JP5999678B2 - 半導体装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
たとえば、特許文献1の図1は、SiCが採用されたショットキーバリアダイオードを開示している。当該ショットキーバリアダイオードは、n型4H−SiCバルク基板と、バルク基板上に成長したn型のエピタキシャル層と、エピタキシャル層の表面に形成され、エピタキシャル層の表面を部分的に露出させる酸化膜と、酸化膜の開口内に形成され、エピタキシャル層に対してショットキー接合するショットキー電極とを備えている。
図1は、本発明の一実施形態に係るショットキーバリアダイオード1の模式的な平面図である。図2(a)(b)は、図1のショットキーバリアダイオード1の要部拡大図であって、図1の破線IIで囲まれた部分を示す。
半導体装置の一例としてのショットキーバリアダイオード1は、4H−SiCが採用された素子である。4H−SiCは、ワイドバンドギャップ半導体(絶縁破壊電界が2MV/cmよりも大きい半導体)であり、具体的には、その絶縁破壊電界が約2.8MV/cmであり、バンドギャップの幅が約3.26eVである。なお、ショットキーバリアダイオード1に採用されるワイドバンドギャップ半導体は、SiCに限らず、たとえば、GaN、ダイヤモンド等であってもよい。GaNは、その絶縁破壊電界は約3MV/cmであり、バンドギャップの幅が約3.42eVである。ダイヤモンドは、その絶縁破壊電界が約8MV/cmであり、バンドギャップの幅が約5.47eVである。
ショットキーバリアダイオード1の表面は、環状の素子分離トレンチ2によって、素子分離トレンチ2の内側のアクティブ領域3と、素子分離トレンチ2の外側の外周領域4とに区画されている。素子分離トレンチ2の幅W1(図2(a)(b)参照)は、たとえば、5μm〜100μmである。
次に、図1および図2(a)(b)のショットキーバリアダイオード1の断面構造について説明する。
図3は、図1のショットキーバリアダイオード1の断面図であって、図2(a)の切断線III−IIIでの切断面を示す。
基板10の裏面12には、その全域を覆うようにカソード電極13が形成されている。カソード電極13は、n型SiCとの間にオーミックコンタクトを形成できる金属(たとえば、Ti/Ni/Ag)からなる。カソード電極13は、たとえば、基板10(SiC)の裏面12にNiやTiを形成し、熱処理して合金化することによりオーミックコンタクト層を形成した後、そのオーミックコンタクト層上に形成することにより得てもよい。
ドリフト層15は、ベースドリフト層16、低抵抗ドリフト層17および表面ドリフト層18の3層構造のドリフト層が、基板10の表面11からこの順に積層されて形成された構造を有している。ベースドリフト層16は、ドリフト層15の裏面20を形成しており、バッファ層14に接している。一方、表面ドリフト層18は、ドリフト層15の表面19を形成している。
そして、ドリフト層15には、前述したように、互いに隣り合うSBDトレンチ5で挟まれることによって区画された単位セル6(ラインセル)がストライプ状に形成されている。各単位セル6は、その大半の領域を占めるベースが低抵抗ドリフト層17により形成され、当該ベースに対して表面側の表層部が表面ドリフト層18により形成されている。
この場合、各SBDトレンチ5の底面21のエッジ部の内面(湾曲面)の曲率半径Rは、下記式(1)を満たすことが好ましい。
0.01L<R<10L・・・(1)
式(1)において、LはSBDトレンチ5の幅方向に沿って対向するエッジ部間の直線距離を示している(単位は、μm、nm、m等、長さの単位であれば特に制限されない)。具体的には、ドリフト層15の表面19に対して平行な底面の幅であって、SBDトレンチ5の幅からエッジ部の幅を差し引いた値である。
曲率半径Rは、たとえば、SBDトレンチ5の断面をSEM(Scanning Electron Microscope:走査型電子顕微鏡)で撮影し、得られたSEM画像のエッジ部の曲率を測定することにより求めることができる。
