JP5591151B2 - Silicon carbide junction barrier Schottky diode and method for manufacturing the same - Google Patents

Silicon carbide junction barrier Schottky diode and method for manufacturing the same Download PDF

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Description

本発明は、炭化珪素を用いて形成されたジャンクションバリアショットキーダイオードおよびその製造方法に関し、特に、アノード電極とpウェルの接続の低抵抗化の技術に関するものである。   The present invention relates to a junction barrier Schottky diode formed using silicon carbide and a method for manufacturing the same, and more particularly to a technique for reducing the resistance of connection between an anode electrode and a p-well.

高耐圧、低損失および高耐熱を実現できる次世代のスイッチング素子として、炭化珪素(SiC)を用いた半導体素子が有望視されており、各種のパワー半導体装置への適用が期待されている。SiC半導体装置の製造では、製造工程数を減らすことにより、工期の短縮およびコストの削減を図ることが重要な課題となっている。   A semiconductor element using silicon carbide (SiC) is considered promising as a next-generation switching element capable of realizing high breakdown voltage, low loss, and high heat resistance, and is expected to be applied to various power semiconductor devices. In the manufacture of SiC semiconductor devices, it is an important issue to shorten the construction period and reduce the cost by reducing the number of manufacturing steps.

SiC半導体装置としては、n型のSiC半導体層にショットキー接合する金属電極を備えたショットキーダイオードが知られている。またショットキーダイオードの一種として、n型のSiC半導体層と金属電極との接続面に部分的にp型領域(pウェル)を配置したジャンクションバリアショットキーダイオード(以下「JBSダイオード」と称す)がある(例えば下記の特許文献1)。JBSダイオードでは、pウェルと電極との間で低抵抗なオーミックコンタクトを得る目的で、pウェルの表面部分に不純物濃度のより高いp型領域(p+領域)が形成されるのが一般的である。 As a SiC semiconductor device, a Schottky diode including a metal electrode that is Schottky joined to an n-type SiC semiconductor layer is known. As a kind of Schottky diode, there is a junction barrier Schottky diode (hereinafter referred to as “JBS diode”) in which a p-type region (p-well) is partially disposed on a connection surface between an n-type SiC semiconductor layer and a metal electrode. (For example, Patent Document 1 below). In a JBS diode, a p-type region (p + region) having a higher impurity concentration is generally formed on the surface portion of the p-well in order to obtain a low-resistance ohmic contact between the p-well and the electrode. is there.

炭化珪素にp+領域を形成するには、半導体基板の温度を200℃程度にまで高くした状態でのイオン注入(以下「高温イオン注入」と称す)を行う必要がある。高温イオン注入を行う高温下では、フォトレジストのマスク(レジストマスク)を使用できないため、注入マスクとして酸化膜など耐熱性の高いハードマスクを用いる必要がある。 In order to form the p + region in silicon carbide, it is necessary to perform ion implantation (hereinafter referred to as “high temperature ion implantation”) in a state where the temperature of the semiconductor substrate is increased to about 200 ° C. Since a photoresist mask (resist mask) cannot be used at a high temperature at which high-temperature ion implantation is performed, it is necessary to use a hard mask having high heat resistance such as an oxide film as the implantation mask.

ハードマスクのパターニングは、ハードマスク材の膜を形成した後、その上にフォトレジストのパターン(レジストパターン)を形成し、当該レジストパターンをマスクとするエッチングを施すことにより行われる。そのため、注入マスクにレジストパターンを用いる場合よりも、製造工程数が増加する。   The patterning of the hard mask is performed by forming a hard mask material film, forming a photoresist pattern (resist pattern) thereon, and performing etching using the resist pattern as a mask. For this reason, the number of manufacturing steps increases as compared with the case where a resist pattern is used for the implantation mask.

特許文献1には次のような製造工程で形成される炭化珪素JBSダイオードが開示されている。まずn型半導体層の表面にp型半導体層を結晶成長させ、このp型半導体層の表面にオーミック接合する第1金属膜を形成する。そして第1金属膜およびp型半導体層をレジストマスクを用いて選択的にエッチングしてn型半導体層を露出させ、露出したn型半導体層の表面にショットキー接合する第2金属膜を形成する。   Patent Document 1 discloses a silicon carbide JBS diode formed by the following manufacturing process. First, a p-type semiconductor layer is crystal-grown on the surface of the n-type semiconductor layer, and a first metal film that forms an ohmic junction is formed on the surface of the p-type semiconductor layer. Then, the first metal film and the p-type semiconductor layer are selectively etched using a resist mask to expose the n-type semiconductor layer, and a second metal film that forms a Schottky junction is formed on the exposed surface of the n-type semiconductor layer. .

特開2009−224603号公報JP 2009-224603 A

上記したように、炭化珪素JBSダイオードの製造では、pウェルの上部に不純物濃度が高いp型領域(p+領域)を形成する際、選択的な高温イオン注入を行っていたため、その注入マスクとしてハードマスクが用いられていた。しかし注入マスクとしてハードマスクを用いると、レジストマスクを用いる場合より製造工程数が増加するため、工期の長期化およびコストの上昇を招く。 As described above, in the manufacture of the silicon carbide JBS diode, when forming a p-type region (p + region) having a high impurity concentration above the p-well, selective high-temperature ion implantation is performed. A hard mask was used. However, if a hard mask is used as an implantation mask, the number of manufacturing steps increases as compared with the case where a resist mask is used, which leads to an increase in the construction period and cost.

一方、特許文献1では、イオン注入および高温での熱処理を行わずに、炭化珪素JBSダイオードを形成するため、ハードマスクは不要である。しかしその手法では、金属電極にオーミック接続するp+領域の下部にpウェルを配設すること、並びに、金属電極の端部にp型の終端領域(ガードリング)を配設することができない。pウェルは、ショットキー接合部の電界集中を緩和するように働くものであり、終端領域は、JBSダイオードの終端部(金属電極の端部下)の電界を緩和するように働くものであり、これらはパワー半導体装置の高耐電圧化には非常に重要な構成要素である。 On the other hand, in Patent Document 1, since a silicon carbide JBS diode is formed without performing ion implantation and heat treatment at a high temperature, a hard mask is unnecessary. However, this method cannot provide a p-well below the p + region that is ohmic-connected to the metal electrode, and cannot provide a p-type termination region (guard ring) at the end of the metal electrode. The p-well works to alleviate the electric field concentration at the Schottky junction, and the termination region works to alleviate the electric field at the end of the JBS diode (below the end of the metal electrode). Is a very important component for increasing the withstand voltage of power semiconductor devices.

本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、ハードマスクを使用せずに、pウェル上に選択的にp+領域を形成可能な炭化珪素JBSダイオードの製造方法を提供することを第1の目的とする。また当該製造方法により形成でき、金属電極とp+領域とコンタクト抵抗が低い炭化珪素JBSダイオードを提供することを第2の目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and provides a method for manufacturing a silicon carbide JBS diode capable of selectively forming a p + region on a p-well without using a hard mask. This is the first purpose. A second object of the present invention is to provide a silicon carbide JBS diode which can be formed by the manufacturing method and has a low contact resistance with a metal electrode, ap + region.

