JP5922014B2 - トレンチショットキバリアダイオード及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、トレンチショットキバリアダイオード及びその製造方法に関する。
図２２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。図２２（ａ）はトレンチショットキバリアダイオード９００の断面図であり、図２２（ｂ）はトレンチショットキバリアダイオード９００の平面図である。図２３は、従来のトレンチショットキバリアダイオード９００に逆バイアス電圧を印加したときに空乏層が延びる様子を示す図である。なお、図２２（ｂ）においては、バリア電極層９２６及びアノード電極層９２８の図示を省略している。
従来のトレンチショットキバリアダイオード９００は、図２２（ａ）に示すように、ｎ＋型半導体層９１２及びｎ−型ドリフト層９１４を有する半導体基板９１０と、半導体基板９１０の第１主面側に形成され、トレンチ９１６内に絶縁体層９１８を介して導電体層９２０が埋め込まれた構造を有する複数のトレンチ領域９２２と、複数のトレンチ領域９２２が設けられていない部分に設けられたメサ領域９２４と、半導体基板９１０の第１主面上に設けられメサ領域９２４との間でショットキ接合を形成するバリア金属層９２６とを備える（例えば、特許文献１参照。）。なお、図２２（ａ）中、符号９２８はアノード電極層を示し、符号９３０はカソード電極を示す。
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、図２２（ａ）及び図２２（ｂ）に示すように、メサ領域９２４がトレンチ領域９２２に囲まれているため、図２３に示すように、逆バイアス時にはメサ領域９２４の内部が空乏化してピンチオフされ、逆方向もれ電流ＩＲを小さくしたり耐圧ＶＢＲを高くしたりすることが可能となる。
しかしながら、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、メサ領域９２４を狭くしていくと、逆方向もれ電流ＩＲを小さくしたり耐圧ＶＢＲを高くしたりすることは可能となるが、メサ領域９２４が狭くなって抵抗が高くなるため、順方向降下電圧ＶＦが高くなってしまうという問題があった。
そこで、本発明は、上記した問題を解決するためになされたもので、耐圧ＶＢＲを確保しながら順方向降下電圧ＶＦと逆方向もれ電流ＩＲのトレードオフを大幅に改善することが可能な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。また、そのようなトレンチショットキバリアダイオードを製造可能なトレンチショットキバリアダイオードの製造方法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導電型不純物を高濃度で含有する第１半導体層及び前記第１半導体層よりも第１導電型不純物を低濃度で含有する第２半導体層を有する半導体基板と、前記半導体基板の第１主面側に形成されトレンチ内に誘電体層を介して導電体層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１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、前記メサ領域の幅Ｗｍが１．５μｍ以下であり、かつ、活性領域において２００Ａ／ｃｍ２の電流密度で順方向電流を流したとき、「前記導電体層、前記誘電体層及び前記メサ領域により構成されるコンデンサ」に十分な量の電荷が充電される結果、前記メサ領域に存在する総キャリア量Ｑａｃｃと、前記メサ領域の不純物に起因するキャリア量Ｑｄｏｐとが以下の関係式（１）〜（３）のいずれかを満たすことを特徴とする。
（１）トレンチショットキバリアダイオードの耐圧が１００Ｖ以上である場合
Ｑａｃｃ／Ｑｄｏｐ≧２．０
（２）トレンチショットキバリアダイオードの耐圧が６０Ｖ以上１００Ｖ未満の場合
Ｑａｃｃ／Ｑｄｏｐ≧１．５
（３）トレンチショットキバリアダイオードの耐圧が４０Ｖ以上６０Ｖ未満の場合
Ｑａｃｃ／Ｑｄｏｐ≧１．２５
（１）トレンチショットキバリアダイオードの耐圧が１００Ｖ以上である場合
Ｑａｃｃ／Ｑｄｏｐ≧２．０
（２）トレンチショットキバリアダイオードの耐圧が６０Ｖ以上１００Ｖ未満の場合
Ｑａｃｃ／Ｑｄｏｐ≧１．５
（３）トレンチショットキバリアダイオードの耐圧が４０Ｖ以上６０Ｖ未満の場合
Ｑａｃｃ／Ｑｄｏｐ≧１．２５
［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、前記誘電体層の層厚Ｔｏｘが１００ｎｍ以下であることが好ましい。
［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、活性領域において２００Ａ／ｃｍ２の電流密度で順方向電流を流したとき、前記メサ領域の２０％以上の領域にキャリアが蓄積されるように構成されてなることが好ましい。
［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、活性領域において２００Ａ／ｃｍ２の電流密度で順方向電流を流したとき、前記メサ領域の全領域にキャリアが蓄積されるように構成されてなることが好ましい。
［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、活性領域において２００Ａ／ｃｍ２の電流密度で順方向電流を流したとき、前記トレンチ領域と前記メサ領域との境界近傍におけるキャリア濃度が、前記メサ領域の不純物に起因するキャリア濃度の２０倍以上となるように構成されてなることが好ましい。
［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、前記誘電体層が強誘電体材料からなることが好ましい。
［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、前記トレンチの側壁の形状が凹凸形状からなることが好ましい。
［８］本発明のトレンチショットキバリアダイオードの製造方法は、本発明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、前記メサ領域の幅Ｗｍ及び前記誘電体層の層厚Ｔｏｘを決定するにあたり、横軸に順方向降下電圧ＶＦをとり、縦軸に逆方向もれ電流ＩＲをとったトレードオフ特性表示用グラフに、前記誘電体層の層厚Ｔｏｘを一定にした条件で前記メサ領域の幅Ｗｍを変化させながら順方向降下電圧ＶＦ及び逆方向もれ電流ＩＲについてのプロットを実施し、さらには当該プロットを前記誘電体層の層厚Ｔｏｘを変化させながら実施したときに、順方向降下電圧ＶＦと逆方向もれ電流ＩＲとのトレードオフ曲線が左下がり曲線となる範囲又は上下に沿った直線（略直線を含む）となる範囲から前記メサ領域の幅Ｗｍ及び前記誘電体層の層厚Ｔｏｘを決定するパラメータ決定工程を含むことを特徴とする。
［９］本発明のトレンチショットキバリアダイオードの製造方法において、前記パラメータ決定工程においては、順方向降下電圧ＶＦと逆方向もれ電流ＩＲとのトレードオフ曲線が左下がり曲線となる範囲から前記メサ領域の幅Ｗｍ及び前記誘電体層の層厚Ｔｏｘを決定することが好ましい。
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、２００Ａ／ｃｍ２の電流密度で順方向電流を流したとき、「導電体層、誘電体層及びメサ領域により構成されるコンデンサ」に十分な量の電荷が充電されることから、メサ領域に存在する多数キャリアの濃度を高くすることが可能となる。その結果、メサ領域の幅を狭くしていっても、メサ領域の抵抗がそれほど高くなることがなくなるため、耐圧ＶＢＲを確保しながら順方向降下電圧ＶＦと逆方向もれ電流ＩＲのトレードオフを大幅に改善することが可能となる。
