域の厚さは６．０μｍであり、トレンチの深さは２．０μｍである。また、ｎ^＋＋型カソード領域の不純物濃度は１．０×１０^１９ｃｍ^−３であり、ｎ⁻型ドリフト領域の不純物濃度は５．０×１０^１５ｃｍ^−３であり、ｎ^＋型半導体領域の表面不純物濃度は１．５×１０^１６ｃｍ^−３である。また、絶縁領域の厚さは３００ｎｍである。また、バリア金属層はモリブデン膜（バリアハイトΦＢ：０．６８ｅＶ）からなる。

図５は、試験例１におけるｎ^＋型半導体領域の深さと逆方向耐圧との関係を示す図である。図５からも明らかなように、試験例１においては、ｎ^＋型半導体領域の深さが２μｍ以下の場合には、所定の逆方向耐圧（約１１８Ｖ）が得られたが、ｎ^＋型半導体領域の深さが２μｍを超える場合には、所定の逆方向耐圧（約１１８Ｖ）が得られなかった。すなわち、ｎ^＋型半導体領域の深さがトレンチ領域の深さよりも浅い場合に、所定の逆方向耐圧（約１１８Ｖ）が得られることがわかった。

また、試験例１においては、図５からも明らかなように、ｎ^＋型半導体領域の深さが深くなるに従って順方向電圧電圧は小さくなるため、ｎ^＋型半導体領域の深さは深い方が好ましいことがわかった。

よって、試験例１においては、所定の逆方向耐圧（約１１８Ｖ）を維持しつつ順方向電圧電圧を小さくするためには、ｎ^＋型半導体領域の深さを、２μｍを超えない範囲で、かつ、できるだけ２μｍに近い深さ（例えば、１．０μｍ以上。）にすることが好ましいことがわかった。

（試験例２）
試験例２は、ｎ^＋型半導体領域の表面不純物濃度が逆方向リーク電流及び順方向電圧に与える影響を明らかにするための試験例である。試験は、メサ領域の表面にｎ^＋型半導体領域を形成してあるトレンチショットキバリアダイオードについて、ｎ^＋型半導体領域の表面不純物濃度を変化させながら逆方向リーク電流及び順方向電圧をシミュレーションすることによって行った。

図６は、試験例２における深さ方向のｎ型不純物の不純物濃度プロファイルを示す図である。
試験例２に係るトレンチショットキバリアダイオードにおいては、図６に示すように、ｎ^＋型半導体領域の表面不純物濃度を１．０×１０^１６ｃｍ^−３〜２．５×１０^１６ｃｍ^−３の範囲（１．０×１０^１６ｃｍ^−３、１．５×１０^１６ｃｍ^−３、２．０×１０^１６ｃｍ^−３、２．５×１０^１６ｃｍ^−３）で変化させた。なお、ｎ^＋＋型カソード領域の厚さは４００μｍであり、ｎ⁻型ドリフト領域の厚さは６．０μｍであり、ｎ^＋型半導体領域の深さは１．５μｍである。また、ｎ^＋＋型カソード領域の不純物濃度は１．０×１０^１９ｃｍ^−３であり、ｎ⁻型ドリフト領域の不純物濃度は５．０×１０^１５ｃｍ^−３である。また、絶縁領域の厚さは３００ｎｍである。また、バリア金属層はモリブデン膜からなる。

図７は、試験例２におけるｎ^＋型半導体領域の表面不純物濃度と逆方向リーク電流及び順方向電圧との関係を示す図である。図７からも明らかなように、試験例２においては、ｎ^＋型半導体領域の表面不純物濃度が高くなると、順方向電圧が低くなる一方で逆方向リーク電流が高くなる。言い換えれば、ｎ^＋型半導体領域の表面不純物濃度が低くなると、逆方向リーク電流が低くなる一方で順方向電圧が高くなることがわかった。

なお、試験例２においては、ｎ^＋型半導体領域の表面不純物濃度がどのような濃度であっても、所定の逆方向耐圧（約１１８Ｖ）が得られることを確認している。

（試験例３）
試験例３は、試験例３に係るトレンチショットキバリアダイオードにおける順方向電圧及び逆方向リーク電流のトレードオフ関係が、従来のトレンチショットキバリアダイオードにおけるトレードオフ関係よりも改善されたものであること明らかにするための試験例である。