本発明に係る炭化珪素JBSダイオードの製造方法は、n型の炭化珪素から成る半導体層の上部全体にイオン注入によってp型領域を形成する工程と、前記p型領域を選択的にエッチングして前記p型領域下のn型領域を部分的に露出させることにより、前記n型領域の上面より上方へ突出したp型半導体凸部を形成する工程と、前記n型領域の露出した部分および前記p型半導体凸部を覆う金属電極を形成する工程とを備えるものである。   The method of manufacturing a silicon carbide JBS diode according to the present invention includes a step of forming a p-type region by ion implantation over the entire upper portion of a semiconductor layer made of n-type silicon carbide, and selectively etching the p-type region to forming a p-type semiconductor protrusion projecting upward from the upper surface of the n-type region by partially exposing the n-type region under the p-type region; and exposing the exposed portion of the n-type region and the p Forming a metal electrode that covers the convex portion of the mold semiconductor.

本発明に係る炭化珪素JBSダイオードは、n型の炭化珪素から成る半導体層と、前記半導体層の主面内に選択的に形成されたpウェルと、前記半導体層の前記pウェルが形成されていない部分であるn型領域と、前記pウェルに対応する前記半導体層の前記主面上に当該主表面より上方へ突出するように形成され、前記pウェルよりも不純物濃度が高いp型半導体凸部と、前記n型領域、前記pウェルおよび前記p型半導体凸部を覆う金属電極とを備え、一つの前記pウェル上に、前記p型半導体凸部が複数個配設されており、それぞれの前記pウェル上において、複数の前記p型半導体凸部の数および高さは、複数の前記p型半導体凸部の上面および側面と前記金属電極との接触面積が、前記p型半導体凸部同士の間の領域を含む複数の前記p型半導体凸部の形成領域の面積よりも大きくなるように、設定されている

A silicon carbide JBS diode according to the present invention includes a semiconductor layer made of n-type silicon carbide, a p-well selectively formed in a main surface of the semiconductor layer, and the p-well of the semiconductor layer. An n-type region that is not present, and a p-type semiconductor protrusion that is formed on the main surface of the semiconductor layer corresponding to the p well so as to protrude upward from the main surface and has a higher impurity concentration than the p well. And a metal electrode that covers the n-type region, the p-well, and the p-type semiconductor convex portion, and a plurality of the p-type semiconductor convex portions are disposed on one p-well, On the p-well, the number and height of the plurality of p-type semiconductor protrusions are such that the contact area between the upper surface and side surfaces of the plurality of p-type semiconductor protrusions and the metal electrode is the p-type semiconductor protrusion. Multiple areas including the area between each other To be larger than the area of the formation region of the serial p-type semiconductor raised portion is set.

本発明によれば、ハードマスクを用いずに、金属電極に接続するp+領域であるp型半導体凸部を形成できるため、製造工程数を少なくでき、工期短縮およびコスト削減を図ることができる。またp型半導体凸部はn型領域の上面より上方へ突出しており、上面だけでなく側面でも金属電極と接触できる。よって金属電極とp型半導体凸部との接触面積は大きくなり、その間のコンタクト抵抗を小さくできる。またp型半導体凸部の形成前または後にイオン注入を行うことで、p型半導体凸部の下のpウェルや金属電極端部の下に終端領域を配設することもでき、炭化珪素JBSダイオードの高耐電圧化に大きく寄与できる。 According to the present invention, a p-type semiconductor convex portion that is a p + region connected to a metal electrode can be formed without using a hard mask, so that the number of manufacturing steps can be reduced, and the construction period and cost can be reduced. . The p-type semiconductor protrusion protrudes upward from the upper surface of the n-type region, and can contact the metal electrode not only on the upper surface but also on the side surface. Therefore, the contact area between the metal electrode and the p-type semiconductor protrusion is increased, and the contact resistance therebetween can be reduced. In addition, by performing ion implantation before or after the formation of the p-type semiconductor convex portion, a termination region can be disposed under the p-well under the p-type semiconductor convex portion or the end portion of the metal electrode. Can greatly contribute to higher withstand voltage.

実施の形態1に係るJBSダイオードの構成図である。2 is a configuration diagram of a JBS diode according to Embodiment 1. FIG. +半導体凸部のレイアウト例を示す図である。It is a figure which shows the example of a layout of p + semiconductor convex part. 実施の形態1に係るJBSダイオードの製造工程図である。FIG. 6 is a manufacturing process diagram for the JBS diode according to the first embodiment. 実施の形態1におけるpウェルの形成手順を示す図である。5 is a diagram showing a p-well formation procedure in the first embodiment. FIG. 実施の形態1のp+領域(p+半導体凸部)と従来のp+領域の構成の比較を示す図である。It shows a comparison of the p + regions (p + semiconductor raised portion) and the conventional p + region of the configuration of the first embodiment. 実施の形態2に係るJBSダイオードの構成図である。6 is a configuration diagram of a JBS diode according to Embodiment 2. FIG. 実施の形態2におけるpウェルの形成手順を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a procedure for forming a p-well in the second embodiment. 実施の形態2のp+領域(p+半導体凸部)と従来のp+領域の構成の比較を示す図である。It shows a comparison of the structure of a conventional p + region and the p + region of the Embodiment 2 (p + semiconductor raised portion). 実施の形態3に係るJBSダイオードの製造工程図である。FIG. 10 is a manufacturing process diagram for a JBS diode according to the third embodiment. 実施の形態3におけるpウェルの形成手順を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a p-well formation procedure in the third embodiment. イオン注入される不純物の広がりの幅D1を示す図である。It is a figure which shows the breadth D1 of the spreading | diffusion of the impurity ion-implanted. +半導体凸部上の任意の点からその端までの最短距離D2を示す図である。It is a figure which shows the shortest distance D2 from the arbitrary points on the p + semiconductor convex part to the edge. 実施の形態4におけるpウェルの形成手順を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a procedure for forming a p-well in a fourth embodiment. イオン注入される不純物の広がりのシミュレーション結果である。It is a simulation result of the spreading | diffusion of the impurity ion-implanted. 実施の形態5に係るJBSダイオードの構成図である。FIG. 9 is a configuration diagram of a JBS diode according to a fifth embodiment.

<実施の形態1>
図1は、本発明の実施の形態1に係るJBSダイオードの構成図である。当該JBSダイオードは、n型のSiC基板1およびその上に成長したn型のエピタキシャル層2(半導体層)とから成るエピタキシャル基板を用いて形成された炭化珪素半導体装置である。
<Embodiment 1>
FIG. 1 is a configuration diagram of a JBS diode according to Embodiment 1 of the present invention. The JBS diode is a silicon carbide semiconductor device formed using an epitaxial substrate composed of n-type SiC substrate 1 and n-type epitaxial layer 2 (semiconductor layer) grown thereon.

エピタキシャル層2の主表面内には、選択的にpウェル3が形成されている。pウェル3に対応するエピタキシャル層2の主表面上にはpウェル3よりも不純物濃度が高いp型(p+型)の半導体領域4が複数個配設されている。以下、この半導体領域4を「p+半導体凸部」と称す。 A p-well 3 is selectively formed in the main surface of the epitaxial layer 2. A plurality of p-type (p + -type) semiconductor regions 4 having an impurity concentration higher than that of the p-well 3 are arranged on the main surface of the epitaxial layer 2 corresponding to the p-well 3. Hereinafter, the semiconductor region 4 is referred to as “p + semiconductor convex portion”.