本発明のトレンチショットキバリアダイオードの製造方法によれば、本発明のトレンチショットキバリアダイオードを製造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。
１．トレンチショットキバリアダイオード
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の平面図である。なお、図１（ｂ）においては、バリア電極層１２６及びアノード電極層１２８の図示を省略している。
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の平面図である。なお、図１（ｂ）においては、バリア電極層１２６及びアノード電極層１２８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、耐圧が１００Ｖのトレンチショットキバリアダイオード（耐圧１００Ｖ級のトレンチショットキバリアダイオード）であって、ｎ＋型半導体層（第１半導体層）１１２及びｎ−型ドリフト層（第２半導体層）１１４を有する半導体基板１１０と、半導体基板１１０の第１主面側に形成されトレンチ１１６内に誘電体層１１８を介して導電体層１２０が埋め込まれた構造を有する複数のトレンチ領域１２２と、複数のトレンチ領域１２２が設けられていない部分に設けられたメサ領域１２４と、半導体基板１１０の第１主面上に設けられメサ領域１２４との間でショットキ接合を形成するバリア金属層１２６と、バリア金属層１２６上に設けられたアノード電極層１２８と、半導体基板１１０の第２主面上に設けられたカソード電極層１３０とを備える。誘電体層１１８は、絶縁体物質からなる。
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、活性領域において２００Ａ／ｃｍ２の電流密度で順方向電流を流したとき、「導電体層１２０、誘電体層１１８及びメサ領域１２４により構成されるコンデンサＣ」に十分な量の電荷が充電される結果、メサ領域１２４に存在する総キャリア量Ｑａｃｃと、メサ領域１２４の不純物に起因するキャリア量Ｑｄｏｐとが「Ｑａｃｃ／Ｑｄｏｐ≧２．０」の関係式を満たす（後述する図１６参照。）。
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、誘電体層１１８の層厚Ｔｏｘが１００ｎｍ以下（例えば、２５ｎｍ、５０ｎｍ、７５ｎｍ、１００ｎｍ）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においては、メサ領域１２４の幅Ｗｍが１．５μｍ以下（例えば、０．５μｍ、１．０μｍ、１．５μｍ）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においては、活性領域において２００Ａ／ｃｍ２の電流密度で順方向電流を流したとき、メサ領域１２４の２０％以上の領域にキャリアが蓄積されることが好ましい。
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においては、活性領域において２００Ａ／ｃｍ２の電流密度で順方向電流を流したとき、トレンチ領域１２２とメサ領域１２４との境界近傍におけるキャリア濃度が、メサ領域１２４の不純物に起因するキャリア濃度の２０倍以上である。
ｎ＋型半導体層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８．０μｍであり、トレンチ１１６の深さは例えば２．０μｍであり、トレンチ１１６の幅は例えば０．３５μｍである。ｎ＋型半導体層１１２及びｎ−型ドリフト層１１４はシリコンからなる。
ｎ＋型半導体層１１２の不純物濃度は例えば１．０×１０１９ｃｍ−３であり、ｎ−型ドリフト層１１４の不純物濃度は例えば２．５×１０１５ｃｍ−３である。
導電体層１２０は例えばポリシリコンからなり、誘電体層１１８は例えば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１２６は例えばモリブデン膜（バリアハイトΦＢ：０．６８ｅＶ）からなり、アノード電極層１２８は例えば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１３０は例えばチタン膜、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）に示すように、メサ領域１２４がストライプ状に配列されたストライプ構造を有する。
ットキバリアダイオード１００を上から見たときに、図１（ｂ）に示すように、メサ領域１２４がストライプ状に配列されたストライプ構造を有する。
２．トレンチショットキバリアダイオードの効果
図２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に順方向電圧を印加したときの様子を示す図である。図３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に逆方向電圧を印加したときの様子を示す図である。
図２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に順方向電圧を印加したときの様子を示す図である。図３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に逆方向電圧を印加したときの様子を示す図である。
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によれば、活性領域において２００Ａ／ｃｍ２の電流密度で順方向電流を流したとき、メサ領域１２４に存在する総キャリア量Ｑａｃｃと、メサ領域１２４の不純物に起因するキャリア量Ｑｄｏｐとが「Ｑａｃｃ／Ｑｄｏｐ≧２．０」の関係式を満たすことから、図２に示すように、２００Ａ／ｃｍ２の電流密度で順方向電流を流したとき、「導電体層１２０、誘電体層１１８及びメサ領域１２４により構成されるコンデンサＣ」に十分な量の電荷が充電されることから、メサ領域１２４に存在する多数キャリアの濃度を高くすることが可能となる。その結果、メサ領域１２４の幅を狭くしていっても、メサ領域１２４の抵抗がそれほど高くなることがなくなるため、耐圧ＶＢＲを確保しながら順方向降下電圧ＶＦと逆方向もれ電流ＩＲのトレードオフを大幅に改善することが可能となる。
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によれば、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、メサ領域１２４がトレンチ領域１２２に囲まれているため、図３に示すように、逆バイアス時にはメサ領域１２４の内部が空乏化してピンチオフされ、逆方向もれ電流ＩＲを小さくしたり耐圧ＶＢＲを高くしたりすることが可能となる。
３．トレンチショットキバリアダイオードの製造方法
図４及び図５は、実施形態１に係るショットキバリアダイオードの製造方法を説明するために示す図である。図４（ａ）〜図４（ｄ）及び図５（ａ）〜図５（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４及び図５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。
図４及び図５は、実施形態１に係るショットキバリアダイオードの製造方法を説明するために示す図である。図４（ａ）〜図４（ｄ）及び図５（ａ）〜図５（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４及び図５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）半導体基板準備工程