試験は、トレンチショットキバリアダイオードに深さを変化させてｎ^＋型半導体領域を形成したもの（但し、ｎ^＋型半導体領域の深さは１．０μｍ、１．５μｍ又は２．０μｍである（試験例３−１）。）、トレンチショットキバリアダイオードに表面不純物濃度を変化させてｎ^＋型半導体領域を形成したもの（但し、ｎ^＋型半導体領域の表面不純物濃度は１．０×１０^１６ｃｍ^−３、１．５×１０^１６ｃｍ^−３、２．０×１０^１６ｃｍ^−３又は２．５×１０^１６ｃｍ^−３である（試験例３−２）。）及びトレンチショットキバリアダイオードにｎ^＋型半導体領域を形成していないもの（但し、トレードオフラインを作成するために、バリアハイトΦＢを０．６２ｅＶ、０．６４ｅＶ及び０．６８ｅＶとしたもの（比較例））を用いて、順方向電圧及び逆方向リーク電流をシミュレーションすることによって行った。

図８は、試験例３における逆方向リーク電流と順方向電圧とのトレードオフ関係を示す図である。図８からも明らかなように、試験例３−１に係るトレンチショットキバリアダイオード及び試験例３−２に係るトレンチショットキバリアダイオードにおける順方向電圧及び逆方向リーク電流のトレードオフラインは、比較例に係るトレンチショットキバリアダイオードのトレードオフラインよりも左下に位置する。このため、試験例３−１に係るトレンチショットキバリアダイオード及び試験例３−２に係るトレンチショットキバリアダイオードにおける順方向電圧及び逆方向リーク電流のトレードオフ関係は、比較例に係るトレンチショットキバリアダイオードのトレードオフ関係よりも改善されていると結論付けることができる。

［実施形態２］
図９は、実施形態２に係るトレンチショットキバリアダイオード２００の深さ方向におけるｎ型不純物の不純物濃度プロファイルを示す図である。

実施形態２に係るトレンチショットキバリアダイオード２００（図示せず。）は、基本的には実施形態１に係るトレンチショットキバリアダイオード１００と同じ構成を有するが、ｎ^＋型半導体領域の深さ方向におけるｎ型不純物の不純物濃度プロファイルが実施形態１に係るトレンチショットキバリアダイオード１００の場合とは異なる。

実施形態２に係るトレンチショットキバリアダイオード２００においては、図９に示すように、ｎ^＋型半導体領域の深さ方向におけるｎ型不純物の不純物濃度が、ｎ^＋型半導体領域の表面で１．０×１０^１６ｃｍ^−３であり、ｎ^＋型半導体領域の底部で５．０×１０^１５ｃｍ^−３であり、ｎ^＋型半導体領域の表面と底部との間の中間部分で１．５×１０^１６ｃｍ^−３である。すなわち、実施形態２に係るトレンチショットキバリアダイオード２００においては、ｎ^＋型半導体領域の表面と底部との間の中間部分でｎ型不純物の不純物濃度が最も高いものである。

このため、実施形態２に係るトレンチショットキバリアダイオード２００によれば、逆方向リーク電流を比較的小さなものに維持しつつ、メサ領域の抵抗を低減して順方向電圧を低くすることが可能となる。

なお、実施形態２に係るトレンチショットキバリアダイオード２００は、ｎ^＋型半導体領域の深さ方向におけるｎ型不純物の不純物濃度プロファイル以外の点については、実施形態１に係るトレンチショットキバリアダイオード１００の場合と同様の構成を有するため、実施形態１に係るトレンチショットキバリアダイオード１００が有する効果のうち該当する効果を有する。

