JPWO2017033216A1 - ワイドギャップ型半導体装置及びワイドギャップ型半導体装置の製造方法 - Google Patents

ワイドギャップ型半導体装置及びワイドギャップ型半導体装置の製造方法 Download PDF

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Abstract

ワイドギャップ型半導体装置は、第１導電型半導体層（３２）と、第１導電型半導体層（３２）上に設けられた第２導電型領域（４１），（４２）と、一部が第２導電型領域（４１），（４２）上に位置し、残部が第１導電型半導体層（３２）上に位置する第１電極（１０）と、第１導電型半導体層（３２）上であって第１電極（１０）に隣接して設けられ、ワイドギャップ型半導体装置の端部まで延びた絶縁層（５１），（５２），（５３）と、第１電極（１０）とワイドギャップ型半導体装置の端部との間に設けられ、第１導電型半導体層（３２）とショットキー接合を形成する第２電極（２０）と、を備えている。

Description

本発明は、ワイドギャップ型半導体装置及びワイドギャップ型半導体装置の製造方法に関する。
近年、様々な利点があることからワイドギャップ型半導体装置の一例である炭化ケイ素半導体装置（ＳｉＣ半導体装置）が注目を集めている。しかしながら、このような炭化ケイ素半導体装置において、アクティブ領域に形成される電極又は配線から炭化ケイ素半導体装置の端部までの距離が短くなった場合では、サージ電圧のような負電圧が炭化ケイ素半導体装置の表面側の電極に印加されると、電極と炭化ケイ素半導体装置の端部との間において放電が起こるという問題がある（特開２００９−２３１３２１号公報参照）。
これを防止するために、炭化ケイ素半導体装置の第１導電型半導体層の表面を絶縁層（絶縁膜を含む）によって完全に覆うことが考えられる。しかしながら、絶縁層と炭化ケイ素からなる第１導電型半導体層との間の界面には、界面準位が存在している。特に、絶縁層と炭化ケイ素との間の界面における界面準位密度は絶縁層とケイ素（Ｓｉ）との間の界面と比較して大きくなっている。絶縁層と炭化ケイ素からなる第１導電型半導体層との間の界面に存在するこの界面準位によって電子がトラップされることになるが、捕えられた電子のうち、深い界面準位にある電子は時定数が大きく脱出できないので、実質的には負の固定電荷として振る舞う（図６（ａ）参照）。特に、炭化ケイ素はケイ素よりもバンドギャップが大きいため、固定電荷は−１×１０１１〜−１×１０１３とケイ素の場合と比較して大きくなってしまう。このため、絶縁層の直下に位置する第１導電型半導体層は、トラップされた電子によってバンドが持ち上がり、第２導電型化する（この第２導電型化した領域を「反転層」という。）。この結果、第２導電型領域、反転層及び炭化ケイ素半導体装置の端部（チップ端）を介して流れる漏れ電流が大きくなってしまう。このような炭化ケイ素半導体装置における問題は、炭化ケイ素以外の窒化ガリウム（ＧａＮ）、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）といったワイドギャップ型半導体でも生じうる。
本発明はこのような観点からなされたものであり、放電を抑制しつつ漏れ電流を小さくすることができるワイドギャップ型半導体装置及びワイドギャップ型半導体装置の製造方法を提供する。
本発明によるワイドギャップ型半導体装置は、
第１導電型半導体層と、
前記第１導電型半導体層上に設けられた第２導電型領域と、
一部が第２導電型領域上に位置し、残部が前記第１導電型半導体層上に位置する第１電極と、
前記第１導電型半導体層上であって前記第１電極に隣接して設けられ、前記ワイドギャップ型半導体装置の端部まで延びた絶縁層と、
前記第１電極と前記ワイドギャップ型半導体装置の端部との間に設けられ、前記第１導電型半導体層とショットキー接合を形成する第２電極と、
を備えている。
本発明によるワイドギャップ型半導体装置において、
前記第１電極の一部又は全体を連続的又は断続的に取り囲むようにして、１つの前記第２電極が設けられてもよい。
本発明によるワイドギャップ型半導体装置において、
前記第２導電型領域の端部と、前記第２電極と第１導電型半導体層との間の接触面の端部との間の距離は、理論的な空乏層幅より大きくなってもよい。
本発明によるワイドギャップ型半導体装置において、
前記絶縁層は、前記第１導電型半導体層上に設けられた第１絶縁層を有し、
前記第２電極は、前記第１絶縁層上に平面方向で突出した突出部を有してもよい。