まず、ｎ＋型半導体層１１２（厚さ：４００μｍ、不純物濃度：１．０×１０１９ｃｍ−３）の上面にｎ−型ドリフト層１１４（厚さ：８．０μｍ、不純物濃度：２．５×１０１５ｃｍ−３）が形成された半導体基板１１０を準備する（図４（ａ）参照。）。
まず、ｎ＋型半導体層１１２（厚さ：４００μｍ、不純物濃度：１．０×１０１９ｃｍ−３）の上面にｎ−型ドリフト層１１４（厚さ：８．０μｍ、不純物濃度：２．５×１０１５ｃｍ−３）が形成された半導体基板１１０を準備する（図４（ａ）参照。）。
（ｂ）トレンチ形成工程
その後、ｎ−型ドリフト領域１１４の所定領域にトレンチ１１６（深さ：２．０μｍ、幅：０．３５μｍ）を形成する（図４（ｂ）参照。）。
その後、ｎ−型ドリフト領域１１４の所定領域にトレンチ１１６（深さ：２．０μｍ、幅：０．３５μｍ）を形成する（図４（ｂ）参照。）。
（ｃ）誘電体層形成工程
その後、熱酸化により、トレンチ１１６の内面（側面及び底面）に二酸化ケイ素からなる誘電体層１１８（厚さ：５０ｎｍ）を形成し、ｎ−型ドリフト層１１４の表面に二酸化ケイ素からなる絶縁体層（厚さ：５０ｎｍ）を形成する（図４（ｃ）参照。）。
その後、熱酸化により、トレンチ１１６の内面（側面及び底面）に二酸化ケイ素からなる誘電体層１１８（厚さ：５０ｎｍ）を形成し、ｎ−型ドリフト層１１４の表面に二酸化ケイ素からなる絶縁体層（厚さ：５０ｎｍ）を形成する（図４（ｃ）参照。）。
（ｄ）ポリシリコン層形成工程
その後、トレンチ１１６の内面に形成された誘電体層１１８の内面及びｎ−型ドリフト層１１４の表面に形成された絶縁体層の上にＣＶＤによりポリシリコン膜１２１を形成する（図４（ｄ）参照。）。
その後、トレンチ１１６の内面に形成された誘電体層１１８の内面及びｎ−型ドリフト層１１４の表面に形成された絶縁体層の上にＣＶＤによりポリシリコン膜１２１を形成する（図４（ｄ）参照。）。
（ｅ）トレンチ領域形成工程
その後、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）により所定量のポリシリコン膜を除去するとともに、ｎ−型ドリフト層１１４の表面に形成された二酸化ケイ素膜を除去することにより、トレンチ１１６内に誘電体層１１８を介して導電体層１２０が埋め込まれた構造を有するトレンチ領域１２２を形成する（図５（ａ）参照。）。このとき、シリコン基板１１０の第１主面側におけるトレンチ領域１２２が設けられていない部分にはメサ領域１２４が形成されることになる。
その後、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）により所定量のポリシリコン膜を除去するとともに、ｎ−型ドリフト層１１４の表面に形成された二酸化ケイ素膜を除去することにより、トレンチ１１６内に誘電体層１１８を介して導電体層１２０が埋め込まれた構造を有するトレンチ領域１２２を形成する（図５（ａ）参照。）。このとき、シリコン基板１１０の第１主面側におけるトレンチ領域１２２が設けられていない部分にはメサ領域１２４が形成されることになる。
（ｆ）バリア金属層形成工程
その後、半導体基板１１０の第１主面上に、モリブデン膜からなるバリア金属層１２６を形成する（図５（ｂ）参照。）。バリア金属層１２６は、メサ領域１２４との間でショットキ接合を形成する。
その後、半導体基板１１０の第１主面上に、モリブデン膜からなるバリア金属層１２６を形成する（図５（ｂ）参照。）。バリア金属層１２６は、メサ領域１２４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
その後、バリア金属層１２６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１２８を形成する（図５（ｃ）参照。）。
その後、バリア金属層１２６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１２８を形成する（図５（ｃ）参照。）。
（ｈ）カソード電極層形成工程
その後、ｎ＋型半導体層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１３０を形成する（図５（ｄ）参照。）。
その後、ｎ＋型半導体層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１３０を形成する（図５（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。
ド１００を製造することができる。
［実施形態２］
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１０２（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と同様の構成を有するが、トレンチショットキバリアダイオードの耐圧が実施形態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２に係るトレンチショットキバリアダイオード１０２は、耐圧が６０Ｖのトレンチショットキバリアダイオード（耐圧６０Ｖ級のトレンチショットキバリアダイオード）である。具体的には、ｎ−型ドリフト層の厚さを例えば６．５μｍとし、ｎ−型ドリフト層の不純物濃度を例えば５．２５×１０１５ｃｍ−３としたトレンチショットキバリアダイオードである。
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１０２（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と同様の構成を有するが、トレンチショットキバリアダイオードの耐圧が実施形態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２に係るトレンチショットキバリアダイオード１０２は、耐圧が６０Ｖのトレンチショットキバリアダイオード（耐圧６０Ｖ級のトレンチショットキバリアダイオード）である。具体的には、ｎ−型ドリフト層の厚さを例えば６．５μｍとし、ｎ−型ドリフト層の不純物濃度を例えば５．２５×１０１５ｃｍ−３としたトレンチショットキバリアダイオードである。
そして、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１０２においては、活性領域において２００Ａ／ｃｍ２の電流密度で順方向電流を流したとき、「導電体層１２０、誘電体層１１８及びメサ領域１２４により構成されるコンデンサＣ」に十分な量の電荷が充電される結果、メサ領域１２４に存在する総キャリア量Ｑａｃｃと、メサ領域１２４の不純物に起因するキャリア量Ｑｄｏｐとが「Ｑａｃｃ／Ｑｄｏｐ≧１．５」の関係式を満たす（後述する図１７参照。）。
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１０２においては、活性領域において２００Ａ／ｃｍ２の電流密度で順方向電流を流したとき、メサ領域１２４の２０％以上の領域にキャリアが蓄積されることとなる。
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１０２においては、活性領域において２００Ａ／ｃｍ２の電流密度で順方向電流を流したとき、トレンチ領域１２２とメサ領域１２４との境界近傍におけるキャリア濃度が、メサ領域１２４の不純物に起因するキャリア濃度の２０倍以上となる。