アノード電極6(金属電極)は、エピタキシャル層2およびp+半導体凸部4の上を覆い、エピタキシャル層2のn型領域(pウェル3が形成されていない部分)にショットキー接続すると共に、p+半導体凸部4にはオーミック接続する。カソード電極9はSiC基板1の下面に設けられる。 The anode electrode 6 (metal electrode) covers the epitaxial layer 2 and the p + semiconductor protrusion 4 and is Schottky connected to the n-type region (portion where the p-well 3 is not formed) of the epitaxial layer 2 and p + Ohmic connection is made to the semiconductor protrusion 4. Cathode electrode 9 is provided on the lower surface of SiC substrate 1.

アノード電極6の端部の下を含む領域には、終端領域として、p型の不純物領域であるガードリング5が配設される。アノード電極6の端部の下には強い電界が生じ易いが、ガードリング5はその電界を緩和するように機能する。   A guard ring 5 that is a p-type impurity region is provided as a termination region in a region including under the end of the anode electrode 6. Although a strong electric field is likely to be generated under the end of the anode electrode 6, the guard ring 5 functions to relax the electric field.

アノード電極6の上には、配線を接続するためのパッド電極7が設けられる。またこのJBSダイオードの上面は、パッド電極7上が開口された保護膜8によって覆われている。   On the anode electrode 6, the pad electrode 7 for connecting wiring is provided. The upper surface of the JBS diode is covered with a protective film 8 having an opening on the pad electrode 7.

図1のJBSダイオードは、pウェル3の上部に形成されアノード電極6とオーミック接続するp+領域が、pウェル3上に立設されたp+半導体凸部4である点で特徴的である。また本実施の形態では、一つのpウェル3上に、複数のp+半導体凸部4を配設している。 The JBS diode of FIG. 1 is characteristic in that the p + region formed on the p well 3 and ohmically connected to the anode electrode 6 is a p + semiconductor convex portion 4 erected on the p well 3. . In the present embodiment, a plurality of p + semiconductor convex portions 4 are arranged on one p well 3.

図2は、p+半導体凸部4のレイアウト例を示しており、pウェル3の部分を拡大した平面図である。平面視で、p+半導体凸部4は図2(a)のように円形でもよいし、図2(b)のように長方形でもよい。あるいは図2(c)のようにライン形でもよい。 FIG. 2 shows a layout example of the p + semiconductor convex portion 4 and is an enlarged plan view of the p well 3 portion. In plan view, the p + semiconductor protrusion 4 may be circular as shown in FIG. 2A or rectangular as shown in FIG. 2B. Alternatively, a line shape may be used as shown in FIG.

次に、図1に示したJBSダイオードの製造方法を、図3の工程図を参照しつつ説明する。   Next, a method of manufacturing the JBS diode shown in FIG. 1 will be described with reference to the process diagram of FIG.

まずn型のSiC基板1を用意し、その上にn型のエピタキシャル層2を成長させる(図3(a))。そしてSiC基板1およびエピタキシャル層2を200℃程度に加熱しての高温イオン注入により、Al等のp型不純物をエピタキシャル層2の全面に注入することによって、エピタキシャル層2の上部全体に不純物濃度の高いp+領域4aを形成する(図3(b))。この高温イオン注入は、エピタキシャル層2の全面に行うため、ハードマスクの注入マスクは必要ない。 First, an n-type SiC substrate 1 is prepared, and an n-type epitaxial layer 2 is grown thereon (FIG. 3A). Then, the SiC substrate 1 and the epitaxial layer 2 are heated to about 200 ° C., and a p-type impurity such as Al is implanted over the entire surface of the epitaxial layer 2 by high-temperature ion implantation. A high p + region 4a is formed (FIG. 3B). Since this high-temperature ion implantation is performed on the entire surface of the epitaxial layer 2, a hard mask implantation mask is not required.

上記のように高温イオン注入はSiC基板1およびエピタキシャル層2の温度を200℃程度にして行われるが、その温度は、具体的には175℃以上、300℃以下の範囲内に保持されることが望ましく、さらに175℃以上、200℃以下の範囲内の値に保持されるとより望ましい。高温イオン注入時の温度が175℃を下回ると、形成したp+領域において表面荒れが大きくなったり、結晶性の回復が不充分になったりし、300℃を上回ると、p+領域と電極とのオーミックコンタクト抵抗率が高くなるためである。 As described above, the high-temperature ion implantation is performed with the temperature of the SiC substrate 1 and the epitaxial layer 2 being about 200 ° C., and the temperature is specifically maintained within the range of 175 ° C. or more and 300 ° C. or less. Is more desirable, and it is more desirable if it is kept at a value within the range of 175 ° C. or more and 200 ° C. or less. If the temperature during high-temperature ion implantation is lower than 175 ° C., surface roughness increases in the formed p + region or crystallinity is insufficiently recovered. If the temperature exceeds 300 ° C., the p + region and the electrode This is because the ohmic contact resistivity is increased.

次いで、p+領域4aの上に、p+半導体凸部4の形成領域を開口したレジストパターン(不図示)を形成し、それをマスクにするエッチングにより、p+領域4aを部分的に除去してエピタキシャル層2のn型領域を露出させる。その結果、エピタキシャル層2のn型領域の上面より上方へ突出したp+半導体凸部4が形成される(図3(c))。 Then, on the p + region 4a, p + region for forming the semiconductor raised portion 4 to form an opening resist pattern (not shown), by etching using it as a mask, the p + region 4a is partially removed Thus, the n-type region of the epitaxial layer 2 is exposed. As a result, a p + semiconductor convex portion 4 protruding upward from the upper surface of the n-type region of the epitaxial layer 2 is formed (FIG. 3C).

その後、選択的なイオン注入によりエピタキシャル層2へAl等のp型不純物を注入することによって、p+半導体凸部4の下にpウェル3を形成すると共に、この後アノード電極6の端部の下となる部分にガードリング5を形成する(図3(d))。pウェル3およびガードリング5の不純物濃度は、p+半導体凸部4(p+領域4a)のそれよりも低いため、このイオン注入は、常温下での通常のイオン注入で行い、注入マスクとしてレジストパターンを使用する。 Thereafter, a p-type impurity such as Al is implanted into the epitaxial layer 2 by selective ion implantation, thereby forming a p-well 3 under the p + semiconductor convex portion 4, and thereafter, at the end of the anode electrode 6. The guard ring 5 is formed in the lower part (FIG. 3D). Since the impurity concentration of the p well 3 and the guard ring 5 is lower than that of the p + semiconductor convex portion 4 (p + region 4a), this ion implantation is performed by normal ion implantation at room temperature, and used as an implantation mask. Use a resist pattern.

そして、イオン注入した不純物を活性化させる熱処理(活性化アニール)を1600℃以上で行う。さらに、SiC基板1の下面にカソード電極9を形成し、エピタキシャル層2の上面(露出したn型領域およびpウェル3の部分)およびp+半導体凸部4を覆うようにアノード電極6を形成する。さらにアノード電極6の上にパッド電極7を形成し、全面に保護膜8を形成してパッド電極7の上方を開口する。それにより図1に示したJBSダイオードの構造が得られる。 Then, heat treatment (activation annealing) for activating the ion-implanted impurities is performed at 1600 ° C. or higher. Further, cathode electrode 9 is formed on the lower surface of SiC substrate 1, and anode electrode 6 is formed so as to cover the upper surface of epitaxial layer 2 (exposed n-type region and portion of p well 3) and p + semiconductor protrusion 4. . Further, a pad electrode 7 is formed on the anode electrode 6, a protective film 8 is formed on the entire surface, and an upper portion of the pad electrode 7 is opened. Thereby, the structure of the JBS diode shown in FIG. 1 is obtained.

