JP7455925B2 - ショットキーバリアダイオード - Google Patents
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Description
<ショットキーバリアダイオードの全体構成>
図1(a)(b)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の模式的な平面図であって、図1(a)が全体図、図1(b)が要部拡大図である。図2は、図1(a)(b)に示すショットキーバリアダイオードの断面図であって、図1(b)の切断線A-Aでの切断面を示す。図3は、図2のトレンチの拡大図である。
0.01L<R<10L・・・(1)
式(1)において、Lはトレンチ17の幅方向に沿って対向するエッジ部24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、SiCエピタキシャル層6の表面12に対して平行な底面19の幅であって、トレンチ17の幅Wからエッジ部24の幅を差し引いた値である。
さらに、ショットキーバリアダイオード1のオン抵抗Ron・Aは、0.3mΩ・cm2~3mΩ・cmである。
<トレンチ構造の導入効果>
図4~図15を参照して、SiCエピタキシャル層6に台形トレンチ17およびp型層23を形成することによる逆方向リーク電流Jrおよび閾値電圧Vthの低減効果について説明する。なお、図5のトレンチは矩形トレンチ17´であり、図6のトレンチはU字トレンチ17´´である。
・n+型SiC基板2:濃度が1×1019cm-3 厚さが1μm
・n-型SiCエピタキシャル層6:濃度が1×1016cm-3 厚さが5μm
・トレンチ17、17´および17´´:深さが1.05μm
・底壁20のエッジ部24の曲率半径R:
・p型層23:濃度が1×1018cm-3
そして、図4~図9それぞれの構造を有するショットキーバリアダイオード1のアノード-カソード間に逆方向電圧(600V)を印加したときの、SiCエピタキシャル層6内の電界強度分布をシミュレーションした。なお、シミュレータとして、Synopsys社製のTCAD(製品名)を使用した。
<SiC-pnダイオード内蔵の効果>
次に、図16を参照して、p型層23にコンタクト部26を形成して、SiCエピタキシャル層6にpnダイオード25を内蔵させたときの効果について説明する。
<2つのショットキー電極(第1電極および第2電極)>
次に、図17および図18を参照して、2つのショットキー電極(第1電極28および第2電極29)を設けたことによる逆方向リーク電流Jrおよび閾値電圧Vthの低減の効率化について説明する。
<SiCエピタキシャル層の不純物濃度>
次に、図19を参照して、SiC基板2およびSiCエピタキシャル層6の不純物濃度の大きさについて説明する。
<トレンチおよびp型層の形成方法>
次に、図20A~図20Dを参照して、図2に示す台形トレンチ17を一例として挙げて、台形トレンチ17およびp型層23の形成方法について説明する。
<トレンチとSiC結晶構造との関係>
次に、図21を参照して、トレンチとSiC結晶構造との関係について説明する。
<トレンチの断面形状の変形例>
次に、図22(a)~(f)を参照して、台形トレンチ17の断面形状の変形例について説明する。
0.01L<R<10L・・・(1)
(ただし、式(1)において、Lはトレンチの幅方向に沿って対向するエッジ部間の直線部分の直線距離を示している。)
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VBを有しており、そのようなワイドバンドギャップ半導体を用いた半導体装置は、高い耐圧性能を発揮することができる。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ことに由来する。そのため、ショットキーバリアダイオード構造を用いて比較的高い定格電圧VRのデバイスの設計が可能である。
2 SiC基板
6 SiCエピタキシャル層
7 バッファ層
8 ベースドリフト層
9 低抵抗ドリフト層
10 表面ドリフト層
11 (SiCエピタキシャル層の)裏面
12 (SiCエピタキシャル層の)表面
17 台形トレンチ
18 単位セル
19 (トレンチの)底面
20 (トレンチの)底壁
21 (トレンチの)側面
22 (トレンチの)側壁
23 p型層
24 エッジ部
25 pnダイオード
26 コンタクト部
27 アノード電極
28 第1電極
29 第2電極
30 (単位セルの)周縁部
31 (単位セルの)中央部
41 選択的台形トレンチ
42 (選択的台形トレンチの)側面の下部
43 (選択的台形トレンチの)側面の上部
45 U字トレンチ
55 格子トレンチ
56 単位セル
Claims (17)
- ワイドバンドギャップ半導体からなる第1導電型の半導体基板と、
前記半導体基板の表面に等間隔にストライプ状に形成された複数の凹部と、
各前記凹部の側部および底部に形成された第2導電型の第1不純物領域と、
前記半導体基板に接するように形成されたショットキー電極と、