また、SBDトレンチ5は、たとえば、傾斜角θが90°未満で、その長手方向に直交する幅方向に沿って切断したときの断面視が逆台形状のトレンチであってもよい。逆台形状のトレンチは、図4(a)に示すように、側面22の全部が傾斜角θ<90°で傾斜していてもよいし、図4(b)に示すように、側面22の一部(側面22の下部22A)が選択的に傾斜角θ<90°で傾斜しており、側面22の他の部分(側面22の上部22B)は、底面21に対して90°の角度を形成していてもよい。この場合、p型SiC層23は、SBDトレンチ5の底面21からエッジ部を経て側面22の下部22A(台形部)のみに形成されている。
また、p型SiC層23は、p型SiC層23の他の部分よりも高濃度に不純物が導入されたp+型コンタクト部25を含んでいる。p+型コンタクト部25は、SBDトレンチ5の長手方向に沿って直線状に形成されており、SBDトレンチ5の底面21からp型SiC層23の深さ方向途中までの深さ(たとえば、0.05μm〜0.2μm)を有している。
さらに、素子分離トレンチ2もSBDトレンチ5と同様に、ドリフト層15の表面19側に形成され、当該表面19から表面ドリフト層18を貫通して、最深部が低抵抗ドリフト層17の途中部に達している。素子分離トレンチ2は、SBDトレンチ5と同じ深さ、同じ形状で形成されている。
SBDトレンチ5、素子分離トレンチ2および終端トレンチ9には、p型SiC層23,31およびガードリング28にそれぞれ接するように、異種半導体層の一例としてのp型ポリシリコン層32が埋め込まれている。p型ポリシリコン層32は、たとえば、B(ホウ素)を不純物として含んでおり、その濃度は、1×1019cm−3〜1×1021cm−3である。
ドリフト層15上には、アクティブ領域3を露出させる開口36を有するSiO2等の絶縁材料からなるフィールド絶縁膜35が形成されている。フィールド絶縁膜35は、終端トレンチ9のp型ポリシリコン層32および素子分離トレンチ2の外周側のp型ポリシリコン層32が隠れるように外周領域4を覆っている。
このアノード電極37は、たとえば、モリブデン層、チタン層、アルミニウム層、タングステン層またはニッケル層からなる。これにより、アノード電極37は、n型SiCからなるドリフト層15との間にショットキー障壁(たとえば、0.5eV〜1.5eV)を形成できるとともに、p型ポリシリコン層32との間にオーミックコンタクトを形成することができる。
ショットキーバリアダイオード1の最表面には、SiN等の絶縁材料からなる表面保護膜38が形成されている。表面保護膜38の中央部には、アノード電極37を露出させる開口39が形成されている。ボンディングワイヤなどは、この開口39を介してアノード電極37に接合される。
そして、ショットキーバリアダイオード1によれば、ドリフト層15の表面19にSBDトレンチ5を形成することにより、互いに隣り合うSBDトレンチ5の間(つまり、単位セル6)に等電位線を入り難くさせることができる。そのため、各単位セル6においては、ドリフト層15の裏面20から表面19へ向かう方向への急峻な電位の変化を防止することができる。その結果、ドリフト層15の表面19における電界強度を弱めることができる。これにより、アノード電極37とドリフト層15との間のショットキー障壁の高さを低くしても、逆方向リーク電流を低減することができる。
さらに、このショットキーバリアダイオード1によれば、p型SiC層23に接するようにSBDトレンチ5にp型ポリシリコン層32が埋め込まれている。p型ポリシリコン層32は、不純物のイオン種や濃度により、SiC半導体との間に形成される電位障壁の高さを簡単に制御することができる。そのため、イオン種および濃度を適切に設計することにより、p型ポリシリコン層32とp型SiC層23との間にオーミックコンタクトを形成することができる。これにより、アノード電極37とドリフト層15とのショットキーバリアダイオード1に対して、p型SiC層23とn型ドリフト層15とのpnダイオード24を並列に設けることができる。そのため、ショットキーバリアダイオード1にサージ電流が流れても、当該サージ電流の一部を内蔵pnダイオード24に分散させることができる。その結果、ショットキーバリアダイオード1に流れるサージ電流を低減できるので、サージ電流によるショットキーバリアダイオード1の熱破壊を防止することができる。