本実施の形態では、図3に示したように、pウェル3の形成工程(図3(d))は、p+半導体凸部4の形成工程(図3(c))よりも後に行われる。つまり図4(a)の如くエピタキシャル層2上にp+半導体凸部4を形成した後、図4(b)のようにp+半導体凸部4を内包する開口を有するレジストパターン11を形成し、pウェル3を形成するためのイオン注入が行われる。このイオン注入はp+半導体凸部4を介して行われるため、pウェル3はp+半導体凸部4の下方の部分が浅く形成されることになる。 In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the step of forming the p well 3 (FIG. 3D) is performed after the step of forming the p + semiconductor convex portion 4 (FIG. 3C). . That is, after forming the FIG. 4 (a) p + semiconductor raised portions 4 on the epitaxial layer 2 as to form a resist pattern 11 having an opening for containing the p + semiconductor raised portion 4 as shown in FIG. 4 (b) , Ion implantation for forming the p-well 3 is performed. Since this ion implantation is performed through the p + semiconductor convex portion 4, the p well 3 is formed so that a portion below the p + semiconductor convex portion 4 is shallow.

また本実施の形態では、図1および図2に示したように、一つのpウェル3の上に複数のp+半導体凸部4を配設している。図5(a)は、pウェル3上に立設された本発明のp+領域であるp+半導体凸部4を示しており、図5(b)は、pウェル3の内部に形成された従来のp+領域104を示している。 Further, in the present embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, a plurality of p + semiconductor convex portions 4 are disposed on one p well 3. FIG. 5A shows a p + semiconductor convex portion 4 which is a p + region of the present invention standing on the p well 3, and FIG. 5B is formed inside the p well 3. A conventional p + region 104 is shown.

+半導体凸部4は、pウェル3から突出しているため、p+半導体凸部4上に形成されるアノード電極(図5では不図示)に、上面だけでなく側面でも接触することができる。一方、従来のp+領域104は、pウェル3内に形成されているので(従来のp+領域104の上面はpウェル3の上面と同じ高さ)、アノード電極に上面でしか接触できない。そのためp+半導体凸部4は、その数と高さを適切にすれば、従来のp+領域104よりもアノード電極との接触面積を大きくできる。 Since the p + semiconductor convex portion 4 protrudes from the p well 3, it can contact the anode electrode (not shown in FIG. 5) formed on the p + semiconductor convex portion 4 not only on the top surface but also on the side surface. . On the other hand, since the conventional p + region 104 is formed in the p well 3 (the upper surface of the conventional p + region 104 is the same height as the upper surface of the p well 3), it can contact the anode electrode only on the upper surface. Therefore, if the number and height of the p + semiconductor convex portions 4 are appropriate, the contact area with the anode electrode can be made larger than that of the conventional p + region 104.

例えば、p+半導体凸部4が図2(c)の如く平面視でライン形であり、図5(a)に示すように、幅がWの中に、幅がW1で高さがHのp+半導体凸部がN個、等間隔に配設されているとする。一例として、W=3.3μm、W1=0.3μm、H=0.2μm、N=6とすると(p+半導体凸部4同士の間隔は0.3μm)、同じく幅W=3.3μmで形成された従来のp+領域104(図5(b))と比較して、アノード電極との接触面積を27.3%大きくできる。また他の一例として、W=2.9μm、W1=0.5μm、H=0.2μm、N=4とすると(p+半導体凸部4同士の間隔は0.3μm)、同じく幅W=2.9μmで形成された従来のp+領域104と比較して、アノード電極との接触面積を10.3%大きくできる。 For example, the p + semiconductor convex portion 4 has a line shape in plan view as shown in FIG. 2C, and as shown in FIG. 5A, the width is W, the width is W1, and the height is H. It is assumed that N p + semiconductor convex portions are arranged at equal intervals. As an example, assuming that W = 3.3 μm, W1 = 0.3 μm, H = 0.2 μm, and N = 6 (the interval between the p + semiconductor convex portions 4 is 0.3 μm), the width W = 3.3 μm. Compared to the formed conventional p + region 104 (FIG. 5B), the contact area with the anode electrode can be increased by 27.3%. As another example, when W = 2.9 μm, W1 = 0.5 μm, H = 0.2 μm, and N = 4 (the interval between the p + semiconductor protrusions 4 is 0.3 μm), the width W = 2 Compared with the conventional p + region 104 formed with a thickness of .9 μm, the contact area with the anode electrode can be increased by 10.3%.

以上のように本実施の形態によれば、ハードマスクを用いずに、アノード電極6(金属電極)にオーミック接続するp+領域(p+半導体凸部4)を形成できるため、製造工程数を少なくでき、工期短縮およびコスト削減を図ることができる。またp+半導体凸部4はpウェル3より突出しており、上面だけでなく側面でもアノード電極6と接触できる。よってアノード電極6とp+半導体凸部4との接触面積は大きくなり、その間のコンタクト抵抗を小さくできる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to form the p + region (p + semiconductor convex portion 4) that is in ohmic contact with the anode electrode 6 (metal electrode) without using a hard mask. It is possible to reduce the construction period and cost. The p + semiconductor convex portion 4 protrudes from the p well 3 and can contact the anode electrode 6 not only on the upper surface but also on the side surface. Therefore, the contact area between the anode electrode 6 and the p + semiconductor convex portion 4 is increased, and the contact resistance therebetween can be reduced.

またレジストパターンをマスクとする選択的なイオン注入によって、p+半導体凸部4下にpウェルを配設できると共に、アノード電極6の端部の下を含む領域にガードリング5(終端領域)を配設することができ、炭化珪素JBSダイオードの高耐電圧化に大きく寄与できる。 Also, by selective ion implantation using the resist pattern as a mask, a p-well can be disposed under the p + semiconductor convex portion 4 and a guard ring 5 (termination region) is provided in a region including the portion below the end of the anode electrode 6. This can greatly contribute to the increase of the withstand voltage of the silicon carbide JBS diode.

<実施の形態2>
図6は、実施の形態2に係るJBSダイオードの構成図である。同図において、図1に示したものと同様の要素には同一符号を付している。当該JBSダイオードは、図1の構成に対し、各pウェル3の上にp+半導体凸部4を一つずつ配設したものである。
<Embodiment 2>
FIG. 6 is a configuration diagram of a JBS diode according to the second embodiment. In the figure, the same elements as those shown in FIG. In the JBS diode, one p + semiconductor convex portion 4 is disposed on each p well 3 with respect to the configuration of FIG.

また本実施の形態のJBSダイオードの製造方法は、p+半導体凸部4の形成パターンを除いて実施の形態1と同じである。従ってpウェル3の形成工程は、p+半導体凸部4の形成工程よりも後に行われる。つまり図7(a)の如くエピタキシャル層2上にp+半導体凸部4を形成した後、図7(b)のようにp+半導体凸部4を内包する開口を有するレジストパターン11を形成し、pウェル3を形成するためのイオン注入が行われる。このイオン注入はp+半導体凸部4を介して行われるため、pウェル3はp+半導体凸部4の下方の部分が浅く形成されることになる。 The manufacturing method of the JBS diode of the present embodiment is the same as that of the first embodiment except for the formation pattern of the p + semiconductor convex portion 4. Therefore, the process of forming the p well 3 is performed after the process of forming the p + semiconductor convex portion 4. That is, after the formation of the p + semiconductor raised portions 4 on the epitaxial layer 2 as shown in FIG. 7 (a), a resist pattern 11 having an opening for containing the p + semiconductor raised portion 4 as shown in FIG. 7 (b) , Ion implantation for forming the p-well 3 is performed. Since this ion implantation is performed through the p + semiconductor convex portion 4, the p well 3 is formed so that a portion below the p + semiconductor convex portion 4 is shallow.