このように、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１０２は、トレンチショットキバリアダイオードの耐圧が実施形態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の場合と同様に、２００Ａ／ｃｍ２の電流密度で順方向電流を流したとき、「導電体層１２０、誘電体層１１８及びメサ領域１２４により構成されるコンデンサＣ」に十分な量の電荷が充電されることから、メサ領域１２４に存在する多数キャリアの濃度を高くすることが可能となる。その結果、メサ領域１２４の幅を狭くしていっても、メサ領域１２４の抵抗がそれほど高くなることがなくなるため、耐圧ＶＢＲを確保しながら順方向降下電圧ＶＦと逆方向もれ電流ＩＲのトレードオフを大幅に改善することが可能となる。また、メサ領域１２４がトレンチ領域１２２に囲まれているため、逆バイアス時にはメサ領域１２４の内部が空乏化してピンチオフされ、逆方向もれ電流ＩＲを小さくしたり耐圧ＶＢＲを高くしたり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１０２は、トレンチショットキバリアダイオードの耐圧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］
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１０４（図示せず。）は、基本的には実施形態１又は２に係るトレンチショットキバリアダイオード１００，１０２と同様の構成を有するが、トレンチショットキバリアダイオードの耐圧が実施形態１又は２に係るトレンチショットキバリアダイオード１００，１０２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１０４は、耐圧が４０Ｖのトレンチショットキバリアダイオード（耐圧４０Ｖ級のトレンチショットキバリアダイオード）である。具体的には、ｎ−型ドリフト層の厚さを例えば５．０μｍとし、ｎ−型ドリフト層の不純物濃度を例えば９．０×１０１５ｃｍ−３としたトレンチショットキバリアダイオードである。
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１０４（図示せず。）は、基本的には実施形態１又は２に係るトレンチショットキバリアダイオード１００，１０２と同様の構成を有するが、トレンチショットキバリアダイオードの耐圧が実施形態１又は２に係るトレンチショットキバリアダイオード１００，１０２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１０４は、耐圧が４０Ｖのトレンチショットキバリアダイオード（耐圧４０Ｖ級のトレンチショットキバリアダイオード）である。具体的には、ｎ−型ドリフト層の厚さを例えば５．０μｍとし、ｎ−型ドリフト層の不純物濃度を例えば９．０×１０１５ｃｍ−３としたトレンチショットキバリアダイオードである。
そして、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１０４においては、活性領域において２００Ａ／ｃｍ２の電流密度で順方向電流を流したとき、「導電体層１２０、誘電体層１１８及びメサ領域１２４により構成されるコンデンサＣ」に十分な量の電荷が充電される結果、メサ領域１２４に存在する総キャリア量Ｑａｃｃと、メサ領域１２４の不純物に起因するキャリア量Ｑｄｏｐとが「Ｑａｃｃ／Ｑｄｏｐ≧１．２５」の関係式を満たす（後述する図１８参照。）。
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１０４においては、活性領域において２００Ａ／ｃｍ２の電流密度で順方向電流を流したとき、メサ領域１２４の２０％以上の領域にキャリアが蓄積されることとなる。
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１０６においては、活性領域において２００Ａ／ｃｍ２の電流密度で順方向電流を流したとき、トレンチ領域１２２とメサ領域１２４との境界近傍におけるキャリア濃度が、メサ領域１２４の不純物に起因するキャリア濃度の２０倍以上となる。
このように、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１０４は、トレンチショットキバリアダイオードの耐圧が実施形態１又は２に係るトレンチショットキバリアダイオード１００，１０２の場合とは異なるが、実施形態１又は２に係るトレンチショットキバリアダイオード１００，１０２の場合と同様に、２００Ａ／ｃｍ２の電流密度で順方向電流を流したとき、「導電体層１２０、誘電体層１１８及びメサ領域１２４により構成されるコンデンサＣ」に十分な量の電荷が充電されることから、メサ領域１２４に存在する多数キャリアの濃度を高くすることが可能となる。その結果、メサ領域１２４の幅を狭くしていっても、メサ領域１２４の抵抗がそれほど高くなることがなくなるため、耐圧ＶＢＲを確保しながら順方向降下電圧ＶＦと逆方向もれ電流ＩＲのトレードオフを大幅に改善することが可能となる。また、メサ領域１２４がトレンチ領域１２２に囲まれているため、逆バイアス時にはメサ領域１２４の内部が空乏化してピンチオフされ、逆方向もれ電流ＩＲを小さくしたり耐圧ＶＢＲを高くしたり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１０４は、トレンチショットキバリアダイオードの耐圧以外の点については、実施形態１又は２に係るトレンチショットキバリアダイオード１００，１０２の場合と同様の構成を有するため、実施形態１又は２に係るトレンチショットキバリアダイオード１００，１０２が有する効果のうち該当する効果を有する。
なお、実施形態１〜３に係るトレンチショットキバリアダイオード１００，１０２，１０４を構成するにあたっては、以下の試験例１〜８の結果を参考にした。
［試験例１］
試験例１は、メサ領域の幅Ｗｍ及び誘電体層の厚さＴｏｘを変化させることにより、メサ領域におけるキャリア蓄積領域がどのように変化するかを明らかにするための試験例である。試験は、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と同様の構成のトレンチショットキバリアダイオードについて、メサ領域の幅Ｗｍ及び誘電体層の厚さＴｏｘをそれぞれ変化させながらメサ領域におけるキャリア濃度をシミュレーションすることによって行った。シミュレーションは、ＴＭＡ社のデバイスシミュレータＭＥＤＩＣＩを用いて行った。試験例１は、以下の試料（試料１〜２４）について行った。
試験例１は、メサ領域の幅Ｗｍ及び誘電体層の厚さＴｏｘを変化させることにより、メサ領域におけるキャリア蓄積領域がどのように変化するかを明らかにするための試験例である。試験は、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と同様の構成のトレンチショットキバリアダイオードについて、メサ領域の幅Ｗｍ及び誘電体層の厚さＴｏｘをそれぞれ変化させながらメサ領域におけるキャリア濃度をシミュレーションすることによって行った。シミュレーションは、ＴＭＡ社のデバイスシミュレータＭＥＤＩＣＩを用いて行った。試験例１は、以下の試料（試料１〜２４）について行った。
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試料名 メサ領域の幅Ｗｍ 誘電体層の厚さＴｏｘ
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試料１ ０．５μｍ ２５ｎｍ
試料２ １．０μｍ ２５ｎｍ
試料３ １．５μｍ ２５ｎｍ
試料４ ２．０μｍ ２５ｎｍ
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
試料５ ０．５μｍ ５０ｎｍ
試料６ １．０μｍ ５０ｎｍ
試料７ １．５μｍ ５０ｎｍ
試料８ ２．０μｍ ５０ｎｍ