本発明によるワイドギャップ型半導体装置において、
前記絶縁層は、前記第１導電型半導体層上に設けられた第１絶縁層と、前記第１絶縁層上に設けられ、前記第２電極を完全に覆う第２絶縁層とを有してもよい。
本発明によるワイドギャップ型半導体装置において、
前記第２電極は、前記ワイドギャップ型半導体装置の端部上には設けられていなくてもよい。
本発明によるワイドギャップ型半導体装置において、
前記第２電極の下方に第２導電型電界緩和領域の少なくとも一部が設けられてもよい。
本発明によるワイドギャップ型半導体装置において、
前記第２導電型電界緩和領域は、高濃度第２導電型電界緩和領域と、前記高濃度第２導電型電界緩和領域よりも第２導電型不純物濃度が低い低濃度第２導電型電界緩和領域とを含み、
前記高濃度第２導電型電界緩和領域が、前記低濃度第２導電型電界緩和領域の内側に位置してもよい。
本発明によるワイドギャップ型半導体装置の製造方法は、
第１導電型半導体層上に第２導電型領域を設けることと、
一部が第２導電型領域上に位置し、残部が前記第１導電型半導体層上に位置するように第１電極を設けることと、
前記第１電極と前記ワイドギャップ型半導体装置の端部との間に、前記第１導電型半導体層とショットキー接合を形成する第２電極を設けることと、
前記第１導電型半導体層上であって前記第１電極に隣接して設けられ、前記ワイドギャップ型半導体装置の端部まで延びた絶縁層を設けることと、
を備える。
本発明によるワイドギャップ型半導体装置の製造方法において、
前記第１電極を設ける際に前記第２電極を設け、
前記第１電極は前記第１導電型半導体層とショットキー接合を形成してもよい。
本発明によるワイドギャップ型半導体装置の製造方法において、
前記第２導電型領域を設ける際に第２導電型電界緩和領域を設け、
前記第２導電型電界緩和領域の少なくとも一部の上方に前記第２電極が設けられてもよい。
本発明によれば、絶縁層がワイドギャップ型半導体装置の端部まで延びていることから第１電極とワイドギャップ型半導体装置の端部との間で放電が発生することを防止できる。また、第１電極とワイドギャップ型半導体装置の端部との間に第２電極が設けられ、当該第２電極と第１導電型半導体層とがショットキー接合を形成していることから、当該位置において電子がトラップされず、バンドが持ち上がらないので「反転層」が形成されない。その結果、漏れ電流を小さくすることができる。
図１は、第１の実施の形態による炭化ケイ素半導体装置における層構成の概略を示した縦断面図である。 図２は、図１において第２電極近辺を拡大して示した縦断面図である。 図３は、第１の実施の形態の変形例による炭化ケイ素半導体装置における層構成の概略を示した縦断面図である。 図４は、第１の実施の形態の別の変形例による炭化ケイ素半導体装置における層構成の概略を示した縦断面図である。 図５は、第１の実施の形態による炭化ケイ素半導体装置の上方平面図である。 図６は、第１の実施の形態による炭化ケイ素半導体装置で解決される課題及びその解決手段を説明するための図である。 図７は、第１の実施の形態のさらに別の変形例による炭化ケイ素半導体装置の上方平面図である。 図８は、第１の実施の形態による炭化ケイ素半導体装置の製造方法を説明するための縦断面図である。 図９は、第２の実施の形態の一態様による炭化ケイ素半導体装置における層構成の概略を示した縦断面図である。 図１０は、第２の実施の形態の別の態様による炭化ケイ素半導体装置における層構成の概略を示した縦断面図である。
第１の実施の形態
《構成》
本実施の形態では、ワイドギャップ型半導体装置の一例として炭化ケイ素半導体装置を用いて説明するが、これに限られることはなく、例えば窒化ガリウム、酸化ガリウムといった他のワイドギャップ型半導体装置にも本発明を用いることができる。
図１に示すように、本実施の形態の炭化ケイ素半導体装置は、第１導電型半導体基板３１と、第１導電型半導体基板３１上に設けられ、第１導電型半導体基板３１よりも不純物濃度の低い第１導電型半導体層３２と、第１導電型半導体層３２上に設けられた第２導電型領域４１，４２と、を備えている。本実施の形態では、以下、「第１導電型」としてｎ型を用いて説明し、「第２導電型」としてｐ型を用いて説明し、第１導電型半導体基板３１をｎ型半導体基板３１とも呼び、第１導電型半導体層３２をｎ型半導体層３２とも呼び、第２導電型領域４１，４２をｐ型領域４１，４２とも呼ぶ。ただし、このような態様に限られることはなく、「第１導電型」としてｐ型を用い、「第２導電型」としてｎ型を用いてもよい。なお、本実施の形態において、第１導電型半導体基板３１は、その上方側の面が一方の主面となり下方側の面が他方の主面となっている。