また、p型ポリシリコン層32は、図8に示すように、ドリフト層15の表面19の上方位置まで埋め込まれ、ドリフト層15の上方に突出した部分44を含んでいてもよい。この場合、p型ポリシリコン層32の突出した部分44は、図9に示すように、SBDトレンチ5の開口端からドリフト層15の表面19に沿って横方向に引き出された周縁部45を有していてもよい。この場合、当該周縁部45は、表面19において表面ドリフト層18に接し、表面ドリフト層18との間に電位障壁を形成することになるが、その電位障壁の高さは、アノード電極37とドリフト層15との間のショットキー障壁よりも高いことが好ましい。これにより、通常動作時に、ショットキーバリアダイオード1に優先的に電流を流すことができる。
次に、図10を参照して、基板10およびドリフト層15の不純物濃度の大きさについて説明する。図10は、基板10、バッファ層14およびドリフト層15の不純物濃度を説明するための図である。
基板10の濃度は、たとえば、その厚さ方向に沿って1×1018〜1×1020cm−3で一定である。バッファ層14の濃度は、たとえば、その厚さ方向に沿って、1×1017〜5×1018cm−3で一定である。
ベースドリフト層16の濃度は、たとえば、その厚さ方向に沿って、5×1014〜5×1016cm−3で一定である。なお、ベースドリフト層16の濃度は、図10の破線で示すように、ドリフト層15の裏面20から表面19へ向かうにしたがって、約3×1016cm−3から約5×1015cm−3まで連続的に減少していてもよい。
図1、図2(a)(b)および図3に示すように、ストライプパターンのSBDトレンチ5で区画された単位セル6(ラインセル)では電流を流すことができる領域(電流経路)がSBDトレンチ5のピッチP1(図3参照)に制約されるので、ドリフト層15における単位セル6を形成する部分の不純物濃度が低いと、単位セル6の抵抗値が高くなるおそれがある。
次に、図11を参照して、SBDトレンチ5とSiC結晶構造との関係について説明する。
ショットキーバリアダイオード1に使用されるSiCには、結晶構造の違いにより、3C−SiC、4H−SiC、6H−SiCなどの種類がある。
これらのうち、4H−SiCの結晶構造は、六方晶系で近似することができ、1つのシリコン原子に対して4つの炭素原子が結合している。4つの炭素原子は、シリコン原子を中央に配置した正四面体の4つの頂点に位置している。これらの4つの炭素原子は、1つのシリコン原子が炭素原子に対して[0001]軸方向に位置し、他の3つの炭素原子がシリコン原子族原子に対して[000−1]軸側に位置している。
[1−100]軸を法線とする六角柱の側面がそれぞれ(1−100)面であり、隣り合わない一対の稜線を通り、[11−20]軸を法線とする面が(11−20)面である。これらは、(0001)面および(000−1)面に対して直角な結晶面である。
次に、ショットキーバリアダイオード1の製造方法について説明する。
まず、図12Aに示すように、ウエハ状態の基板10上に、バッファ層14およびドリフト層15を順にエピタキシャル成長させる。
次に、図12Bに示すように、SBDトレンチ5、素子分離トレンチ2および終端トレンチ9のパターンに応じたマスクを形成し、当該マスクを用いたエッチングにより、SBDトレンチ5、素子分離トレンチ2および終端トレンチ9を同時に同じ深さで形成する。
次に、図12Dに示すように、p+型コンタクト部25のパターンに応じたマスクを形成し、当該マスクを用いてSBDトレンチ5の底面21へ不純物(この実施形態では、Alイオン)を選択的に注入することにより、p+型コンタクト部25を形成する。
次に、図12Eに示すように、CVD法により、SBDトレンチ5、素子分離トレンチ2および終端トレンチ9を満たし、ドリフト層15の表面19全体が覆われるまでp型ポリシリコン46を堆積させる。この実施形態では、p型ポリシリコン46の不純物として、Bイオンを用いる。
次に、図12Fに示すように、エッチバックにより、SBDトレンチ5、素子分離トレンチ2および終端トレンチ9外のp型ポリシリコン46を選択的に除去する。エッチバックは、p型ポリシリコン層32の頂面33,34がドリフト層15の表面19に対して一段低くなるまで続けられる。
その後は、表面保護膜38、カソード電極13等を形成することにより、図3のショットキーバリアダイオード1が得られる。