実施形態２に係るトレンチショットキバリアダイオード２００においては、メサ領域の表面において、ｎ^＋型半導体領域が含有するｎ型不純物よりも低濃度のｐ型不純物を含有させることで、上記のようなｎ^＋型半導体領域の不純物濃度プロファイルを実現している。実施形態２に係るトレンチショットキバリアダイオード２００は、実施形態１に係るトレンチショットキバリアダイオード１００の製造方法における（ｂ）工程と（ｃ）工程との間に以下の（ｉ）工程を含む製造方法を実施することによって、製造することができる。

（ｉ）ｐ型不純物導入工程
イオン注入法によってｎ^＋型半導体領域の表面からｐ型不純物としてのボロンイオンを打ち込み、その後所定の熱処理を行ってｎ^＋型半導体領域の表面にボロンイオンを含有させる（深さ：０．５μｍ、表面ボロンイオン濃度：０．５×１０^１６ｃｍ^−３）を形成する。なお、表面ボロンイオン濃度とは、ｎ^＋型半導体領域の表面におけるボロンイオンの濃度のことをいう。

なお、実施形態２に係るトレンチショットキバリアダイオード２００を構成するにあたっては、以下の試験例４及び５の結果を参考にした。

（試験例４）
試験例４は、ｐ型不純物の表面不純物濃度が逆方向リーク電流及び順方向電圧に与える影響を明らかにするための試験例である。試験は、ｎ^＋型半導体領域の表面にｐ型不純物としてのボロンイオンを含有させたトレンチショットキバリアダイオードについて、表面ボロンイオン濃度を変化させながら逆方向リーク電流及び順方向電圧をシミュレーションすることによって行った。

試験例４に係るトレンチショットキバリアダイオードにおいては、ｎ^＋型半導体領域における表面ボロンイオン濃度を０×１０^１６ｃｍ^−３〜１．５×１０^１６ｃｍ^−３の範囲（０×１０^１６ｃｍ^−３、０．５×１０^１６ｃｍ^−３、１．０×１０^１６ｃｍ^−３、１．５×１０^１６ｃｍ^−３）で変化させた。なお、ｎ^＋＋型カソード領域の厚さは４００μｍであり、ｎ⁻型ドリフト領域の厚さは６．０μｍであり、トレンチ領域の深さは２．０μｍであり、ｎ^＋型半導体領域の深さは１．５μｍであり、ボロンイオンが注入される領域の深さは０．５μｍである。また、ｎ^＋＋型カソード領域の不純物濃度は１．０×１０^１９ｃｍ^−３であり、ｎ⁻型ドリフト領域の不純物濃度は５．０×１０^１５ｃｍ^−３であり、ｎ^＋型半導体領域の表面不純物濃度は２．０×１０^１６ｃｍ^−３である。また、絶縁領域の厚さは３００ｎｍである。また、バリア金属層はモリブデン膜からなる。

図１０は、試験例４における表面ボロンイオン濃度と逆方向リーク電流及び順方向電圧との関係を示す図である。図１０からも明らかなように、試験例４においては、ｎ^＋型半導体領域の表面ボロンイオン濃度が高くなると、逆方向リーク電流が低くなる一方で順方向電圧が高くなる。言い換えれば、ｎ^＋型半導体領域の表面ボロンイオン濃度が低くなると、順方向電圧が低くなる一方で逆方向リーク電流が高くなることがわかった。

（試験例５）
試験例５は、試験例５に係るトレンチショットキバリアダイオード２００における順方向電圧及び逆方向リーク電流のトレードオフ関係が従来のトレンチショットキバリアダイオードにおけるトレードオフ関係よりも改善されたものであること明らかにするための試験例である。

試験は、試験例５に係るトレンチショットキバリアダイオードとして、試験例４に係るトレンチショットキバリアダイオードと同じ構造を有するトレンチショットキバリアダイオード（試験例５）を用い、従来のトレンチショットキバリアダイオードとして、試験例５に係るトレンチショットキバリアダイオードからｎ^＋型半導体領域を除いたもの（比較例）を用いて、順方向電圧及び逆方向リーク電流をシミュレーションすることによって行った。