ここで、図7(b)のpウェル3の形状と、実施の形態1で図4(b)に示したpウェル3の形状とを比較する。本実施の形態ではpウェル3上にp+半導体凸部4が一つのみ配設されるため、図7(b)のpウェル3の底面の凹み(浅い部分)は1つである。それに対し実施の形態1ではpウェル3上にp+半導体凸部4が複数個配設されていたため、図4(b)のpウェル3の底面の凹みは複数である。 Here, the shape of the p-well 3 in FIG. 7B is compared with the shape of the p-well 3 shown in FIG. 4B in the first embodiment. In the present embodiment, since only one p + semiconductor convex portion 4 is disposed on the p well 3, there is one recess (shallow portion) on the bottom surface of the p well 3 in FIG. On the other hand, in the first embodiment, since a plurality of p + semiconductor convex portions 4 are arranged on the p well 3, the bottom of the p well 3 in FIG.

通常、pウェル3の底面の角部には電界集中が生じ易いので、pウェル3の底面の凹みが多いと、JBSダイオードの耐電圧性能が低下する場合がある。本実施の形態のJBSダイオードは、実施の形態1と比較してpウェル3の底部に電界集中が生じやすい個所が少なく、耐電圧性能の低下が防止される。   Normally, electric field concentration is likely to occur at the corners of the bottom surface of the p-well 3, so that if the bottom surface of the p-well 3 has many dents, the withstand voltage performance of the JBS diode may deteriorate. The JBS diode of the present embodiment has fewer places where electric field concentration is likely to occur at the bottom of the p-well 3 than in the first embodiment, thereby preventing a reduction in withstand voltage performance.

本実施の形態のp+半導体凸部4も、上面と側面でアノード電極6に接触するため、アノード電極6との間のコンタクト抵抗は小さくなる。例えば、p+半導体凸部4が平面視でライン形であり、図8(a)に示すように、pウェル3上に幅がWで高さがHのp+半導体凸部が一つ配設されているとする。一例として、W=3.0μm、H=0.2μmとすると、同じく幅W=3.0μmで形成された従来のp+領域104(図8(b))と比較して、アノード電極との接触面積を13.3%大きくできる。 Since the p + semiconductor convex portion 4 of the present embodiment is also in contact with the anode electrode 6 on the upper surface and the side surface, the contact resistance with the anode electrode 6 is reduced. For example, the p + semiconductor convex portion 4 has a line shape in plan view, and as shown in FIG. 8A, one p + semiconductor convex portion having a width W and a height H is arranged on the p well 3. Suppose that it is installed. As an example, when W = 3.0 μm and H = 0.2 μm, compared with the conventional p + region 104 (FIG. 8B) similarly formed with a width W = 3.0 μm, The contact area can be increased by 13.3%.

但し、p+半導体凸部4を高く形成できる場合、その側面の面積がアノード電極6との接触面積に大きく寄与することになるので、p+半導体凸部4の幅を広げるよりも、実施の形態1のようにp+半導体凸部4の数を多くする方が効率よく接触面積を大きくすることができる。実施の形態1にはこのメリットがある。 However, if it can increase forming a p + semiconductor raised portion 4, it means that the area of the side surfaces greatly contributes to the contact area between the anode electrode 6, than broaden the p + semiconductor raised portions 4, of the embodiment The contact area can be increased efficiently by increasing the number of p + semiconductor protrusions 4 as in the first mode. The first embodiment has this merit.

<実施の形態3>
実施の形態3では、本発明に係るJBSダイオードの形成において、p+半導体凸部4の形成工程(p+領域4aのパターニング)よりも先にpウェル3の形成工程を行う。なお、JBSダイオードの基本的な構造は、図1と同様であるのでここでの説明は省略する。
<Embodiment 3>
In the third embodiment, in the formation of the JBS diode according to the present invention, the step of forming the p well 3 is performed prior to the step of forming the p + semiconductor convex portion 4 (patterning of the p + region 4a). The basic structure of the JBS diode is the same as that shown in FIG.

以下、実施の形態3に係るJBSダイオードの製造方法を、図9の工程図を参照しつつ説明する。   Hereinafter, a method of manufacturing the JBS diode according to the third embodiment will be described with reference to the process diagram of FIG.

まずn型のSiC基板1を用意し、その上にn型のエピタキシャル層2を成長させる(図9(a))。そしてSiC基板1およびエピタキシャル層2を200℃程度に加熱しての高温イオン注入により、Al等のp型不純物をエピタキシャル層2の全面に注入することによって、エピタキシャル層2の上部全体に不純物濃度の高いp+領域4aを形成する(図9(b))。この高温イオン注入は、エピタキシャル層2の全面に行うため、ハードマスクの注入マスクは必要ない。 First, an n-type SiC substrate 1 is prepared, and an n-type epitaxial layer 2 is grown thereon (FIG. 9A). Then, the SiC substrate 1 and the epitaxial layer 2 are heated to about 200 ° C., and a p-type impurity such as Al is implanted over the entire surface of the epitaxial layer 2 by high-temperature ion implantation. A high p + region 4a is formed (FIG. 9B). Since this high-temperature ion implantation is performed on the entire surface of the epitaxial layer 2, a hard mask implantation mask is not required.

次いで、選択的なイオン注入によりエピタキシャル層2へAl等のp型不純物を注入することによって、p+領域4aよりも深く、pウェル3およびガードリング5を形成する(図9(c))。pウェル3およびガードリング5の不純物濃度は、p+領域4aのそれよりも低いため、このイオン注入は、常温下での通常のイオン注入で行い、注入マスクとしてレジストパターンを使用する。 Next, a p-type impurity such as Al is implanted into the epitaxial layer 2 by selective ion implantation to form a p-well 3 and a guard ring 5 deeper than the p + region 4a (FIG. 9C). Since the impurity concentration of the p well 3 and the guard ring 5 is lower than that of the p + region 4a, this ion implantation is performed by normal ion implantation at room temperature, and a resist pattern is used as an implantation mask.

その後、p+領域4aの上に、p+半導体凸部4の形成領域を開口したレジストパターン(不図示)を形成し、それをマスクにするエッチングにより、p+領域4aを部分的に除去してエピタキシャル層2のn型領域およびpウェル3を露出させる。その結果、エピタキシャル層2のn型領域およびpウェル3の上面より上方へ突出したp+半導体凸部4が形成される(図9(d))。ここでは1つのpウェル3に対してp+半導体凸部4を複数個設ける例を示すが、1つのpウェル3に対し1つのp+半導体凸部4を設けてもよい。 Thereafter, on the p + region 4a, p + a resist pattern having an opening region for forming the semiconductor raised portion 4 (not shown), by etching using it as a mask, the p + region 4a is partially removed Thus, the n-type region of epitaxial layer 2 and p well 3 are exposed. As a result, a p + semiconductor convex portion 4 protruding upward from the n-type region of the epitaxial layer 2 and the upper surface of the p well 3 is formed (FIG. 9D). Here, an example in which a plurality of p + semiconductor convex portions 4 are provided for one p well 3 is shown, but one p + semiconductor convex portion 4 may be provided for one p well 3.