炭化ケイ素半導体装置は、一部がｐ型領域４１，４２上に位置し、残部がｎ型半導体層３２上に位置する第１電極１０を備えている。第１電極１０は第１導電型半導体層３２とショットキー接合を形成している。本実施の形態では、この第１電極１０の周縁部下方にｐ型領域４１，４２が位置しており、このｐ型領域４１，４２は電界を緩和する機能を有している。炭化ケイ素半導体装置は、ｎ型半導体層３２上であって第１電極１０に隣接して設けられ、炭化ケイ素半導体装置の端部（図１の右端部）まで延びた絶縁層５１，５２，５３と、第１電極１０と炭化ケイ素半導体装置の端部との間に設けられ、ｎ型半導体層３２とショットキー接合を形成する第２電極２０と、を備えている。本実施の形態において「炭化ケイ素半導体装置の端部」とは炭化ケイ素半導体装置の端面近辺領域のことを意味している。この端面近辺領域の表面が絶縁層５１，５２，５３で覆われていない状態で負の高電圧を印加すると、第1電極１０から放出された電子が、この端面近辺領域に落雷しやすくなる。すなわち、「放電」が起こりやすくなる。
本実施の形態の絶縁層５１，５２，５３は、図１に示すように、ｎ型半導体層３２及びｐ型領域４１，４２上に設けられた第１絶縁層５１と、第１絶縁層５１上に設けられ、第２電極２０を完全に覆う第２絶縁層５２とを有してもよい。また、本実施の形態では、第１絶縁層５１の上面に第３絶縁層５３が設けられ、第２絶縁層５２が第３絶縁層５３を覆うようにもなってもよい。第２絶縁層５２が第２電極２０を完全に覆う場合には、平面図において（図１の上方から見た場合において）、第２電極２０が第２絶縁層５２から露出していないことを意味する。一例としては、第１絶縁層５１としてはＰＳＧ（Phosphorus Silicon Glass）及びＳｉＯ２を含むものを用いることができ、第２絶縁層５２としてはポリイミド、例えば高耐熱ポリイミドを含むものを用いることができ、第３絶縁層５３としてはＳｉＮを含むものを用いることができる。
端面近辺領域の表面上に位置する第１絶縁層５１は放電を抑制するために、半導体装置端部まで達している方がよい。この場合には、ダイシング分割前においては、第１絶縁層５１は隣接する素子の端部に達することになる。第３絶縁層５３は、リーク電流や、第２導電型領域４１，４２における電界集中を抑制するために追加してもよい。第２電極２０を完全に覆う第２絶縁層５２を設けてもよい。この場合であっても、図１に示すように、第２絶縁層５２は第１絶縁層５１の端面（図１の右端面）まで延びている必要はない（ワイドギャップ型半導体装置の端部上には設けられていなくてもよい。）。このような第２絶縁層５２を設けることで、第１電極１０と第２電極２０との間の放電を抑制することができる。第２絶縁層５２が第１電極１０の端部と第２電極２０を覆う場合には、放電を抑制する観点では望ましい。他方、図１のように、ワイドギャップ型半導体装置の端部まで達していなくても放電の抑制を期待できる。なぜならば、第１絶縁層５１の効果と、第２絶縁層５２によって第１電極１０と第２電極２０との間の放電を抑える効果だけでも放電を大幅に抑制できるからである。なお、一例として第２絶縁層５２がワイドギャップ型半導体装置の端部まで達する設計で、かつ粘性の大きいポリイミド樹脂を用いる場合、ダイシング分割の際、装置をチョコ停止させる原因となる。このため、生産性を考慮すると第２絶縁層５２はワイドギャップ型半導体装置の端部まで達していない方がよい場合もある。この点、第２絶縁層５２に適用する材質や、ダイシング分割の方法によって適宜選択できる。なお、第１絶縁層５１は第１電極１０と炭化ケイ素半導体装置の端部との間で放電が発生しない程度まで延びていれば足りる。このため、わずかに第１絶縁層５１が設けられていない領域が炭化ケイ素半導体装置の端面近辺に存在してもよい。
なお、一例ではあるが、ｎ型半導体基板３１の不純物濃度（例えば窒素濃度）は５×１０１７ｃｍ−３〜５×１０１９となり、ｎ型半導体層３２の不純物濃度は１×１０１５〜１×１０１８ｃｍ−３となってもよい。また、ｎ型半導体基板３１は例えば３０μ〜４００μｍの厚さとなり、ｎ型半導体層３２は例えば３μｍ〜２０μｍの厚さとなってもよい。また、第１電極１０は、複数種類の金属を用いた積層構造となっていてもよく、例えば０．５μｍの厚さであるチタンと、当該チタンの上に設けられた例えば３μｍの厚さのアルミニウムとを有してもよい。また、アルミニウムの上にニッケルを設けてもよい。