たとえば、前述のショットキーバリアダイオード1の各半導体部分の導電型を反転した構成が採用されてもよい。たとえば、ショットキーバリアダイオード1において、p型の部分がn型であり、n型の部分がp型であってもよい。
本発明の半導体装置(半導体パワーデバイス)は、たとえば、電気自動車(ハイブリッド車を含む)、電車、産業用ロボットなどの動力源として利用される電動モータを駆動するための駆動回路を構成するインバータ回路に用いられるパワーモジュールに組み込むことができる。また、太陽電池、風力発電機その他の発電装置(とくに自家発電装置)が発生する電力を商用電源の電力と整合するように変換するインバータ回路に用いられるパワーモジュールにも組み込むことができる。
なお、前述の実施形態の内容から、特許請求の範囲に記載した発明以外にも、以下のような特徴が抽出され得る。
たとえば、表面にトレンチが形成された第1導電型のワイドバンドギャップ半導体からなる半導体層と、前記半導体層において前記トレンチの一部または全部に形成された第2導電型の電界緩和層と、前記電界緩和層に接するように前記トレンチの底部から所定の高さ位置まで前記トレンチに埋め込まれた異種半導体層と、前記半導体層との間にショットキー障壁を形成するように前記異種半導体層上に形成された表面金属層とを含む、半導体装置。
ワイドバンドギャップ半導体は、シリコンに比べて非常に高い降伏電圧を有しており、高い耐圧性能を発揮する。これは、ワイドバンドギャップ半導体が、シリコンに比べて絶縁破壊電界強度が非常に高いためである。従って、ワイドバンドギャップ半導体を用いたショットキーバリアダイオード構造により、比較的高い逆方向電圧のデバイスの設計が可能である。
しかしながら、ショットキーバリアダイオードに高い逆方向電圧が印加されると、ダイオードがブレークダウンしなくても、ワイドバンドギャップ半導体には高い電界がかかることとなる。そのため、ショットキーバリアダイオードの順方向電圧を低減するために、表面金属層とワイドバンドギャップ半導体との間のショットキー障壁の高さ(バリアハイト)を低くすると、逆方向電圧印加時に当該ショットキー障壁を越えて流れる逆方向リーク電流が増加する。
そこで、上記半導体装置によれば、半導体層の表面にトレンチを形成することにより、半導体層の表面における電界強度を弱めることができる。これにより、ショットキー障壁の高さを低くしても、逆方向リーク電流を低減することができる。
一方、トレンチの形成により、半導体層における電界集中部分(リーク電流の発生源)がトレンチの周囲にシフトするが、上記半導体装置ではさらに、トレンチの一部または全部に第2導電型の電界緩和層が形成されている。これにより、トレンチ周囲での電界集中も緩和することができるので、トレンチ周囲でのリーク電流の発生も低減することができる。
これらの結果、半導体装置全体としての逆方向リーク電流を確実に低減することができるとともに、ショットキー障壁の高さを低くして順方向電圧を低減することができる。
さらに、上記半導体装置によれば、電界緩和層に接するようにトレンチの底部から所定の高さ位置まで異種半導体層が埋め込まれている。異種半導体層は、不純物のイオン種や濃度により、ワイドバンドギャップ半導体との間に形成される電位障壁の高さを簡単に制御することができる。そのため、イオン種および濃度を適切に設計することにより、異種半導体層と電界緩和層との間にオーミックコンタクトを形成することができる。これにより、表面金属層と半導体層とのショットキーバリアダイオードに対して、電界緩和層(第2導電型)と半導体層(第1導電型)とのpnダイオードを並列に設けることができる。そのため、半導体装置にサージ電流が流れても、当該サージ電流の一部を内蔵pnダイオードに分散させることができる。その結果、ショットキーバリアダイオードに流れるサージ電流を低減できるので、サージ電流によるショットキーバリアダイオードの熱破壊を防止することができる。