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
試料９ ０．５μｍ ７５ｎｍ
試料１０ １．０μｍ ７５ｎｍ
試料１１ １．５μｍ ７５ｎｍ
試料１２ ２．０μｍ ７５ｎｍ
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
試料１３ ０．５μｍ １００ｎｍ
試料１４ １．０μｍ １００ｎｍ
試料１５ １．５μｍ １００ｎｍ
試料１６ ２．０μｍ １００ｎｍ
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
試料１７ ０．５μｍ １５０ｎｍ
試料１８ １．０μｍ １５０ｎｍ
試料１９ １．５μｍ １５０ｎｍ
試料２０ ２．０μｍ １５０ｎｍ
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
試料２１ ０．５μｍ ２００ｎｍ
試料２２ １．０μｍ ２００ｎｍ
試料２３ １．５μｍ ２００ｎｍ
試料２４ ２．０μｍ ２００ｎｍ
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
試料名 メサ領域の幅Ｗｍ 誘電体層の厚さＴｏｘ
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試料１ ０．５μｍ ２５ｎｍ
試料２ １．０μｍ ２５ｎｍ
試料３ １．５μｍ ２５ｎｍ
試料４ ２．０μｍ ２５ｎｍ
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
試料５ ０．５μｍ ５０ｎｍ
試料６ １．０μｍ ５０ｎｍ
試料７ １．５μｍ ５０ｎｍ
試料８ ２．０μｍ ５０ｎｍ
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
試料９ ０．５μｍ ７５ｎｍ
試料１０ １．０μｍ ７５ｎｍ
試料１１ １．５μｍ ７５ｎｍ
試料１２ ２．０μｍ ７５ｎｍ
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試料１３ ０．５μｍ １００ｎｍ
試料１４ １．０μｍ １００ｎｍ
試料１５ １．５μｍ １００ｎｍ
試料１６ ２．０μｍ １００ｎｍ
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試料１７ ０．５μｍ １５０ｎｍ
試料１８ １．０μｍ １５０ｎｍ
試料１９ １．５μｍ １５０ｎｍ
試料２０ ２．０μｍ １５０ｎｍ
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試料２１ ０．５μｍ ２００ｎｍ
試料２２ １．０μｍ ２００ｎｍ
試料２３ １．５μｍ ２００ｎｍ
試料２４ ２．０μｍ ２００ｎｍ
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図６は、試料１〜４におけるキャリア蓄積状態を示す図である（試験例１）。図７は、試料５〜８におけるキャリア蓄積状態を示す図である（試験例１）。図８は、試料９〜１２におけるキャリア蓄積状態を示す図である（試験例１）。図９は、試料１３〜１６におけるキャリア蓄積状態を示す図である（試験例１）。図１０は、試料１７〜２０におけるキャリア蓄積状態を示す図である（試験例１）。図１１は、試料２１〜２４におけるキャリア蓄積状態を示す図である（試験例１）。横軸は、トレンチショットキバリアダイオードの第１主面に沿った、トレンチ領域の中央部からの距離を示し、縦軸はキャリア濃度を示す。なお、図中、トレンチ領域は、導電体層１２０及び誘電体層１１８を含む領域である。また、図中、図の左端がトレンチ領域の中央部を示し、図の右端がメサ領域１２４の中央部を示す。また、図中、メサ領域の不純物に起因するキャリア量Ｑｄｏｐに対するメサ領域に存在する総キャリア量Ｑａｃｃの比率「Ｑａｃｃ／Ｑｄｏｐ」の値を下方に示す。
その結果、図６〜図１１からも明らかなように、誘電体層の厚さＴｏｘが薄くなるほど、トレンチ領域とメサ領域との境界近傍におけるキャリア濃度が高くなることが分かった。また、メサ領域の幅Ｗｍが狭くなるほど蓄積キャリアがメサ領域のより広い領域に広がっていくことが分かった。このことから、誘電体層の厚さＴｏｘをできるだけ薄くするとともにメサ領域の幅Ｗｍをできるだけ狭くすることにより、メサ領域に存在する多数キャリアの濃度を高くすることが可能となることが分かった。
［試験例２〜４］
試験例２は、メサ領域の幅Ｗｍ及び誘電体層の厚さＴｏｘを変化させることにより、順方向降下電圧ＶＦがどのように変化するかを明らかにするための試験例である。試験例３は、メサ領域の幅Ｗｍ及び誘電体層の厚さＴｏｘを変化させることにより、逆方向もれ電流ＩＲがどのように変化するかを明らかにするための試験例である。試験例４は、メサ領域の幅Ｗｍ及び誘電体層の厚さＴｏｘを変化させることにより、耐圧ＶＢＲがどのように変化するかを明らかにするための試験例である。試験は、試験例１で用いた試料（試料１〜２４）について、順方向降下電圧ＶＦ、逆方向もれ電流ＩＲ及び耐圧ＶＢＲをシミュレーションすることによって行った。
試験例２は、メサ領域の幅Ｗｍ及び誘電体層の厚さＴｏｘを変化させることにより、順方向降下電圧ＶＦがどのように変化するかを明らかにするための試験例である。試験例３は、メサ領域の幅Ｗｍ及び誘電体層の厚さＴｏｘを変化させることにより、逆方向もれ電流ＩＲがどのように変化するかを明らかにするための試験例である。試験例４は、メサ領域の幅Ｗｍ及び誘電体層の厚さＴｏｘを変化させることにより、耐圧ＶＢＲがどのように変化するかを明らかにするための試験例である。試験は、試験例１で用いた試料（試料１〜２４）について、順方向降下電圧ＶＦ、逆方向もれ電流ＩＲ及び耐圧ＶＢＲをシミュレーションすることによって行った。
図１２は、メサ領域の幅Ｗｍと順方向降下電圧ＶＦとの関係を示す図である（試験例２）。図１３は、メサ領域の幅Ｗｍと逆方向もれ電流ＩＲとの関係を示す図である（試験例３）。図１４は、メサ領域の幅Ｗｍと耐圧ＶＢＲとの関係を示す図である（試験例４）。図１５は、誘電体層の厚さＴｏｘと耐圧ＶＢＲとの関係を示す図である（試験例４）。
その結果、試験例２からは、試料１〜１２（Ｔｏｘ：２５ｎｍ、５０ｎｍ、７５ｎｍ）においては、メサ領域の幅Ｗｍが狭くなるほど、順方向降下電圧ＶＦが低くなることが分かった（図１２参照。）。また、試料１３〜１６（Ｔｏｘ：１００ｎｍ）においては、メサ領域の幅Ｗｍの広狭によらず、順方向降下電圧ＶＦが変化しないことが分かった。また、試料１７〜２４（Ｔｏｘ：１５０ｎｍ、２００ｎｍ）においては、メサ領域の幅Ｗｍが狭くなるほど、順方向降下電圧ＶＦが高くなることが分かった。また、すべての試料（試料１〜２４）において、誘電体層１１８の厚さが薄くなるほど、順方向降下電圧ＶＦが低くなることが分かった。
また、試験例３からは、すべての試料（試料１〜２４）において、メサ領域の幅Ｗｍが狭くなるほど、逆方向もれ電流ＩＲが低くなることが分かった（図１３参照。）。
また、試験例４からは、すべての試料（試料１〜２４）において、１００Ｖの耐圧が確保されていることが分かった（図１４及び図１５参照。）。なお、図１４からは、メサ領域の幅Ｗｍが広くなるに従って耐圧ＶＢＲが低くなる傾向が見られた。また、図１５からは、誘電体層の厚さＴｏｘが薄くなるに従って耐圧ＶＢＲが低くなる傾向が見られた。
［試験例５〜７］