本実施の形態の第１電極１０とｎ型半導体層３２とはショットキー接合を形成している。しかしながら、これに限られることはなく、変形例としては、第１電極１０’とｎ型半導体層３２又はｐ型領域４１，４２とがオーミック接合を形成してもよい。図３に示す態様では、後述する高濃度ｐ型領域４１が第１電極１０’の下方に位置しており、高濃度ｐ型領域４１と第１電極１０’とがオーミック接合を形成している。また、図７に示すように、ｎ型半導体層３２内に島領域を形成するようにして島状ｐ型領域５９が形成されてもよく、このｐ型領域と第１電極１０とはオーミック接合を形成し、ｎ型半導体層３２と第１電極１０とはショットキー接合を形成するようになっていてもよい。
本実施の形態では、第１電極１０の一部又は全体を連続的又は断続的に取り囲むようにして、１つの第２電極２０が設けられてもよい（図５参照）。つまり、本実施の形態では複数の第２電極２０が設けられてはおらず、１つの第２電極２０だけが設けられてもよい。もちろん、複数の第２電極２０が設けられてもよく、複数の第２電極２０が設けられる場合には、一の第２電極２０の一部又は全体を別の第２電極２０が連続的又は断続的に取り囲むようにして設けられてもよい。また、複数の第２電極２０は中心部から等間隔に設けられてもよいし、徐々に間隔が狭まるようにして設けられてもよいし、徐々に間隔が広がるようにして設けられてもよい。
第１電極１０の一部を第２電極２０が取り囲む場合には、第２電極２０によって取り囲まれない部分が発生する。他方、第１電極１０の全部を第２電極２０が取り囲む場合には、第１電極１０の全てが連続的に取り囲まれることになる。本実施の形態において、第１電極１０の全てを第２電極２０が連続的に取り囲むというのは、図５に示すように、平面図において（図１の上方から見た場合において）、第１電極１０の全てを第２電極２０が連続的に取り囲んでいることを意味する。図５では、説明の便宜上、第１電極１０、第２電極２０及び後述する第１絶縁層５１だけを示しており、第２絶縁層５２、第３絶縁層５３等は示していない。なお、図５では、第２電極２０が略矩形状となって略矩形状の第１電極１０を取り囲んでいるが、これに限られることはなく、第２電極２０は例えば略円形状となって第１電極１０を取り囲んでもよい。
本実施の形態では、ｐ型領域４１，４２の端部と、第２電極２０とｎ型半導体層３２との間の接触面の端部との間の距離Ｘ（図１等参照）は、理論的な空乏層幅より大きくなっていてもよい。理論的な空乏層幅としては、例えば、
Figure 2017033216
を挙げることができる。距離Ｘを理論的な空乏層幅よりも大きくする場合には、距離Ｘを上記（式１）で得られる値の１．５倍〜２倍以上の大きさとしてもよい。なお、（式１）において、εｓは半導体の誘電率であり、Ｖｂｉは内蔵電位であり、Ｎｄはドナー濃度である。
本実施の形態の第２電極２０は、図２に示すように、第１絶縁層５１上に平面方向で突出した突出部２０ａを有してもよい。この突出部２０ａの幅Ｗ２は、例えば、第２電極２０とｎ型半導体層３２との接触面の幅Ｗ１の１倍よりも大きく１．５倍以下となり、より好ましくは１．１倍以上１．３倍以下となっている。もちろん、この突出部２０ａは設けられなくてもよく、この場合には、第２電極２０の縦断面における形状は略矩形状となる。
図１に示すように、本実施の形態のｐ型領域４１，４２は、高濃度ｐ型領域４１と、高濃度ｐ型領域４１よりもｐ型不純物濃度が低い低濃度ｐ型領域４２とを有している。高濃度ｐ型領域４１は低濃度ｐ型領域４２よりも第１電極１０側に位置しており、高濃度ｐ型領域４１を取り囲むようにして低濃度ｐ型領域４２が設けられている。また、低濃度ｐ型領域４２の深さは高濃度ｐ型領域４１の深さよりも深くなっている。低濃度ｐ型領域４２の幅は高濃度ｐ型領域４１の幅よりも広くなっている。前述した本実施の形態における距離Ｘは、低濃度ｐ型領域４２の端部（図１における低濃度ｐ型領域４２の右端）と、第２電極２０とｎ型半導体層３２との間の接触面の端部（図１における当該接触面の左端部）との間の距離を意味している。
図１に示すように、本実施の形態では、第１電極１０の周縁部は段形状部１１を有している。この段形状部１１は第１絶縁層５１上に載るように設けられている。また、第２絶縁層５２の第１電極１０側の端部（図１の左側端部）は段形状部１１の少なくとも一部を覆うようにして設けられている。