そして、上記半導体装置は、たとえば、第1導電型のワイドバンドギャップ半導体からなる半導体層を表面から選択的にエッチングすることによりトレンチを形成する工程と、前記半導体層において前記トレンチの一部または全部に第2導電型の不純物を選択的に導入することにより、前記不純物が導入された部分に電界緩和層を形成する工程と、CVD法により、前記トレンチを満たし、前記半導体層の前記表面が覆われるまで異種半導体を堆積させる工程と、堆積した前記異種半導体の一部をエッチバックすることにより、前記電界緩和層に接するように前記トレンチの底部から所定の高さ位置まで前記トレンチに埋め込まれた異種半導体層を形成する工程と、前記半導体層との間にショットキー障壁を形成可能な金属を前記異種半導体層上に堆積させることにより、表面金属層を形成する工程とを含む、半導体装置の製造方法により製造することができる。
この方法によれば、異種半導体がCVD法により埋め込まれるので、トレンチを微細化してもトレンチ内部に空孔が生じることを防止することができる。そのため、トレンチの一部または全部に形成された電界緩和層に対して異種半導体層を確実に接触させることができる。
上記半導体装置では、前記電界緩和層は、少なくとも前記トレンチの前記底部に形成されていることが好ましく、前記トレンチの前記底部および側部に跨るように、さらに前記側部に形成されていることがさらに好ましい。
トレンチが形成された半導体層では、トレンチの底部に電界が集中し易いので、少なくとも当該底部に電界緩和層を形成することにより、逆方向リーク電流の低減効果を一層高めることができる。また、電界緩和層が底部のみに形成されている場合、トレンチの他の部分をショットキー障壁の形成に利用することができる。
また、上記半導体装置では、前記電界緩和層の前記トレンチの前記側部に形成された部分は、一定の厚さを有していてもよく、前記半導体層の前記表面に露出するように前記トレンチの開口端に形成された第1の厚さを有する上端部と、前記上端部の下方に形成された前記第1の厚さよりも小さい第2の厚さを有する下端部とを含んでいてもよい。
また、上記半導体装置では、前記表面金属層は、前記異種半導体層との間にオーミックコンタクトを形成していることが好ましい。
また、上記半導体装置では、前記電界緩和層は、当該電界緩和層の他の部分よりも高い不純物濃度を有するコンタクト部を含み、前記異種半導体層は、前記コンタクト部との間にオーミックコンタクトを形成していることが好ましい。
この構成によれば、コンタクト部が形成されているので、異種半導体層と電界緩和層との間に良好にオーミックコンタクトを形成することができる。
また、上記半導体装置では、前記異種半導体層は、前記半導体層と前記表面金属層との間のショットキー障壁よりも高い電位障壁を形成するように、さらに前記半導体層に接していてもよい。
異種半導体層が半導体層に接する場合でも、半導体層と表面金属層との間のショットキー障壁が、異種半導体層と半導体層との間の電位障壁よりも低いので、通常動作時に、ショットキーバリアダイオードに優先的に電流を流すことができる。
また、上記半導体装置では、前記異種半導体層は、前記半導体層の前記表面に対して前記トレンチの深さ方向に間隔を空けた高さ位置まで埋め込まれ、前記半導体層の前記表面よりも一段低くされた頂面を有していてもよい。また、前記異種半導体層は、前記半導体層の前記表面の高さ位置まで埋め込まれ、前記半導体層の前記表面と同一平面上に位置する頂面を有していてもよい。
また、前記異種半導体層は、前記半導体層の前記表面の上方位置まで埋め込まれ、前記半導体層の上方に突出した部分を含んでいてもよい。その場合、前記異種半導体の前記突出した部分は、前記トレンチの開口端から前記半導体層の前記表面に沿って横方向に引き出された周縁部を有していてもよい。
また、上記半導体装置では、前記トレンチは、前記半導体層の前記表面に平行な面に対して90°未満の角度θで傾斜した側面を有することが好ましい。
この構成によれば、θ=90°で側面が直角に立つ場合よりも、半導体装置の耐圧を一層向上させることができる。
さらに、トレンチの底面だけでなく、側面の全部または一部もトレンチの開放端に対して対向することとなる。そのため、たとえばトレンチを介して第2導電型の不純物を半導体層に導入する場合に、不純物をトレンチの側面に確実に当てることができる。その結果、トレンチの側部に電界緩和層を容易に形成することができる。
なお、θ<90°のトレンチとは、側面の全部が90°未満の角度θで傾斜しているトレンチ、側面の一部(たとえば、トレンチの底面と交わる部分)が90°未満の角度θで傾斜しているトレンチのいずれをも含む概念である。