試験例５〜７は、メサ領域の幅Ｗｍ及び誘電体層の厚さＴｏｘを変化させることにより、「Ｑａｃｃ／Ｑｄｏｐ」の値及び順方向降下電圧ＶＦがどのように変化するかを明らかにするための試験例である。試験は、試験例５においては、試験例１で用いた試料（試料１〜２４）について、２００Ａ／ｃｍ２の電流密度で順方向電流を流したときの順方向降下電圧ＶＦ及び「Ｑａｃｃ／Ｑｄｏｐ」の値をシミュレーションすることによって行った。また、試験例６においては、耐圧が６０Ｖのトレンチショットキバリアダイオードからなる試料（試料１ａ〜２４ａ）について、２００Ａ／ｃｍ２の電流密度で順方向電流を流したときの順方向降下電圧ＶＦ及び「Ｑａｃｃ／Ｑｄｏｐ」の値をシミュレーションすることによって行った。また、試験例７においては、耐圧が４０Ｖのトレンチショットキバリアダイオードからなる試料（試料１ｂ〜２４ｂ）について、２００Ａ／ｃｍ２の電流密度で順方向電流を流したときの順方向降下電圧ＶＦ及び「Ｑａｃｃ／Ｑｄｏｐ」の値をシミュレーションすることによって行った。なお、試料１ａ〜２４ａにおける誘電体層の厚さＴｏｘ及びメサ領域の幅Ｗｍは、それぞれ試料１〜２４の場合と同様とした。また、試料１ｂ〜２４ｂにおける誘電体層の厚さＴｏｘ及びメサ領域の幅Ｗｍも、それぞれ試料１〜２４の場合と同様とした。
試験例５〜７は、メサ領域の幅Ｗｍ及び誘電体層の厚さＴｏｘを変化させることにより、「Ｑａｃｃ／Ｑｄｏｐ」の値及び順方向降下電圧ＶＦがどのように変化するかを明らかにするための試験例である。試験は、試験例５においては、試験例１で用いた試料（試料１〜２４）について、２００Ａ／ｃｍ２の電流密度で順方向電流を流したときの順方向降下電圧ＶＦ及び「Ｑａｃｃ／Ｑｄｏｐ」の値をシミュレーションすることによって行った。また、試験例６においては、耐圧が６０Ｖのトレンチショットキバリアダイオードからなる試料（試料１ａ〜２４ａ）について、２００Ａ／ｃｍ２の電流密度で順方向電流を流したときの順方向降下電圧ＶＦ及び「Ｑａｃｃ／Ｑｄｏｐ」の値をシミュレーションすることによって行った。また、試験例７においては、耐圧が４０Ｖのトレンチショットキバリアダイオードからなる試料（試料１ｂ〜２４ｂ）について、２００Ａ／ｃｍ２の電流密度で順方向電流を流したときの順方向降下電圧ＶＦ及び「Ｑａｃｃ／Ｑｄｏｐ」の値をシミュレーションすることによって行った。なお、試料１ａ〜２４ａにおける誘電体層の厚さＴｏｘ及びメサ領域の幅Ｗｍは、それぞれ試料１〜２４の場合と同様とした。また、試料１ｂ〜２４ｂにおける誘電体層の厚さＴｏｘ及びメサ領域の幅Ｗｍも、それぞれ試料１〜２４の場合と同様とした。
図１６は、耐圧１００Ｖのトレンチショットキバリアダイオードの場合の「Ｑａｃｃ／Ｑｄｏｐ」と順方向降下電圧ＶＦとの関係を示す図である（試験例５）。なお、図１６において、「Ｑａｃｃ／Ｑｄｏｐ」と順方向降下電圧ＶＦのプロットのうち破線の円形で囲んだプロットは、耐圧ＶＢＲが１００Ｖ以上１２０Ｖ未満のものである。図１７は、耐圧６０Ｖのトレンチショットキバリアダイオードの場合の「Ｑａｃｃ／Ｑｄｏｐ」と順方向降下電圧ＶＦとの関係を示す図である（試験例６）。なお、図１７において、「Ｑａｃｃ／Ｑｄｏｐ」と順方向降下電圧ＶＦのプロットのうち破線の円形で囲んだプロットは、耐圧ＶＢＲが６０Ｖ以上７２Ｖ未満のものである。図１８は、耐圧４０Ｖのトレンチショットキバリアダイオードの場合の「Ｑａｃｃ／Ｑｄｏｐ」と順方向降下電圧ＶＦとの関係を示す図である（試験例７）。なお、図１８において、「Ｑａｃｃ／Ｑｄｏｐ」と順方向降下電圧ＶＦのプロットのうち破線の円形で囲んだプロットは、耐圧ＶＢＲが４０Ｖ以上５０Ｖ未満のものである。
その結果、試験例５からは、耐圧１００Ｖのトレンチショットキバリアダイオードにおいては、試料１〜４、試料５〜８、試料９〜１２及び試料１３〜１６については、「Ｑａｃｃ／Ｑｄｏｐ」の値が大きくなるほど（すなわちメサ領域に蓄積されるキャリアが多くなれば多くなるほど）順方向降下電圧ＶＦが低くなることが分かった（図１６参照。）。また、試料１７〜２０については、「Ｑａｃｃ／Ｑｄｏｐ」の値が大きくなるに従って順方向降下電圧ＶＦがいったん低くなり、その後ほぼ一定の値になることが分かった。また、試料２１〜２４については、「Ｑａｃｃ／Ｑｄｏｐ」の値が大きくなるに従って順方向降下電圧ＶＦがいったん低くなり、その後急激に高くなることが分かった。
また、「Ｑａｃｃ／Ｑｄｏｐ≧２．０」を満たす場合に、耐圧ＶＢＲを確保しながら順方向降下電圧ＶＦと逆方向もれ電流ＩＲのトレードオフを大幅に改善することが可能なトレンチショットキバリアダイオードとなることも分かった。なお、この場合、「Ｑａｃｃ／Ｑｄｏｐ」を大きくすることが順方向降下電圧を低減するのに役立つという観点から言えば、誘電体層の厚さＴｏｘが１５０ｎｍ以下であることが好ましく、１００ｎｍ以下であることがより好ましいことも分かった。
また、試験例６からは、耐圧６０Ｖのトレンチショットキバリアダイオードにおいては、試料１ａ〜４ａ、試料５ａ〜８ａ及び試料９ａ〜１２ａについては、「Ｑａｃｃ／Ｑｄｏｐ」の値が大きくなるほど（すなわちメサ領域に蓄積されるキャリアが多くなれば多くなるほど）順方向降下電圧ＶＦが低くなることが分かった（図１７参照。）。また、試料１３ａ〜１６ａについては、「Ｑａｃｃ／Ｑｄｏｐ」の値が大きくなるに従って順方向降下電圧ＶＦがいったん低くなり、その後若干高くなることが分かった。また、試料１７ａ〜試料２０ａ及び試料２１ａ〜２４ａについては、「Ｑａｃｃ／Ｑｄｏｐ」の値が大きくなるに従って順方向降下電圧ＶＦがいったん低くなり、その後急激に高くなることが分かった。
また、「Ｑａｃｃ／Ｑｄｏｐ≧１．５」を満たす場合に、耐圧ＶＢＲを確保しながら順方向降下電圧ＶＦと逆方向もれ電流ＩＲのトレードオフを大幅に改善することが可能なトレンチショットキバリアダイオードとなることが分かった。なお、この場合、、「Ｑａｃｃ／Ｑｄｏｐ」を大きくすることが順方向降下電圧を低減するのに役立つという観点から言えば、誘電体層の厚さＴｏｘが１００ｎｍ以下であることが好ましく、７５ｎｍ以下であることがより好ましいことも分かった。
また、試験例７からは、耐圧４０Ｖのトレンチショットキバリアダイオードにおいては、試料１ｂ〜４ｂ及び試料５ｂ〜８ｂについては、「Ｑａｃｃ／Ｑｄｏｐ」の値が大きくなるほど（すなわちメサ領域に蓄積されるキャリアが多くなれば多くなるほど）順方向降下電圧ＶＦが低くなることが分かった（図１８参照。）。また、試料９ｂ〜１２ｂについては、「Ｑａｃｃ／Ｑｄｏｐ」の値が大きくなるに従って順方向降下電圧ＶＦがいったん低くなり、その後ほぼ一定の値になることが分かった。また、試料１３ｂ〜１６ｂについては、「Ｑａｃｃ／Ｑｄｏｐ」の値が大きくなるに従って順方向降下電圧ＶＦがいったん低くなり、その後若干高くなることが分かった。また、試料１７ｂ〜試料２０ｂ及び試料２１ｂ〜２４ｂについては、「Ｑａｃｃ／Ｑｄｏｐ」の値が大きくなるに従って順方向降下電圧ＶＦがいったん低くなり、その後急激に高くなることが分かった。
また、「Ｑａｃｃ／Ｑｄｏｐ≧１．２５」を満たす場合に、耐圧ＶＢＲを確保しながら順方向降下電圧ＶＦと逆方向もれ電流ＩＲのトレードオフを大幅に改善することが可能なトレンチショットキバリアダイオードとなることが分かった。なお、この場合、「Ｑａｃｃ／Ｑｄｏｐ」を大きくすることが順方向降下電圧を低減するのに役立つという観点から言えば、誘電体層の厚さＴｏｘが１００ｎｍ以下であることが好ましく、７５ｎｍ以下であることがより好ましいことも分かった。
［試験例８］
試験例８は、耐圧が１００Ｖのトレンチショットキバリアダイオードにおいて、本発明のトレンチショットキバリアダイオードが、順方向降下電圧ＶＦと逆方向もれ電流ＩＲのトレードオフを大幅に改善することが可能なトレンチショットキバリアダイオードであることを明らかにするための試験例である。試験は、試験例１で用いた試料（試料１〜２４）について、順方向降下電圧ＶＦ及び逆方向もれ電流ＩＲをシミュレーションすることによって行った。