本実施の形態の炭化ケイ素半導体装置は、ｎ型半導体基板３１の裏面側（図１の下方側）に、裏面側電極であるオーミック電極８０を有している。このオーミック電極８０はｎ型半導体基板３１とオーミック接合を形成している。オーミック電極８０は例えばニッケルの単層構造となってもよいし、ニッケルとチタンを含む多層構造からなってもよい。
≪製造方法≫
次に、上述した構成からなる炭化ケイ素半導体装置の製造方法の概略を説明する。ここでは第１電極１０も第１導電型半導体層３２とショットキー接合を形成する態様について説明するが、あくまでも一例であることには留意が必要である。
まず、高濃度のｎ型半導体基板３１を準備する（図８（ａ）参照）。
次に、高濃度のｎ型半導体基板３１上に、エピタキシャル成長によって低濃度のｎ型半導体層３２を形成する（図８（ａ）参照）。
次に、低濃度ｐ型領域４２及び高濃度ｐ型領域４１を含むｐ型領域４１，４２を形成する（図８（ｂ）参照）。このようにｐ型領域４１，４２を形成し活性化する際には、周知の方法を用いることができる。一例としては、以下に述べるような方法を用いることができる。まず、ｐ型領域４１，４２に対応する部分に開口を有するマスクを形成する。その後、当該マスクを介して、ｎ型半導体層３２の所定部位にｐ型不純物イオン（例えば、アルミニウムイオン）を、多段階に分けて、比較的高エネルギー量でかつ比較的少量打ち込む。その後、マスクを除去する。次に、高濃度ｐ型領域４１に対応する部分に開口を有するマスクを形成する。その後、当該マスクを介してｎ型半導体層３２の所定部位にｐ型不純物イオン（例えば、アルミニウムイオン）を、多段階に分けて、比較的低エネルギー量でかつ多量打ち込む。その後、マスクを除去する。そして、例えば１６００℃以上の温度に加熱することでｐ型不純物を活性化させる。
次に、ｎ型半導体層３２及びｐ型領域４１，４２上に第１絶縁層５１を設ける。その後で、第１絶縁層５１のうち、一部が第２導電型領域４１，４２上に位置し残部が第１導電型半導体層３２上に位置する位置に第１電極用開口部５１ａを形成し、第１電極用開口部５１ａと炭化ケイ素半導体装置の端部との間に第２電極用開口部５１ｂを形成する（図８（ｂ）参照）。この際には、第１電極用開口部５１ａと第２電極用開口部５１ｂの両方を同時に、つまり同じ処理工程で形成する。このため、第１電極用開口部５１ａを形成する工程と別の工程を設けることなく、第２電極用開口部５１ｂを形成することができる。また、このように第１電極用開口部５１ａ及び第２電極用開口部５１ｂを形成する際には、例えば緩衝フッ酸を用いることができる。
次に、第１電極用開口部５１ａ内に第１電極１０を設け、第２電極用開口部５１ｂ内に第２電極２０を設ける（図８（ｃ）参照）。このように第１電極１０及び第２電極２０を設ける際にも、周知の方法を用いることができる。一例を挙げると、チタン、ニッケル及び／又はアルミニウム等を含む電極が、例えば蒸着、化学気相成長法（ＣＶＤ法）、塗布・コーティング法、電気メッキ法等によって設けられる。この際、第２電極２０は突出部２０ａを有するようにして形成され、また、第１電極１０は、その周縁部に段形状部１１を有するようにして形成される。
次に、第１絶縁層５１上に第３絶縁層５３が設けられる（図８（ｄ）参照）。その後で、第１電極１０の段形状部１１の一部（周縁部）、第３絶縁層５３の全部及び第２電極２０の全部を覆うようにして第２絶縁層５２が設けられる。
ｎ型半導体基板３１の下面（裏面）にはオーミック電極８０が形成される（図８（ｄ）参照）。この際にも周知の方法を用いてオーミック電極８０を形成することができ、例えば、ニッケル及び／又はチタン等を含む金属が、例えば蒸着、化学気相成長法（ＣＶＤ法）、塗布・コーティング法、電気メッキ法等によって設けられる。
第１電極１０及び第２電極２０の各々はｎ型半導体層３２とがショットキー接合を形成するように、前述した工程内の適宜のタイミングかつ所定の温度（例えば５００℃）で加熱処理が行われる。また、ｎ型半導体基板３１の下面（裏面）とオーミック電極８０とがオーミック接合を形成するように、前述した工程内の適宜のタイミングかつ所定の温度（例えば１０００℃以上）で加熱処理が行われる。
《作用・効果》
次に、上述した構成からなる本実施の形態による作用・効果について説明する。
本実施の形態によれば、図１に示すように絶縁層５１，５２，５３が炭化ケイ素半導体装置の端部まで延びていることから第１電極１０と炭化ケイ素半導体装置の端部との間で放電が発生することを防止できる。