そして、イオン注入した不純物を活性化させる熱処理(活性化アニール)を1600℃以上で行う。さらに、SiC基板1の下面にカソード電極9を形成し、エピタキシャル層2の上面(露出したn型領域およびpウェル3の部分)およびp+半導体凸部4を覆うようにアノード電極6を形成する。さらにアノード電極6の上にパッド電極7を形成し、全面に保護膜8を形成してパッド電極7の上方を開口する。それにより図1に示したJBSダイオードの構造が得られる。 Then, heat treatment (activation annealing) for activating the ion-implanted impurities is performed at 1600 ° C. or higher. Further, cathode electrode 9 is formed on the lower surface of SiC substrate 1, and anode electrode 6 is formed so as to cover the upper surface of epitaxial layer 2 (exposed n-type region and portion of p well 3) and p + semiconductor protrusion 4. . Further, a pad electrode 7 is formed on the anode electrode 6, a protective film 8 is formed on the entire surface, and an upper portion of the pad electrode 7 is opened. Thereby, the structure of the JBS diode shown in FIG. 1 is obtained.

本実施の形態では、図9に示したように、pウェル3の形成工程(図9(c))は、p+半導体凸部4の形成工程(図9(d))よりも前に行われる。つまり図10(a)の如くpウェル3の形成領域が開口されたレジストパターン11を形成し、pウェル3を形成するためのイオン注入を行った後、p+領域4aのパターニングを行って図10(b)のようにp+半導体凸部4を形成する。pウェル3形成のイオン注入が、p+領域4aを介して行われるため、pウェル3は全体的に浅めに形成されるが、パターニング前のp+領域4aの表面は平坦なので、pウェル3の底面は凹みのない平坦な形状となる。 In the present embodiment, as shown in FIG. 9, the step of forming the p well 3 (FIG. 9C) is performed before the step of forming the p + semiconductor convex portion 4 (FIG. 9D). Is called. That is, as shown in FIG. 10A, a resist pattern 11 having an opening in the formation region of the p well 3 is formed, ion implantation for forming the p well 3 is performed, and then the p + region 4a is patterned. The p + semiconductor convex portion 4 is formed as shown in FIG. Since the ion implantation for forming the p well 3 is performed through the p + region 4a, the p well 3 is formed shallow overall, but the surface of the p + region 4a before patterning is flat. The bottom surface has a flat shape without a dent.

本実施の形態によれば、電界集中が生じ易いpウェル3の底面の角部の数が最小限(pウェル3の両端部のみ)になるので、実施の形態1と比較してJBSダイオードの耐電圧性能が向上する。但し、pウェル3形成のイオン注入を、p+領域4aを介して行うため、実施の形態1に比べてpウェル3の形成深さ(厚さ)が制限される点に留意すべきである。 According to the present embodiment, the number of corners on the bottom surface of the p-well 3 where electric field concentration is likely to occur is minimized (only at both ends of the p-well 3). Withstand voltage performance is improved. However, it should be noted that the formation depth (thickness) of the p-well 3 is limited compared to the first embodiment because the ion implantation for forming the p-well 3 is performed via the p + region 4a. .

<実施の形態4>
実施の形態4では、pウェル3の底面を平坦にでき、且つ、pウェル3の形成深さを実施の形態1と同等にできる手法を提案する。
<Embodiment 4>
In the fourth embodiment, a method is proposed in which the bottom surface of the p well 3 can be made flat and the formation depth of the p well 3 can be made equal to that of the first embodiment.

エピタキシャル層2に不純物がイオン注入されたとき、その不純物はある程度の横方向の広がりをもって注入される。そのためpウェル3は、図11のように、注入される不純物の広がりの幅D1だけレジストパターン11の下に入り込むように形成される。本実施の形態では、「平面視でp+半導体凸部4上の任意の点から当該p+半導体凸部4の端までの最短距離D2の最大値」を、「pウェル3形成のイオン注入における不純物の横方向への広がり幅D1」よりも小さくする。 When an impurity is ion-implanted into the epitaxial layer 2, the impurity is implanted with a certain extent in the lateral direction. Therefore, as shown in FIG. 11, the p-well 3 is formed so as to enter under the resist pattern 11 by the width D1 of the spread of the implanted impurity. In the present embodiment, “the maximum value of the shortest distance D2 from an arbitrary point on the p + semiconductor convex portion 4 to the end of the p + semiconductor convex portion 4 in plan view” is expressed as “ion implantation for forming the p well 3”. The width of the impurity in the lateral direction is smaller than the width D1 ".

図12(a)〜(c)は、図2(a)〜(c)で示した構成における、p+半導体凸部4上の任意の点(黒いドット)から当該p+半導体凸部4の端までの最短距離D2の例を示している。例えば図12(a)のようにp+半導体凸部4が円形の場合、「距離D2の最大値」はその円の半径に相当する。また図12(b)のように長方形であれば、「距離D2の最大値」はその長方形の短辺の長さの半分に相当し、図12(c)のようにライン形であれば、「距離D2の最大値」はそのライン幅の半分に相当する。 Figure 12 (a) ~ (c) is, in the configuration shown in FIG. 2 (a) ~ (c), from an arbitrary point on the p + semiconductor raised portion 4 (black dots) of the p + semiconductor protrusions 4 An example of the shortest distance D2 to the end is shown. For example, when the p + semiconductor convex portion 4 is circular as shown in FIG. 12A, the “maximum value of the distance D2” corresponds to the radius of the circle. If the rectangle is as shown in FIG. 12B, the “maximum value of the distance D2” corresponds to half the length of the short side of the rectangle, and if it is a line shape as shown in FIG. The “maximum value of the distance D2” corresponds to half of the line width.

本実施の形態に係るJBSダイオードの製造の手順は、実施の形態1(図3)と同様である。よってpウェル3の形成工程(図3(d))は、p+半導体凸部4の形成工程(図3(c))よりも後に行われる。つまり図13(a)の如くエピタキシャル層2上にp+半導体凸部4を形成した後、図13(b)のようにp+半導体凸部4を内包する開口を有するレジストパターン11を形成し、pウェル3を形成するためのイオン注入が行われる。このイオン注入はp+半導体凸部4を介して行われるが、p+半導体凸部4の「距離D2の最大値」は、「pウェル3の不純物の広がり幅D1」よりも小さいため、pウェル3はp+半導体凸部4の下方全体に入り込むように形成される。よってpウェル3の底面は凹みのない平坦な形状となる。 The procedure for manufacturing the JBS diode according to the present embodiment is the same as that in the first embodiment (FIG. 3). Therefore, the step of forming the p well 3 (FIG. 3D) is performed after the step of forming the p + semiconductor convex portion 4 (FIG. 3C). That is, after the formation of the p + semiconductor raised portions 4 on the epitaxial layer 2 as shown in FIG. 13 (a), a resist pattern 11 having an opening for containing the p + semiconductor raised portion 4 as shown in FIG. 13 (b) , Ion implantation for forming the p-well 3 is performed. Since This ion implantation is performed through the p + semiconductor protrusions 4, "the maximum value of the distance D2" of the p + semiconductor raised portion 4 is smaller than the "spread width D1 of the impurity of the p-well 3", p The well 3 is formed so as to enter the entire lower portion of the p + semiconductor convex portion 4. Therefore, the bottom surface of the p-well 3 has a flat shape without a dent.