図１１は、試験例５における逆方向リーク電流と順方向電圧とのトレードオフ関係を示す図である。図１１からも明らかなように、試験例５に係るトレンチショットキバリアダイオードにおける順方向電圧及び逆方向リーク電流のトレードオフラインは、比較例に係るトレンチショットキバリアダイオードのトレードオフラインよりも左下に位置する。このため、試験例５に係るトレンチショットキバリアダイオードにおける順方向電圧及び逆方向リーク電流のトレードオフ関係は、比較例に係るトレンチショットキバリアダイオードのトレードオフ関係よりも改善されていると結論付けることができる。

［実施形態３］
図１２は、実施形態３に係るトレンチショットキバリアダイオード３００の深さ方向におけるｎ型不純物の不純物濃度プロファイルを示す図である。

実施形態３に係るトレンチショットキバリアダイオード３００（図示せず。）は、基本的には実施形態１に係るトレンチショットキバリアダイオード１００と同じ構成を有するが、ｎ⁻型ドリフト領域の構成が実施形態１に係るトレンチショットキバリアダイオード１００の場合とは異なる。

すなわち、実施形態３に係るトレンチショットキバリアダイオード３００においては、ｎ⁻型ドリフト領域は、図１２に示すように、ｎ^＋型半導体領域の底部（図１２の矢印ａ参照。）からｎ⁻型ドリフト領域におけるｎ^＋＋型カソード領域と接する部分（図１２の矢印ｂ参照。）に向けてｎ型不純物の不純物濃度が徐々に高くなるように構成されている。

このため、実施形態３に係るトレンチショットキバリアダイオード３００によれば、逆方向リーク電流を小さなものに維持しつつ、メサ領域及びドリフト領域における合成抵抗を低減して順方向電圧を低くすることが可能となる。

なお、実施形態３に係るトレンチショットキバリアダイオード３００は、ｎ^＋型半導体領域の構成以外の点については、実施形態１に係るトレンチショットキバリアダイオード１００の場合と同様の構成を有するため、実施形態１に係るトレンチショットキバリアダイオード１００が有する効果のうち該当する効果を有する。

実施形態３に係るトレンチショットキバリアダイオード３００は、実施形態１に係るトレンチショットキバリアダイオード１００の製造方法における（ａ）工程を以下の（ａ’）工程に変えた製造方法を実施することによって、製造することができる。

（ａ’）シリコン基板準備工程
ｎ^＋＋型カソード領域（厚さ：４００μｍ、不純物濃度：１×１０^１９ｃｍ^−３）の上面に、不純物濃度を変化させながらｎ⁻型ドリフト領域（厚さ：６．０μｍ）をエピタキシャル成長させることにより、上記のような不純物濃度プロファイルを有するシリコン基板を準備する。

以上、本発明のトレンチショットキバリアダイオードを上記の各実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

（１）上記各実施形態においては、トレンチ領域と接触するようにｎ^＋型半導体領域を形成したが、本発明はこれに限定されるものではない。トレンチ領域と接触しないようにｎ^＋型半導体領域を形成してもよい。

（２）上記実施形態２においては、ｎ型不純物をｎ⁻型ドリフト領域の所定深さに注入すした後にｐ型不純物を所定深さより浅くｎ⁻型ドリフト領域に注入することによりｎ^＋型半導体領域を形成したが、本発明はこれに限定されるものではない。高加速イオン注入法によってｎ型不純物をｎ⁻型ドリフト領域に注入することによってｎ^＋型半導体領域を形成することもできる。

（３）上記各実施形態においては、第１導電型をｎ型とし第２導電型をｐ型として本発明のショットキバリア半導体装置を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、第１導電型をｐ型とし第２導電型をｎ型としてもよい。