また、第１電極１０と炭化ケイ素半導体装置の端部との間に第２電極２０が設けられ、当該第２電極２０とｎ型半導体層３２とがショットキー接合を形成しているので、当該位置において電子がトラップされずバンドが持ち上がらないので、「反転層」が形成されない（図６（ｂ）参照）。その結果として漏れ電流を小さくすることができる。
この点、第２電極２０を設ける代わりにｎ型不純物濃度の高い高濃度ｎ型半導体領域を設けることで、漏れ電流を防止することも考えられる。しかしながら、このような高濃度ｎ型半導体領域を設ける場合には、ワイドギャップ型半導体専用（例えば炭化ケイ素専用）のイオン注入装置が必要となり大きな投資が必要となることから、製造コストが高くかかってしまう。
また、第１電極１０もｎ型半導体層３２とショットキー接合を形成する場合には、第１電極１０と第２電極２０とを同じ材料とすることができるだけではなく、第１電極１０と第２電極２０とを同時に形成することができる。このため、製造工程を新たに設けることがなく、製造コストをより一層低く抑えることができる。
本実施の形態の第２電極２０が第１電極１０を取り囲むようにして設けられた場合には（図５参照）、上述したショットキー接合を、第１電極１０を取り囲むようにして形成することができ、バンドを第１電極１０の周りで持ち上がらない点で有益である。複数の第２電極２０を設けた場合には、各第２電極２０において上述したショットキー接合を形成でき、より確実に漏れ電流を小さくすることができる。なお、第２電極２０が１つだけ設けられるような場合であっても、漏れ電流を小さくする効果として十分なものを得ることを期待できることには留意が必要である。また、このように第２電極２０の数を１つとすることで製造コストを抑えるとともに半導体装置の平面方向の大きさが大きくなることを抑えることもできる。
また、状況によっては、第２電極２０は、第１電極１０を取り囲むようにして断続的に設けられてもよいし、第１電極１０の一部のみを取り囲むようにして設けられてもよい。
また、図１に示すｐ型領域４１，４２の端部と第２電極２０と第１導電型半導体層３２との間の接触面の端部との間の距離Ｘを理論的な空乏層幅より大きくすることで、一般的なガードリングとは異なる効果を得ることができる。仮に第２電極２０をガードリングとして機能させるのであれば、空乏層を繋げてアノード電位を徐々に小さくすることによって電界を緩和するために、上記距離Ｘは空乏層幅以下となるようにして設計される。しかしながら、本実施の形態の第２電極２０は、空乏層を繋げることを目的とはしていない。そもそも伸びた空乏層が第２電極２０を超えてしまうと、第２電極２０によって反転チャネルを抑制する効果が十分に発揮されないことになってしまう。このため、本実施の形態では、上記距離Ｘが理論的な空乏層幅より大きくなるようにして設計される。
製造誤差やその他の要因も鑑みると、距離Ｘを
Figure 2017033216
で得られる値の１．５倍〜２倍以上の大きさとしてもよい。このような態様を採用することで、予期せず空乏層が繋がってしまうということを防止することができる。例えば、定格電圧１２００Ｖの炭化ケイ素ショットキーバリアダイオードの場合、Ｎｄが０．８×１０１６ｃｍ−３だとして、定格電圧１２００Ｖを印加する場合は、距離Ｘは最低でも１２．９μｍは必要である。このような場合には、予期せず空乏層が繋がってしまうということを防止する観点から、距離Ｘを２０μｍ程度に設計することが考えられる。
また、第２電極２０は、図４に示すように、炭化ケイ素半導体装置の端部に設けられてもよい。このような態様を採用することで、距離Ｘを大きくとることができ、空乏層が繋がってしまうということをより確実に防止することができる。
逆電圧をかけた場合には、第２電極２０とｎ型半導体層３２との接触面の端に電界が集中してかかることになる。
本件発明者らの研究によれば、逆電圧をかけた場合には、炭化ケイ素半導体装置の端面（図１の右端面）と内側に入り込んだ領域（図１において第２電極２０が設けられる領域）との間には電位差（残留電位差）が発生することが分かっている。このため、この電位差が原因となって第２電極２０に不具合が発生する可能性が危惧される。この点、第２電極２０が第１絶縁層５１上に平面方向で突出した突出部２０ａを有している場合には（図２参照）、この突出部２０ａによって、第２電極２０と第１導電型半導体層３２との間の接触面の端部に発生する電界集中を緩和することができる点で有益である。このように第２電極２０と第１導電型半導体層３２との間の接触面の端部に発生する電界集中を効率よく緩和するためには、突出部２０ａの幅Ｗ２が第２電極２０とｎ型半導体層３２との接触面の幅Ｗ１の１．１倍以上１．３倍以下となっていることが好ましい。