本実施の形態によれば、電界集中が生じ易いpウェル3の底面の角部の数が最小限(pウェル3の両端部のみ)になるので、実施の形態1と比較してJBSダイオードの耐電圧性能が向上する。しかも、pウェル3形成のイオン注入を、p+半導体凸部4の形成(p+領域4aのパターニング)の後に行うため、pウェル3を実施の形態1と同様の深さで形成可能である。 According to the present embodiment, the number of corners on the bottom surface of the p-well 3 where electric field concentration is likely to occur is minimized (only at both ends of the p-well 3). Withstand voltage performance is improved. In addition, since the ion implantation for forming the p well 3 is performed after the formation of the p + semiconductor protrusion 4 (patterning of the p + region 4a), the p well 3 can be formed at the same depth as in the first embodiment. .

図14は、SiC基板にAlを700keVのエネルギーでイオン注入した場合における、SiC基板内でのAlの横方向への広がりをシミュレーションした結果である。この場合、Alは横方向に約250nm拡がることが観察された。この広がりは、注入エネルギーが高いほど大きくなる。   FIG. 14 shows the result of simulating the lateral spread of Al in the SiC substrate when Al is ion-implanted into the SiC substrate with an energy of 700 keV. In this case, Al was observed to spread about 250 nm in the lateral direction. This spread increases as the implantation energy increases.

例えばp+半導体凸部4の「距離D2の最大値」が250nmである場合、pウェル3形成のイオン注入において、700keV以上のエネルギーでのAlのイオン注入を少なくとも1回行えば、pウェル3をp+半導体凸部4の下方全体に入り込むように形成でき、pウェル3の底面を平坦にできる。 For example, when the “maximum value of the distance D2” of the p + semiconductor convex portion 4 is 250 nm, if the ion implantation of Al at an energy of 700 keV or more is performed at least once in the ion implantation for forming the p well 3, the p well 3 Can be formed so as to enter the entire lower part of the p + semiconductor convex portion 4, and the bottom surface of the p well 3 can be made flat.

<実施の形態5>
図15は、実施の形態5に係るJBSダイオードの構成図である。当該JBSダイオードは、図1の構成に対し、アノード電極6をそれぞれ異なる金属から成る第1金属部61と第2金属部62とから構成したものである。
<Embodiment 5>
FIG. 15 is a configuration diagram of a JBS diode according to the fifth embodiment. In the JBS diode, the anode electrode 6 is composed of a first metal part 61 and a second metal part 62 made of different metals, respectively, compared to the structure of FIG.

第1金属部61は、エピタキシャル層2のn型領域(pウェル3が形成されていない部分)の上に形成され、当該n型領域とショットキー接続する部分である。第2金属部62は、pウェル3とオーミック接続する部分であり、pウェル3上にp+半導体凸部4を覆うように形成され、第1金属部61の材料よりもp型の炭化珪素半導体(p+半導体凸部4)に対するコンタクト抵抗が低い材料から成っている。第1金属部61の材料としては、Ti、Ni、W等が挙げられる。また第2金属部62の材料としては、Niや、Ti−Alの積層構造等が挙げられる。 The first metal portion 61 is a portion that is formed on the n-type region (portion where the p-well 3 is not formed) of the epitaxial layer 2 and is Schottky connected to the n-type region. Second metal portion 62 is a portion that is in ohmic contact with p well 3, is formed on p well 3 so as to cover p + semiconductor convex portion 4, and is p-type silicon carbide rather than the material of first metal portion 61. It consists of a material with low contact resistance with respect to a semiconductor (p + semiconductor convex part 4). Examples of the material of the first metal part 61 include Ti, Ni, W, and the like. Moreover, as a material of the 2nd metal part 62, the laminated structure of Ni, Ti-Al, etc. are mentioned.

上記したように、本発明に係るJBSダイオードでは、p+半導体凸部4がエピタキシャル層2の上面から突出するため、p+半導体凸部4とアノード電極6との接触面積が大きい。よってp+半導体凸部4と接触する部分に、p+半導体凸部4とのコンタクト抵抗がより低い第2金属部62を配設することにより、効率的にコンタクト抵抗を低減できる。 As described above, in the JBS diode according to the present invention, since the p + semiconductor convex portion 4 protrudes from the upper surface of the epitaxial layer 2, the contact area between the p + semiconductor convex portion 4 and the anode electrode 6 is large. Thus the portion in contact with p + semiconductor raised portion 4, by the contact resistance with the p + semiconductor raised portion 4 is disposed a lower second metal portion 62, can be efficiently reduce the contact resistance.

但し、アノード電極6を形成するために、第1金属部61を、エピタキシャル層2のn型領域上に形成する工程と、第2金属部62を、pウェル3の上にp+半導体凸部4を覆うように形成する工程とを分けて行う必要があるので、製造工程数は増える点に留意すべきである。また、第2金属部62とp+半導体凸部4とのオーミック接続を得るために高温の熱処理が必要な場合は、それによってショットキー特性が劣化しないように、第2金属部62を形成して高温の熱処理を行った後、第1金属部61を形成するとよい。 However, in order to form the anode electrode 6, the step of forming the first metal portion 61 on the n-type region of the epitaxial layer 2 and the second metal portion 62 on the p well 3 are p + semiconductor convex portions. It should be noted that the number of manufacturing steps increases because it is necessary to perform the process separately to cover 4. In addition, when high temperature heat treatment is necessary to obtain an ohmic connection between the second metal portion 62 and the p + semiconductor convex portion 4, the second metal portion 62 is formed so that the Schottky characteristics are not deteriorated thereby. After the high temperature heat treatment, the first metal part 61 may be formed.

1 SiC基板、2 エピタキシャル層、3 pウェル、4 p+半導体凸部、4a p+領域、5 ガードリング、6 アノード電極、7 パッド電極、8 保護膜、9 カソード電極、11 レジストパターン、61 第1金属部、62 第2金属部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 SiC substrate, 2 Epitaxial layer, 3 p well, 4 p + semiconductor convex part, 4ap + area | region, 5 guard ring, 6 anode electrode, 7 pad electrode, 8 protective film, 9 cathode electrode, 11 resist pattern, 61st 1 metal part, 62 2nd metal part.