また、上記半導体装置では、前記異種半導体層は、p型ポリシリコン層であることが好ましい。また、前記表面金属層は、モリブデン層、チタン層、アルミニウム層、タングステン層またはニッケル層であることが好ましい。
また、上記半導体装置では、前記半導体層は、基板と、前記基板上に形成された前記基板よりも低い不純物濃度を有するドリフト層とを含み、前記ドリフト層は、ベースドリフト層と、前記ベースドリフト層上に形成された前記ベースドリフト層よりも高い不純物濃度を有する低抵抗ドリフト層とを含み、前記トレンチは、その最深部が前記低抵抗ドリフト層に達するように形成されていることが好ましい。
トレンチで区画された単位セルでは電流を流すことができる領域(電流経路)が制約されるので、半導体層における単位セルを形成する部分の不純物濃度が低いと、単位セルの抵抗値が高くなるおそれがある。そこで上記のように、最深部が低抵抗ドリフト層に達するようにトレンチを形成することにより、単位セルの全部もしくは一部を低抵抗ドリフト層で形成することができる。そのため、当該低抵抗ドリフト層が形成された部分では、電流経路がたとえ狭められても、比較的高い不純物濃度を有する低抵抗ドリフト層により抵抗値の上昇を抑制することができる。その結果、単位セルの低抵抗化を図ることができる。
また、前記ベースドリフト層の濃度は、前記半導体層の裏面から表面へ向かうにしたがって減少していてもよい。また、前記低抵抗ドリフト層の濃度は、前記半導体層の裏面から表面へ向かうにしたがって一定であってもよいし、前記半導体層の裏面から表面へ向かうにしたがって減少していてもよい。
また、前記ドリフト層は、前記低抵抗ドリフト層上に形成された前記ベースドリフト層よりも低い不純物濃度を有する表面ドリフト層をさらに含むことが好ましい。
この構成により、半導体層の表層部の不純物濃度を小さくすることができるので、逆方向電圧印加時に半導体層の表層部にかかる電界強度を低減することができる。その結果、逆方向リーク電流を一層低減することができる。
また、前記半導体層は、前記基板と前記ドリフト層との間に形成され、前記基板よりも低く前記ドリフト層よりも高い不純物濃度を有するバッファ層をさらに含んでいてもよい。
また、ワイドバンドギャップ半導体(バンドギャップが2eV以上)は、たとえば絶縁破壊電界が1MV/cmよりも大きい半導体であって、具体的には、SiC(たとえば、4H−SiC 絶縁破壊電界が約2.8MV/cmであり、バンドギャップの幅が約3.26eV)、GaN(絶縁破壊電界が約3MV/cmであり、バンドギャップの幅が約3.42eV)、ダイヤモンド(絶縁破壊電界が約8MV/cmであり、バンドギャップの幅が約5.47eV)などである。
2 素子分離トレンチ
3 アクティブ領域
4 外周領域
5 SBDトレンチ
6 単位セル
7 (単位セルの)連結部分
8 (単位セルの)端部
9 終端トレンチ
10 基板
11 (基板の)表面
12 (基板の)裏面
13 カソード電極
14 バッファ層
15 ドリフト層
16 ベースドリフト層
17 低抵抗ドリフト層
18 表面ドリフト層
19 (ドリフト層の)表面
20 (ドリフト層の)裏面
21 (SBDトレンチの)底面
22 (SBDトレンチの)側面
23 p型SiC層
24 pnダイオード
25 p+型コンタクト部
26 (終端トレンチの)底面
27 (終端トレンチの)側面
28 ガードリング
29 (素子分離トレンチの)底面
30 (素子分離トレンチの)側面
31 p型SiC層
32 p型ポリシリコン層
33 (p型ポリシリコン層の)頂面
34 (p型ポリシリコン層の)頂面
35 フィールド絶縁膜
36 (フィールド絶縁膜の)開口
37 アノード電極
38 表面保護膜
39 (表面保護膜の)開口
40 空孔
41 (p型SiC層の)上端部
42 (p型SiC層の)下端部
43 (p型ポリシリコン層の)頂面
44 (p型ポリシリコン層の)突出部分
45 (p型ポリシリコン層の)周縁部
46 p型ポリシリコン
Claims (26)
- 表面にトレンチが形成された第1導電型のワイドバンドギャップ半導体からなる半導体層と、
前記半導体層において前記トレンチの一部または全部に形成された第2導電型の電界緩和層と、