第２電極２０が絶縁層５１，５２，５３で完全に覆われる場合には、第２電極２０が表面に露出しないことになるので、第１電極１０と第２電極２０との間で放電が発生することを防止できる。また、第２電極２０を第１絶縁層５１とは異なる第２絶縁層５２で覆うことで、第１電極１０を設けた後で第１電極１０を覆うことができることから、その製造が容易になり、製造コストを抑えることもできる。
第２の実施の形態
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
第２の実施の形態では、第２電極２０の下方に、ｐ型電界緩和領域２１，２２（請求の範囲の「第２導電型電界緩和領域」に該当する）の少なくとも一部が設けられている態様となっている。このｐ型電界緩和領域２１，２２は、図９に示すように、１種類の領域からなってもよい。しかしながら、これに限られることはなく、ｐ型電界緩和領域２１，２２は２種類以上の領域から構成されてもよい。一例としては、図１０に示すように、ｐ型電界緩和領域２１，２２は、高濃度ｐ型電界緩和領域２１（請求の範囲の「高濃度第２導電型電界緩和領域」に該当する）と、高濃度ｐ型電界緩和領域２１よりもｐ型不純物濃度が低い低濃度ｐ型電界緩和領域２２（請求の範囲の「低濃度第２導電型電界緩和領域」に該当する）とを含んでもよい。そして、高濃度ｐ型電界緩和領域２１は、低濃度ｐ型電界緩和領域２２の内側に位置してもよい。この「内側」というのは、図１０に示すように第２電極２０側のことを意味する。また、低濃度ｐ型電界緩和領域２２の深さは高濃度ｐ型電界緩和領域２１よりも深くなっていてもよいし、低濃度ｐ型電界緩和領域２２の幅は高濃度ｐ型電界緩和領域２１の幅より広くなっていてもよい。
ｐ型電界緩和領域２１，２２は第２電極２０の下方の全ての領域に連続的に設けられてもよい（図５参照）。また、これに限られることはなく、ｐ型電界緩和領域２１，２２は第２電極２０の下方の全ての領域に断続的に設けられてもよい。また、ｐ型電界緩和領域２１，２２は第２電極２０の下方の領域の一部のみに設けられてもよい。
第２の実施の形態において、その他の構成は、第１の実施の形態と略同一の態様となっている。
本実施の形態でも、第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。より具体的には、第１の実施の形態で達成できた効果に加え、以下に示すような効果も得ることができる。
前述したように、逆電圧をかけた場合には、炭化ケイ素半導体装置の端面と内側に入り込んだ領域との間には残留電位差が発生することが分かっている。このため、この電位差が原因となって第２電極２０に不具合が発生する可能性が危惧される。
この点、本実施の形態では、第２電極２０の下方にｐ型電界緩和領域２１，２２が設けられていることから、第２電極２０に加わる電界を緩和することができ、ひいては、第２電極２０に不具合が発生することを防止することができる。また、ｐ型電界緩和領域２１，２２が、高濃度ｐ型電界緩和領域２１と、当該高濃度ｐ型電界緩和領域２１の内側に設けられた低濃度ｐ型電界緩和領域２２とを含んでいる場合には、より効率的に第２電極２０に加わる電界を緩和することができ、高い電位差（残留電位差）に耐えることができる。なお、残留電位差に対する耐久力は、第１の実施の形態で述べた「突出部２０ａ」を設けた場合よりも大きくなる。
なお、ｐ型電界緩和領域２１，２２はｐ型領域４１，４２と同じタイミングで形成することができるので、製造コストを上げることなく形成することができる点で有益である。より具体的には、高濃度ｐ型領域４１を形成する際に高濃度ｐ型電界緩和領域２１を形成し、低濃度ｐ型領域４２を形成する際に低濃度ｐ型電界緩和領域２２を形成することもできる。そして、高濃度ｐ型領域４１と高濃度ｐ型電界緩和領域２１とは概ね同じ深さとなるようにして形成され、低濃度ｐ型領域４２と低濃度ｐ型電界緩和領域２２とはは概ね同じ深さとなるようにして形成されてもよい。このような態様を用いることで、ｐ型電界緩和領域２１，２２が設けられていない態様と同程度の製造コストで、ｐ型電界緩和領域２１，２２を設けることができる点で有益である。
最後になったが、上述した各実施の形態の記載、変形例の記載及び図面の開示は、請求の範囲に記載された発明を説明するための一例に過ぎず、上述した実施の形態の記載又は図面の開示によって請求の範囲に記載された発明が限定されることはない。