試験例８は、耐圧が１００Ｖのトレンチショットキバリアダイオードにおいて、本発明のトレンチショットキバリアダイオードが、順方向降下電圧ＶＦと逆方向もれ電流ＩＲのトレードオフを大幅に改善することが可能なトレンチショットキバリアダイオードであることを明らかにするための試験例である。試験は、試験例１で用いた試料（試料１〜２４）について、順方向降下電圧ＶＦ及び逆方向もれ電流ＩＲをシミュレーションすることによって行った。
図１９は、順方向降下電圧ＶＦと逆方向もれ電流ＩＲとの関係を示す図である（試験例８）。
試験例８からは、試料１〜２４のうち、試料１〜１６においては、順方向降下電圧ＶＦと逆方向もれ電流ＩＲとのトレードオフ曲線が左下がり曲線又は上下に沿った直線となることから、順方向降下電圧ＶＦと逆方向もれ電流ＩＲのトレードオフが大幅に改善されていることが分かった（図１９参照。）。
試験例８からは、試料１〜２４のうち、試料１〜１６においては、順方向降下電圧ＶＦと逆方向もれ電流ＩＲとのトレードオフ曲線が左下がり曲線又は上下に沿った直線となることから、順方向降下電圧ＶＦと逆方向もれ電流ＩＲのトレードオフが大幅に改善されていることが分かった（図１９参照。）。
［実施形態４］
図２０は、実施形態４に係るトレンチショットキバリアダイオード１０６の断面図である。
実施形態４に係るトレンチショットキバリアダイオード１０６は、基本的には実施形態１〜３に係るトレンチショットキバリアダイオード１００，１０２，１０４と同様の構成を有するが、誘電体層を構成する材料が実施形態１〜３に係るトレンチショットキバリアダイオード１００，１０２，１０４の場合とは異なる。すなわち、実施形態４に係るトレンチショットキバリアダイオード１０６においては、図２０に示すように、誘電体層１１８ａを構成する材料が強誘電体材料（例えば、Ｔａ２Ｏ５、ＰＺＴなど。）からなる。
図２０は、実施形態４に係るトレンチショットキバリアダイオード１０６の断面図である。
実施形態４に係るトレンチショットキバリアダイオード１０６は、基本的には実施形態１〜３に係るトレンチショットキバリアダイオード１００，１０２，１０４と同様の構成を有するが、誘電体層を構成する材料が実施形態１〜３に係るトレンチショットキバリアダイオード１００，１０２，１０４の場合とは異なる。すなわち、実施形態４に係るトレンチショットキバリアダイオード１０６においては、図２０に示すように、誘電体層１１８ａを構成する材料が強誘電体材料（例えば、Ｔａ２Ｏ５、ＰＺＴなど。）からなる。
このように、実施形態４に係るトレンチショットキバリアダイオード１０６は、誘電体層を構成する材料が実施形態１〜３に係るトレンチショットキバリアダイオード１００，１０２，１０４の場合とは異なるが、実施形態１〜３に係るトレンチショットキバリアダイオード１００，１０２，１０４の場合と同様に、２００Ａ／ｃｍ２の電流密度で順方向電流を流したとき、「導電体層１２０、誘電体層１１８ａ及びメサ領域１２４により構成されるコンデンサＣ」に十分な量の電荷が充電されることから、メサ領域に存在する多数キャリアの濃度を高くすることが可能となる。その結果、メサ領域の幅を狭くしていっても、メサ領域の抵抗がそれほど高くなることがなくなるため、耐圧ＶＢＲを確保しながら順方向降下電圧ＶＦと逆方向もれ電流ＩＲのトレードオフを大幅に改善することが可能となる。また、メサ領域１２４がトレンチ領域１２２に囲まれているため、逆バイアス時にはメサ領域１２４の内部が空乏化してピンチオフされ、逆方向もれ電流ＩＲを小さくしたり耐圧ＶＢＲを高くしたりすることが可能となる。
また、実施形態４に係るトレンチショットキバリアダイオード１０６によれば、誘電体層１１８ａを構成する材料が強誘電体材料からなることから、順方向電流を流したとき、「導電体層１２０、誘電体層１１８ａ及びメサ領域１２４により構成されるコンデンサＣ」により一層多くの量の電荷が充電されることから、メサ領域１２４に存在する多数キャリアの量をより一層増大させることが可能となり、順方向降下電圧ＶＦと逆方向もれ電流ＩＲのトレードオフをより一層改善することが可能となる。
なお、実施形態４に係るトレンチショットキバリアダイオード１０６は、誘電体層を構成する材料以外の点については、実施形態１〜３に係るトレンチショットキバリアダイオード１００，１０２，１０４の場合と同様の構成を有するため、実施形態１〜３に係るトレンチショットキバリアダイオード１００，１０２，１０４が有する効果のうち該当する効果を有する。
［実施形態５］
図２１は、実施形態５に係るトレンチショットキバリアダイオード１０８の断面図である。
実施形態５に係るトレンチショットキバリアダイオード１０８は、基本的には実施形態１〜３に係るトレンチショットキバリアダイオード１００，１０２，１０４と同様の構成を有するが、トレンチの側壁の形状が実施形態１〜３に係るトレンチショットキバリアダイオード１００，１０２，１０４の場合とは異なる。すなわち、実施形態５に係るトレンチショットキバリアダイオード１０８においては、図２１に示すように、トレンチの側壁の形状が凹凸形状からなる。
図２１は、実施形態５に係るトレンチショットキバリアダイオード１０８の断面図である。
実施形態５に係るトレンチショットキバリアダイオード１０８は、基本的には実施形態１〜３に係るトレンチショットキバリアダイオード１００，１０２，１０４と同様の構成を有するが、トレンチの側壁の形状が実施形態１〜３に係るトレンチショットキバリアダイオード１００，１０２，１０４の場合とは異なる。すなわち、実施形態５に係るトレンチショットキバリアダイオード１０８においては、図２１に示すように、トレンチの側壁の形状が凹凸形状からなる。
このように、実施形態５に係るトレンチショットキバリアダイオード１０８は、トレンチの側壁の形状が実施形態１〜３に係るトレンチショットキバリアダイオード１００，１０２，１０４の場合とは異なるが、実施形態１〜３に係るトレンチショットキバリアダイオード１００，１０２，１０４の場合と同様に、２００Ａ／ｃｍ２の電流密度で順方向電流を流したとき、「導電体層１２０、誘電体層１１８ｂ及びメサ領域１２４により構成されるコンデンサ」に十分な量の電荷が充電されることから、メサ領域１２４に存在する多数キャリアの濃度を高くすることが可能となる。その結果、メサ領域の幅を狭くしていっても、メサ領域の抵抗がそれほど高くなることがなくなるため、耐圧ＶＢＲを確保しながら順方向降下電圧ＶＦと逆方向もれ電流ＩＲのトレードオフを大幅に改善することが可能となる。また、メサ領域１２４がトレンチ領域１２２に囲まれているため、逆バイアス時にはメサ領域１２４の内部が空乏化してピンチオフされ、逆方向もれ電流ＩＲを小さくしたり耐圧ＶＢＲを高くしたりすることが可能となる。
また、実施形態５に係るトレンチショットキバリアダイオード１０８によれば、順方向電流を流したとき、「導電体層１２０、誘電体層１１８ｂ及びメサ領域１２４により構成されるコンデンサ」により一層多くの量の電荷が充電されることから、メサ領域１２４に存在する多数キャリアの量をより一層増大させることが可能となり、順方向降下電圧ＶＦと逆方向もれ電流ＩＲのトレードオフをより一層改善することが可能となる。
なお、実施形態５に係るトレンチショットキバリアダイオード１０８は、トレンチの側壁の形状以外の点については、実施形態１〜３に係るトレンチショットキバリアダイオード１００，１０２，１０４の場合と同様の構成を有するため、実施形態１〜３に係るトレンチショットキバリアダイオード１００，１０２，１０４が有する効果のうち該当する効果を有する。
［実施形態６］
実施形態６は、トレンチショットキバリアダイオードの製造方法に関する実施形態である。