実施形態１に係るトレンチショットキバリアダイオード１００を説明するために示す図である。 実施形態１に係るトレンチショットキバリアダイオード１００の製造方法を説明するために示す図である。 実施形態１に係るトレンチショットキバリアダイオード１００の製造方法を説明するために示す図である。 試験例１における深さ方向のｎ型不純物の不純物濃度プロファイルを示す図である。 試験例１におけるｎ^＋型半導体領域の深さと逆方向耐圧との関係を示す図である。 試験例１における深さ方向の不純物濃度プロファイルを示す図である。 試験例２におけるｎ^＋型半導体領域の表面不純物濃度と逆方向リーク電流及び順方向電圧との関係を示す図である。 試験例３における逆方向リーク電流と順方向電圧とのトレードオフ関係を示す図である。 実施形態２に係るトレンチショットキバリアダイオード２００の深さ方向におけるｎ型不純物の不純物濃度プロファイルを示す図である。 試験例４における表面ボロンイオン濃度と逆方向リーク電流及び順方向電圧との関係を示す図である。 試験例５における逆方向リーク電流と順方向電圧とのトレードオフ関係を示す図である。 実施形態３に係るトレンチショットキバリアダイオード３００の深さ方向におけるｎ型不純物の不純物濃度プロファイルを示す図である。 従来のトレンチショットキバリアダイオード９００を説明するために示す図である。

符号の説明

１００，９００…トレンチショットキバリアダイオード、１１０，９１０…シリコン基板、１１２，９１２…ｎ^＋＋型カソード領域、１１４，９１４…ｎ⁻型ドリフト領域、１１６，９１６…トレンチ領域、１１７…溝、１１８，９１８…導電材、１１９…ポリシリコン、１２０，９２０…絶縁領域、１２１…二酸化ケイ素、１２２，９２２…メサ領域、１２４，９２４…バリア金属層、１２６，９２６…アノード電極層、１２８，９２８…カソード電極層、１３０…ｎ^＋型半導体領域

Claims (6)

1. 第１主面側に設けられた第１導電型のカソード領域及び第２主面側に設けられ前記カソード領域が含有する第１導電型の不純物よりも低濃度の第１導電型の不純物を含有する第１導電型のドリフト領域を有する半導体基板と、
   前記半導体基板の第２主面側に設けられ前記ドリフト領域との境界面に形成された絶縁領域を介して導電材が埋め込まれた構造を有する複数のトレンチ領域と、
   前記半導体基板の第２主面側における前記複数のトレンチ領域が設けられていない部分に設けられたメサ領域と、
   前記半導体基板の第２主面上に設けられ前記メサ領域との間でショットキ接合を形成するバリア金属層とを備えるトレンチショットキバリアダイオードであって、
   前記メサ領域の表面には、前記ドリフト領域が含有する第１導電型の不純物よりも高濃度の第１導電型の不純物を含有する第１導電型の半導体領域が形成され、
   前記半導体領域の不純物濃度は、前記半導体領域の表面と底部との間で最も高いことを特徴とするトレンチショットキバリアダイオード。
2. 請求項１に記載のトレンチショットキバリアダイオードにおいて、
   前記半導体領域の深さは、前記トレンチ領域の深さよりも浅いことを特徴とするトレンチショットキバリアダイオード。
3. 請求項１又は２に記載のトレンチショットキバリアダイオードにおいて、
   前記半導体領域の表面不純物濃度は、５×１０^１５ｃｍ^−３〜１×１０^１７ｃｍ^−３であることを特徴とするトレンチショットキバリアダイオード。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のトレンチショットキバリアダイオードにおいて、
   前記ドリフト領域は、前記半導体領域の底部から前記ドリフト領域における前記カソード領域と接する部分に向けて第１導電型の不純物の不純物濃度が徐々に高くなるように構成されていることを特徴とするトレンチショットキバリアダイオード。
5. 請求項１に記載のトレンチショットキバリアダイオードを製造するためのトレンチショットキバリアダイオードの製造方法であって、
   前記半導体領域を形成するにあたって、イオン注入法によって第１導電型の不純物を前記ドリフト領域の表面から所定深さに注入する工程と、イオン注入法によって前記第１導電型の不純物よりも低濃度の第２導電型の不純物を前記ドリフト領域の表面から前記所定深さより浅く注入する工程とを実施することを特徴とするトレンチショットキバリアダイオードの製造方法。
6. 請求項１に記載のトレンチショットキバリアダイオードを製造するためのトレンチショットキバリアダイオードの製造方法であって、
   前記半導体領域を形成するにあたって、高加速イオン注入法によって第１導電型の不純物を前記ドリフト領域に注入することを特徴とするトレンチショットキバリアダイオードの製造方法。

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