１０ 第１電極
２０ 第２電極
２０ａ 突出部
２１ 高濃度ｐ型電界緩和領域（高濃度第２導電型電界緩和領域）
２２ 低濃度ｐ型電界緩和領域（低濃度第２導電型電界緩和領域）
３１ 第１導電型半導体基板
３２ 第１導電型半導体層
４１ 高濃度ｐ型領域（高濃度第２導電型領域）
４２ 低濃度ｐ型領域（低濃度第２導電型領域）
５１ 第１絶縁層（絶縁層）
５２ 第２絶縁層（絶縁層）
５３ 第３絶縁層（絶縁層）
５９ 島状ｐ型領域
８０ オーミック電極

Claims (11)

  1. ワイドギャップ型半導体装置において、
    第１導電型半導体層と、
    前記第１導電型半導体層上に設けられた第２導電型領域と、
    一部が第２導電型領域上に位置し、残部が前記第１導電型半導体層上に位置する第１電極と、
    前記第１導電型半導体層上であって前記第１電極に隣接して設けられ、前記ワイドギャップ型半導体装置の端部まで延びた絶縁層と、
    前記第１電極と前記ワイドギャップ型半導体装置の端部との間に設けられ、前記第１導電型半導体層とショットキー接合を形成する第２電極と、
    を備えたことを特徴とするワイドギャップ型半導体装置。
  2. 前記第１電極の一部又は全体を連続的又は断続的に取り囲むようにして、１つの前記第２電極が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のワイドギャップ型半導体装置。
  3. 前記第２導電型領域の端部と、前記第２電極と第１導電型半導体層との間の接触面の端部との間の距離は、理論的な空乏層幅より大きくなっていることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載のワイドギャップ型半導体装置。
  4. 前記絶縁層は、前記第１導電型半導体層上に設けられた第１絶縁層を有し、
    前記第２電極は、前記第１絶縁層上に平面方向で突出した突出部を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のワイドギャップ型半導体装置。
  5. 前記絶縁層は、前記第１導電型半導体層上に設けられた第１絶縁層と、前記第１絶縁層上に設けられ、前記第２電極を完全に覆う第２絶縁層とを有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のワイドギャップ型半導体装置。
  6. 前記第２電極は、前記ワイドギャップ型半導体装置の端部上には設けられていないことを特徴とする請求項５に記載のワイドギャップ型半導体装置。
  7. 前記第２電極の下方に第２導電型電界緩和領域の少なくとも一部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のワイドギャップ型半導体装置。
  8. 前記第２導電型電界緩和領域は、高濃度第２導電型電界緩和領域と、前記高濃度第２導電型電界緩和領域よりも第２導電型不純物濃度が低い低濃度第２導電型電界緩和領域とを含み、
    前記高濃度第２導電型電界緩和領域が、前記低濃度第２導電型電界緩和領域の内側に位置することを特徴とする請求項７に記載のワイドギャップ型半導体装置。
  9. ワイドギャップ型半導体装置の製造方法において、
    第１導電型半導体層上に第２導電型領域を設けることと、
    一部が第２導電型領域上に位置し、残部が前記第１導電型半導体層上に位置するように第１電極を設けることと、
    前記第１電極と前記ワイドギャップ型半導体装置の端部との間に、前記第１導電型半導体層とショットキー接合を形成する第２電極を設けることと、
    前記第１導電型半導体層上であって前記第１電極に隣接して設けられ、前記ワイドギャップ型半導体装置の端部まで延びた絶縁層を設けることと、
    を備えたことを特徴とするワイドギャップ型半導体装置の製造方法。
  10. 前記第１電極を設ける際に前記第２電極を設け、
    前記第１電極は前記第１導電型半導体層とショットキー接合を形成することを特徴とする請求項９に記載のワイドギャップ型半導体装置の製造方法。
  11. 前記第２導電型領域を設ける際に第２導電型電界緩和領域を設け、
    前記第２導電型電界緩和領域の少なくとも一部の上方に前記第２電極が設けられることを特徴とする請求項９又は１０のいずれかに記載のワイドギャップ型半導体装置の製造方法。
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