上記した試験例８においては、試料１〜１６の場合に、順方向降下電圧ＶＦと逆方向もれ電流ＩＲのトレードオフが大幅に改善されていることを述べたが、このうち試料１〜１２の場合には、図１９に示すように、順方向降下電圧ＶＦと逆方向もれ電流ＩＲとのトレードオフ曲線が左下がり曲線となることから、順方向降下電圧ＶＦと逆方向もれ電流ＩＲとのトレードオフをより一層改善することができる。従って、メサ領域の幅Ｗｍ及びトレンチ内の誘電体層の層厚Ｔｏｘを決定するにあたり、順方向降下電圧ＶＦと逆方向もれ電流ＩＲとのトレードオフ曲線が左下がり曲線となる範囲からメサ領域の幅Ｗｍ及びトレンチ内の誘電体層の層厚Ｔｏｘを決定するパラメータ決定工程を実施することにより、順方向降下電圧ＶＦと逆方向もれ電流ＩＲとのトレードオフをより一層改善することが可能となる。
実施形態６は、トレンチショットキバリアダイオードの製造方法に関する実施形態である。
上記した試験例８においては、試料１〜１６の場合に、順方向降下電圧ＶＦと逆方向もれ電流ＩＲのトレードオフが大幅に改善されていることを述べたが、このうち試料１〜１２の場合には、図１９に示すように、順方向降下電圧ＶＦと逆方向もれ電流ＩＲとのトレードオフ曲線が左下がり曲線となることから、順方向降下電圧ＶＦと逆方向もれ電流ＩＲとのトレードオフをより一層改善することができる。従って、メサ領域の幅Ｗｍ及びトレンチ内の誘電体層の層厚Ｔｏｘを決定するにあたり、順方向降下電圧ＶＦと逆方向もれ電流ＩＲとのトレードオフ曲線が左下がり曲線となる範囲からメサ領域の幅Ｗｍ及びトレンチ内の誘電体層の層厚Ｔｏｘを決定するパラメータ決定工程を実施することにより、順方向降下電圧ＶＦと逆方向もれ電流ＩＲとのトレードオフをより一層改善することが可能となる。
以上、本発明を上記の実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。その趣旨を逸脱しない範囲において種々の様態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）上記した各実施形態においては、メサ領域１２４がストライプ状に配列されたストライプ構造を有するトレンチショットキバリアダイオードを用いて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は、メサ領域がマトリクス状に配列されたマトリクス構造を有するトレンチショットキバリアダイオードにも適用可能である。
（２）上記した各実施形態においては、半導体基板としてシリコン基板を用いたトレンチショットキバリアダイオードを用いて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は、半導体基板として炭化珪素基板、ＧａＮ基板を用いたトレンチショットキバリアダイオードにも適用可能である。
（３）上記した各実施形態においては、第１導電型をｎ型として本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。第１導電型をｐ型としてもよい。
１００，９００…トレンチショットキバリアダイオード、１１０，９１０…半導体基板、１１２，９１２…ｎ＋型半導体層、１１４，９１４…ｎ−型ドリフト層、１１６，９１６…トレンチ、１１８，１１８ａ，１１８ｂ…誘電体層、１２０，９２０…導電体層、１２２，９２２…トレンチ領域、１２４，９２４…メサ領域、１２６，９２６…バリア金属層、１２８，９２８…アノード電極層、１３０，９３０…カソード電極層、９１８…絶縁体層
Claims (9)
- 第１導電型不純物を高濃度で含有する第１半導体層及び前記第１半導体層よりも第１導電型不純物を低濃度で含有する第２半導体層を有する半導体基板と、
前記半導体基板の第１主面側に形成されトレンチ内に誘電体層を介して導電体層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１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、
前記メサ領域の幅Ｗｍが、０．５μｍ≦Ｗｍ≦１．５μｍの範囲内にあり、
前記誘電体層の層厚Ｔｏｘが、２５ｎｍ≦Ｔｏｘ≦１５０ｎｍの範囲内にあり、かつ、
活性領域において２００Ａ／ｃｍ２の電流密度で順方向電流を流したとき、「前記導電体層、前記誘電体層及び前記メサ領域により構成されるコンデンサ」に十分な量の電荷が充電される結果、前記メサ領域に存在する総キャリア量Ｑａｃｃと、前記メサ領域の不純物に起因するキャリア量Ｑｄｏｐとが以下の関係式（１）〜（３）のいずれかを満たす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。
（１）トレンチショットキバリアダイオードの耐圧が１００Ｖ以上である場合
Ｑａｃｃ／Ｑｄｏｐ≧２．０
（２）トレンチショットキバリアダイオードの耐圧が６０Ｖ以上１００Ｖ未満の場合
Ｑａｃｃ／Ｑｄｏｐ≧１．５
（３）トレンチショットキバリアダイオードの耐圧が４０Ｖ以上６０Ｖ未満の場合
Ｑａｃｃ／Ｑｄｏｐ≧１．２５ - 前記誘電体層の層厚Ｔｏｘが１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のトレンチショットキバリアダイオード。
- 活性領域において２００Ａ／ｃｍ２の電流密度で順方向電流を流したとき、前記メサ領域の２０％以上の領域にキャリアが蓄積されるように構成されてなることを特徴とする請求項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。
- 活性領域において２００Ａ／ｃｍ２の電流密度で順方向電流を流したとき、前記メサ領域の全領域にキャリアが蓄積されるように構成されてなることを特徴とする請求項３に記載のトレンチショットキバリアダイオード。
- 活性領域において２００Ａ／ｃｍ２の電流密度で順方向電流を流したとき、前記トレンチ領域と前記メサ領域との境界近傍におけるキャリア濃度が、前記メサ領域の不純物に起因するキャリア濃度の２０倍以上となるように構成されてなることを特徴とする請求項１〜４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。
- 前記誘電体層が強誘電体材料からなることを特徴とする請求項１〜５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。
- 前記トレンチの側壁の形状が凹凸形状からなることを特徴とする請求項１〜６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。
- 請求項１〜７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、
前記メサ領域の幅Ｗｍ及び前記誘電体層の層厚Ｔｏｘを決定するにあたり、
横軸に順方向降下電圧ＶＦをとり、縦軸に逆方向もれ電流ＩＲをとったトレードオフ特性表示用グラフに、前記誘電体層の層厚Ｔｏｘを一定にした条件で前記メサ領域の幅Ｗｍを変化させながら順方向降下電圧ＶＦ及び逆方向もれ電流ＩＲについてのプロットを実施し、さらには当該プロットを前記誘電体層の層厚Ｔｏｘを変化させながら実施したときに、順方向降下電圧ＶＦと逆方向もれ電流ＩＲとのトレードオフ曲線が左下がり曲線となる範囲又は上下に沿った直線となる範囲から前記メサ領域の幅Ｗｍ及び前記誘電体層の層厚Ｔｏｘを決定するパラメータ決定工程を含む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。 - 請求項８に記載のトレンチショットキバリアダイオードの製造方法において、
前記パラメータ決定工程においては、順方向降下電圧ＶＦと逆方向もれ電流ＩＲとのトレードオフ曲線が左下がり曲線となる範囲から前記メサ領域の幅Ｗｍ及び前記誘電体層の層厚Ｔｏｘを決定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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