前記電界緩和層に接するように前記トレンチの底部から所定の高さ位置まで前記トレンチに埋め込まれた異種半導体層と、
前記半導体層との間にショットキー障壁を形成するように前記異種半導体層上に形成された表面金属層とを含み、
前記異種半導体層は、前記半導体層の前記表面に対して前記トレンチの深さ方向に間隔を空けた高さ位置まで埋め込まれ、前記半導体層の前記表面よりも一段低くされた頂面を有している、半導体装置。 - 表面にトレンチが形成された第1導電型のワイドバンドギャップ半導体からなる半導体層と、
前記半導体層において前記トレンチの一部または全部に形成された第2導電型の電界緩和層と、
前記電界緩和層に接するように前記トレンチの底部から所定の高さ位置まで前記トレンチに埋め込まれた異種半導体層と、
前記半導体層との間にショットキー障壁を形成するように前記異種半導体層上に形成された表面金属層とを含み、
前記異種半導体層は、前記半導体層と前記表面金属層との間のショットキー障壁よりも高い電位障壁を形成するように、さらに前記半導体層に接している、半導体装置。 - 前記電界緩和層は、少なくとも前記トレンチの前記底部に形成されている、請求項1または2に記載の半導体装置。
- 前記電界緩和層は、前記トレンチの前記底部および側部に跨るように、さらに前記側部に形成されている、請求項3に記載の半導体装置。
- 前記電界緩和層の前記トレンチの前記側部に形成された部分は、一定の厚さを有している、請求項4に記載の半導体装置。
- 前記電界緩和層の前記トレンチの前記側部に形成された部分は、前記半導体層の前記表面に露出するように前記トレンチの開口端に形成された第1の厚さを有する上端部と、前記上端部の下方に形成された前記第1の厚さよりも小さい第2の厚さを有する下端部とを含む、請求項4に記載の半導体装置。
- 表面にトレンチが形成された第1導電型のワイドバンドギャップ半導体からなる半導体層と、
前記半導体層において前記トレンチの一部または全部に形成された第2導電型の電界緩和層と、
前記電界緩和層に接するように前記トレンチの底部から所定の高さ位置まで前記トレンチに埋め込まれた異種半導体層と、
前記半導体層との間にショットキー障壁を形成するように前記異種半導体層上に形成された表面金属層とを含み、
前記電界緩和層は、前記トレンチの前記底部および側部に跨るように、前記トレンチの前記底部および前記側部に形成されており、
前記電界緩和層の前記トレンチの前記側部に形成された部分は、前記半導体層の前記表面に露出するように前記トレンチの開口端に形成された第1の厚さを有する上端部と、前記上端部の下方に形成された前記第1の厚さよりも小さい第2の厚さを有する下端部とを含む、半導体装置。 - 前記表面金属層は、前記異種半導体層との間にオーミックコンタクトを形成している、請求項1〜7のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 前記電界緩和層は、当該電界緩和層の他の部分よりも高い不純物濃度を有するコンタクト部を含み、
前記異種半導体層は、前記コンタクト部との間にオーミックコンタクトを形成している、請求項1〜8のいずれか一項に記載の半導体装置。 - 前記異種半導体層は、前記半導体層と前記表面金属層との間のショットキー障壁よりも高い電位障壁を形成するように、さらに前記半導体層に接している、請求項1に記載の半導体装置。
- 前記異種半導体層は、前記半導体層の前記表面の高さ位置まで埋め込まれ、前記半導体層の前記表面と同一平面上に位置する頂面を有している、請求項2に記載の半導体装置。
- 前記異種半導体層は、前記半導体層の前記表面の上方位置まで埋め込まれ、前記半導体層の上方に突出した部分を含む、請求項2に記載の半導体装置。
- 前記異種半導体の前記突出した部分は、前記トレンチの開口端から前記半導体層の前記表面に沿って横方向に引き出された周縁部を有する、請求項12に記載の半導体装置。