前記ショットキー電極の周縁に形成され、前記複数の凹部を露出させる開口が形成された絶縁膜と、
平面視において、前記複数の凹部を取り囲む環状の第2凹部と、
前記第2凹部の側部および底部に形成された環状の第2導電型の第2不純物領域と、
前記複数の凹部と前記第2凹部との間に前記ショットキー電極の外側終端に跨って形成され、前記複数の凹部および前記第2凹部よりも広い幅を有する環状の第3凹部と、
前記第3凹部の側部および底部において、前記複数の凹部側の端部から前記第2凹部側の端部まで全体にわたって形成された第2導電型の第3不純物領域とを備え、
前記複数の凹部で挟まれることによって区画されてストライプ状に形成された単位セルは第1方向に走査しており、平面視における前記半導体基板の角部の近傍で、その長さが段階的に短くなり、前記第1方向に直交する第2方向における両端においてもっとも短くなるように形成されており、
前記第3不純物領域は、前記ショットキー電極の外側終端に跨って形成されており、
前記複数の凹部は、その全体にわたり下方に沿って先細りとなる形状であり、かつ前記第1不純物領域はその全体にわたって下方に沿って先細りとなり、前記複数の凹部の側部および底部の全体を覆う形状であり、
前記第2凹部は、その全体にわたり下方に沿って先細りとなる形状であり、かつ前記第2不純物領域は前記第2凹部の側部および底部の全体を覆う形状であり、
前記第3の凹部は、その全体にわたり下方に沿って先細りとなる形状であり、かつ前記第3不純物領域は前記第3凹部の側部および底部の全体を覆う形状であり、
前記半導体基板は、前記複数の凹部、前記第2凹部および前記第3凹部の底部を形成するドリフト層と、前記ドリフト層よりも前記半導体基板の表面側に形成され、前記ドリフト層とは異なる不純物濃度を有する第4不純物領域とを含み、
前記第4不純物領域は、前記第2凹部と前記第3凹部との間に挟まれたメサ部の表面部において、前記第2凹部の側部から前記第3凹部の側部まで全体にわたって形成され、
前記第2不純物領域および前記第3不純物領域は、前記第4不純物領域を介して連続していることを特徴とする、ショットキーバリアダイオード。 - 前記半導体基板はSiC基板であることを特徴とする、請求項1記載のショットキーバリアダイオード。
- 前記第3不純物領域は、前記ショットキー電極と、前記絶縁膜のいずれもの下部にわたって形成されていることを特徴とする、請求項1または2に記載のショットキーバリアダイオード。
- 前記第1導電型がn型であり、前記第2導電型がp型であることを特徴とする、請求項1~3のいずれかに記載のショットキーバリアダイオード。
- 前記第2不純物領域は複数形成されていることを特徴とする、請求項1~4のいずれか一項に記載のショットキーバリアダイオード。
- 前記複数の第2不純物領域は、前記ストライプ状に形成された前記第1不純物領域と分離されている、請求項5に記載のショットキーバリアダイオード。
- 降伏電圧が700V~900Vであることを特徴とする、請求項1~6のいずれかに記載のショットキーバリアダイオード。
- 閾値電圧が0.6V~0.65Vであることを特徴とする、請求項1~7のいずれかに記載のショットキーバリアダイオード。
- 定格電圧におけるリーク電流が1×10-6A/cm2~1×10-4A/cm2であることを特徴とする、請求項1~8のいずれかに記載のショットキーバリアダイオード。
- オン抵抗が1mΩ・cm2~1.5mΩ・cm2であることを特徴とする、請求項1~9のいずれかに記載のショットキーバリアダイオード。
- 前記半導体基板は4H-SiCの結晶構造を有することを特徴とする、請求項1~10のいずれかに記載のショットキーバリアダイオード。
- 前記単位セルは、平面視において、前記半導体基板の中央を起点にした線対称構造であることを特徴とする、請求項1~11のいずれかに記載のショットキーバリアダイオード。
- 絶縁破壊電界が1MV/cmよりも大きいことを特徴とする、請求項1~12のいずれかに記載のショットキーバリアダイオード。
- 前記ドリフト層は、第1不純物濃度を有する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、前記第1不純物濃度に対して相対的に高い第2不純物濃度を有する低抵抗ドリフト層を有することを特徴とする、請求項1~13のいずれかに記載のショットキーバリアダイオード。
- 前記ベースドリフト層の前記第1不純物濃度は、前記半導体基板の裏面から表面へ向かうにしたがって減少することを特徴とする、請求項14に記載のショットキーバリアダイオード。
- 前記第3凹部は、前記絶縁膜に覆われた第1部分および前記絶縁膜の前記開口内に露出する第2部分を有するように、前記絶縁膜の前記開口の内外に跨っている、請求項1~15のいずれか一項に記載のショットキーバリアダイオード。
- 前記第3凹部は、前記複数の凹部および前記第2凹部と同じ深さを有している、請求項1~16のいずれか一項に記載のショットキーバリアダイオード。
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