Claims (14)

n型の炭化珪素から成る半導体層の上部全体にイオン注入によってp型領域を形成する工程と、
前記p型領域を選択的にエッチングして前記p型領域下のn型領域を部分的に露出させることにより、前記n型領域の上面より上方へ突出したp型半導体凸部を形成する工程と、
前記n型領域の露出した部分および前記p型半導体凸部を覆う金属電極を形成する工程とを備える
ことを特徴とする炭化珪素ジャンクションバリアショットキーダイオードの製造方法。
forming a p-type region by ion implantation over the entire upper portion of the semiconductor layer made of n-type silicon carbide;
Selectively etching the p-type region to partially expose the n-type region below the p-type region, thereby forming a p-type semiconductor protrusion protruding upward from the upper surface of the n-type region; ,
Forming a metal electrode that covers the exposed portion of the n-type region and the p-type semiconductor protrusion, and a method for manufacturing a silicon carbide junction barrier Schottky diode.
前記p型領域を形成する工程は、前記半導体層を175℃以上、300℃以下の範囲内の温度に加熱した状態で行われる
請求項1記載の炭化珪素ジャンクションバリアショットキーダイオードの製造方法。
2. The method of manufacturing a silicon carbide junction barrier Schottky diode according to claim 1, wherein the step of forming the p-type region is performed in a state where the semiconductor layer is heated to a temperature within a range of 175 ° C. or more and 300 ° C. or less .
選択的なイオン注入により、前記p型半導体凸部の下を含む領域の前記半導体層に、前記p型領域よりも不純物濃度が低いpウェルを形成する工程をさらに備える
請求項1または請求項2記載の炭化珪素ジャンクションバリアショットキーダイオードの製造方法。
The method further comprising: forming a p-well having a lower impurity concentration than that of the p-type region in the semiconductor layer in a region including under the p-type semiconductor protrusion by selective ion implantation. The manufacturing method of the silicon carbide junction barrier Schottky diode of description.
前記pウェルを形成する工程における前記選択的なイオン注入では、フォトレジストのパターンがマスクとして用いられる
請求項3記載の炭化珪素ジャンクションバリアショットキーダイオードの製造方法。
4. The method for manufacturing a silicon carbide junction barrier Schottky diode according to claim 3, wherein a photoresist pattern is used as a mask in the selective ion implantation in the step of forming the p-well.
一つの前記pウェル上に、前記p型半導体凸部が複数個配設される
請求項3または請求項4記載の炭化珪素ジャンクションバリアショットキーダイオードの製造方法。
The method for manufacturing a silicon carbide junction barrier Schottky diode according to claim 3 or 4, wherein a plurality of the p-type semiconductor protrusions are disposed on one p-well.
前記pウェルを形成する工程は、前記p型領域を形成する工程より後で且つ前記p型半導体凸部を形成する工程より前に行われる
請求項3から請求項5のいずれか一項記載の炭化珪素ジャンクションバリアショットキーダイオードの製造方法。
The step of forming the p-well is performed after the step of forming the p-type region and before the step of forming the p-type semiconductor convex portion. A method for manufacturing a silicon carbide junction barrier Schottky diode.
前記pウェルを形成する工程は、前記p型半導体凸部を形成する工程より後に行われる
請求項3から請求項5のいずれか一項記載の炭化珪素ジャンクションバリアショットキーダイオードの製造方法。
6. The method for manufacturing a silicon carbide junction barrier Schottky diode according to claim 3, wherein the step of forming the p-well is performed after the step of forming the p-type semiconductor convex portion.
平面視で前記p型半導体凸部上の任意の点から当該p型半導体凸部の端までの最短距離の最大値は、前記選択的なイオン注入における不純物の横方向への広がり幅よりも小さい
請求項7記載の炭化珪素ジャンクションバリアショットキーダイオードの製造方法。
The maximum value of the shortest distance from an arbitrary point on the p-type semiconductor convex portion to the end of the p-type semiconductor convex portion in plan view is smaller than the width of impurities in the lateral direction in the selective ion implantation. A method for manufacturing a silicon carbide junction barrier Schottky diode according to claim 7.
選択的なイオン注入により、前記金属電極の端部下となる領域の前記半導体層にp型の終端領域を形成する工程をさらに備える
請求項1から請求項8のいずれか一項記載の炭化珪素ジャンクションバリアショットキーダイオードの製造方法。
The silicon carbide junction according to any one of claims 1 to 8, further comprising a step of forming a p-type termination region in the semiconductor layer in a region under the end of the metal electrode by selective ion implantation. Barrier Schottky diode manufacturing method.
前記金属電極を形成する工程は、
前記n型領域にショットキー接続する第1金属を、前記n型半導体領域の露出した部分を覆うように形成する工程と、
p型の炭化珪素半導体に対するコンタクト抵抗が前記第1金属よりも低い第2金属を、前記p型半導体凸部を覆うように形成する工程とを含む
請求項1から請求項9のいずれか一項記載の炭化珪素ジャンクションバリアショットキーダイオードの製造方法。
The step of forming the metal electrode includes:
Forming a first metal that is Schottky connected to the n-type region so as to cover an exposed portion of the n-type semiconductor region;
10. A method of forming a second metal having a contact resistance with respect to a p-type silicon carbide semiconductor lower than that of the first metal so as to cover the p-type semiconductor convex portion. The manufacturing method of the silicon carbide junction barrier Schottky diode of description.
n型の炭化珪素から成る半導体層と、
前記半導体層の主面内に選択的に形成されたpウェルと、
前記半導体層の前記pウェルが形成されていない部分であるn型領域と、
前記pウェルに対応する前記半導体層の前記主面上に当該主表面より上方へ突出するように形成され、前記pウェルよりも不純物濃度が高いp型半導体凸部と、
前記n型領域、前記pウェルおよび前記p型半導体凸部を覆う金属電極とを備え
一つの前記pウェル上に、前記p型半導体凸部が複数個配設されており、
それぞれの前記pウェル上において、複数の前記p型半導体凸部の数および高さは、複数の前記p型半導体凸部の上面および側面と前記金属電極との接触面積が、前記p型半導体凸部同士の間の領域を含む複数の前記p型半導体凸部の形成領域の面積よりも大きくなるように、設定されている
ことを特徴とする炭化珪素ジャンクションバリアショットキーダイオード。
a semiconductor layer made of n-type silicon carbide;
A p-well selectively formed in the main surface of the semiconductor layer;
An n-type region that is a portion of the semiconductor layer where the p-well is not formed;
A p-type semiconductor convex portion formed on the main surface of the semiconductor layer corresponding to the p well so as to protrude upward from the main surface, and having a higher impurity concentration than the p well;
A metal electrode that covers the n-type region, the p-well and the p-type semiconductor protrusion ,
A plurality of the p-type semiconductor protrusions are disposed on one p-well,
On the respective p-wells, the number and height of the plurality of p-type semiconductor protrusions are such that the contact area between the upper surface and side surfaces of the plurality of p-type semiconductor protrusions and the metal electrode is the p-type semiconductor protrusion. The silicon carbide junction barrier Schottky diode is set so as to be larger than the area of the plurality of p-type semiconductor protrusions including the region between the portions .
前記pウェルの底面は平坦であるThe bottom surface of the p-well is flat
請求項11記載の炭化珪素ジャンクションバリアショットキーダイオード。The silicon carbide junction barrier Schottky diode according to claim 11.
前記金属電極の端部下を含む領域の前記半導体層に形成されたp型の終端領域をさらに備えるA p-type termination region formed in the semiconductor layer in a region including under the end of the metal electrode;
請求項11または請求項12記載の炭化珪素ジャンクションバリアショットキーダイオード。The silicon carbide junction barrier Schottky diode according to claim 11 or 12.
前記金属電極は、The metal electrode is
前記n型領域にショットキー接続する第1金属部と、A first metal part Schottky connected to the n-type region;
p型の炭化珪素半導体に対するコンタクト抵抗が前記第1金属部の材料よりも低い材料から成り、前記p型半導体凸部に接続する第2金属部とを含むa second metal portion made of a material having a lower contact resistance with respect to the p-type silicon carbide semiconductor than the material of the first metal portion and connected to the p-type semiconductor convex portion.
請求項11から請求項13のいずれか一項記載の炭化珪素ジャンクションバリアショットキーダイオード。The silicon carbide junction barrier Schottky diode according to any one of claims 11 to 13.
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