- 前記トレンチは、前記半導体層の前記表面に平行な面に対して90°未満の角度θで傾斜した側面を有する、請求項1〜13のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 前記異種半導体層は、p型ポリシリコン層である、請求項1〜14のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 前記表面金属層は、モリブデン層、チタン層、アルミニウム層、タングステン層またはニッケル層である、請求項1〜15のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 前記半導体層は、基板と、前記基板上に形成された前記基板よりも低い不純物濃度を有するドリフト層とを含み、
前記ドリフト層は、ベースドリフト層と、前記ベースドリフト層上に形成された前記ベースドリフト層よりも高い不純物濃度を有する低抵抗ドリフト層とを含み、
前記トレンチは、その最深部が前記低抵抗ドリフト層に達するように形成されている、請求項1〜16のいずれか一項に記載の半導体装置。 - 前記ベースドリフト層の濃度は、前記半導体層の裏面から表面へ向かうにしたがって減少している、請求項17に記載の半導体装置。
- 前記低抵抗ドリフト層の濃度は、前記半導体層の裏面から表面へ向かうにしたがって一定である、請求項17または18に記載の半導体装置。
- 前記低抵抗ドリフト層の濃度は、前記半導体層の裏面から表面へ向かうにしたがって減少している、請求項17または18に記載の半導体装置。
- 表面にトレンチが形成された第1導電型のワイドバンドギャップ半導体からなる半導体層と、
前記半導体層において前記トレンチの一部または全部に形成された第2導電型の電界緩和層と、
前記電界緩和層に接するように前記トレンチの底部から所定の高さ位置まで前記トレンチに埋め込まれた異種半導体層と、
前記半導体層との間にショットキー障壁を形成するように前記異種半導体層上に形成された表面金属層とを含み、
前記半導体層は、基板と、前記基板上に形成された前記基板よりも低い不純物濃度を有するドリフト層とを含み、
前記ドリフト層は、ベースドリフト層と、前記ベースドリフト層上に形成された前記ベースドリフト層よりも高い不純物濃度を有する低抵抗ドリフト層とを含み、
前記トレンチは、その最深部が前記低抵抗ドリフト層に達するように形成されており、
前記低抵抗ドリフト層の濃度は、前記半導体層の裏面から表面へ向かうにしたがって減少している、半導体装置。 - 前記ドリフト層は、前記低抵抗ドリフト層上に形成された前記ベースドリフト層よりも低い不純物濃度を有する表面ドリフト層をさらに含む、請求項17〜21のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 前記半導体層は、前記基板と前記ドリフト層との間に形成され、前記基板よりも低く前記ドリフト層よりも高い不純物濃度を有するバッファ層をさらに含む、請求項17〜22のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 前記ワイドバンドギャップ半導体の絶縁破壊電界が1MV/cmよりも大きい、請求項1〜23のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 前記ワイドバンドギャップ半導体が、SiC、GaNまたはダイヤモンドからなる、請求項1〜24のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 第1導電型のワイドバンドギャップ半導体からなる半導体層を表面から選択的にエッチングすることによりトレンチを形成する工程と、
前記半導体層において前記トレンチの一部または全部に第2導電型の不純物を選択的に導入することにより、前記不純物が導入された部分に電界緩和層を形成する工程と、
CVD法により、前記トレンチを満たし、前記半導体層の前記表面が覆われるまで異種半導体を堆積させる工程と、
堆積した前記異種半導体の一部をエッチバックすることにより、前記電界緩和層に接するように前記トレンチの底部から所定の高さ位置まで前記トレンチに埋め込まれ、前記半導体層の前記表面よりも一段低くされた頂面を有する異種半導体層を形成する工程と、
前記半導体層との間にショットキー障壁を形成可能な金属を前記異種半導体層上に堆積させることにより、表面金属層を形成する工程とを含む、半導体装置の製造方法。
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