WO2016071969A1 - 半導体素子 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor element, and more particularly to a technique for improving reverse surge resistance.
  • a diode which is an example of a semiconductor element, for example, a Schottky barrier diode (hereinafter sometimes referred to as SBD) is a semiconductor element that uses a rectifying action of a Schottky barrier in which a semiconductor layer and a metal layer are joined by a Schottky junction. .
  • SBD Schottky barrier diode
  • the SBD can operate at a higher speed than a general pn junction diode and has a characteristic that a forward voltage drop is small.
  • the reverse voltage applied from the n-type semiconductor layer toward the metal layer increases the breakdown voltage upper limit (reverse breakdown voltage characteristic) of the SBD. It may exceed. If the reverse voltage exceeds the upper limit of the withstand voltage, there is a concern that the characteristics of the SBD deteriorate.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing an example of a conventional Schottky barrier diode.
  • the Schottky barrier diode 1 shown in FIG. 7 includes a semiconductor substrate 2 that is an n-type semiconductor, for example.
  • the semiconductor substrate 2 is made of, for example, SiC (silicon carbide).
  • a metal layer 3 is formed on one main surface 2 a side of the semiconductor substrate 2 so as to be electrically connected to a part of the guard ring 6.
  • the metal layer 3 is Schottky bonded to the semiconductor substrate 2 by having a part of the bottom surface 3 a in contact with the guard ring 6 and the other part in contact with the one main surface 2 a.
  • the guard ring 6 includes a p + type semiconductor portion 6a and a p ⁇ type semiconductor portion 6b having different impurity concentrations.
  • the p ⁇ type semiconductor portion 6b is formed so as to cover the side surface and the bottom surface of the p + type semiconductor portion 6a.
  • the portion of the p + -type semiconductor portion 6a exposed to the one main surface 2a side of the semiconductor substrate 2 and the portion of the p ⁇ -type semiconductor portion 6b exposed to the one main surface 2a side of the semiconductor substrate 2 Are in contact with part of the bottom surface 3 a of the metal layer 3.
  • Non-Patent Document 1 As a configuration different from the diode shown in FIG. 7, for example, there is a Schottky barrier diode shown in Non-Patent Document 1. In this non-patent document 1, there is a description regarding improvement of reverse surge resistance.
  • An object of the present invention is to improve the reverse surge resistance of a Schottky junction in a semiconductor element, for example, a Schottky barrier diode, by a configuration different from the above-described technique.
  • a semiconductor element includes a semiconductor substrate having a first conductivity type, and the first conductivity type formed on a part of one main surface of the semiconductor substrate. Is a first part that is the second conductivity type of the reverse conductivity type, and a conductivity that is electrically connected to a part of the first part and is Schottky-bonded to one main surface side of the semiconductor substrate.
  • the first part consists of a first concentration part and a second concentration part having different impurity concentrations from each other,
  • the first concentration part and the second concentration part are formed on a part of one main surface side of the semiconductor substrate, and the side surfaces of the first concentration part and the second concentration part are in contact with each other,
  • a third part formed so as to be in electrical contact with a part of the second part and in contact with the side surface of the first part and the bottom surface coupled thereto,
  • the third part is an intrinsic part and has a higher electrical resistance value than the first part.
  • the first concentration portion and the second concentration portion may be in contact with the entire one side surface and a part of the other side surface.
  • the semiconductor substrate is an n-type semiconductor
  • the first concentration portion is a p + type semiconductor
  • the second concentration portion is a p ⁇ type semiconductor
  • the first concentration portion is a p ⁇ type semiconductor.
  • the three sites may be a p-type semiconductor, an n-type semiconductor, or an i-type semiconductor.
  • a semiconductor element having a first conductivity type semiconductor substrate and a first conductivity type opposite to the first conductivity type formed on a part of the main surface of the semiconductor substrate.
  • a first part that is of a two-conductivity type, and a conductive second part that is electrically connected to a part of the first part and is Schottky joined to one main surface of the semiconductor substrate.
  • a semiconductor element, The first portion includes a first concentration portion and a second concentration portion having different impurity concentrations, and the first concentration portion and the second concentration portion are formed on a part of one main surface side of the semiconductor substrate.
  • the third part is the first conductivity type or the second conductivity type, and has an impurity concentration lower than that of the semiconductor substrate or the first part.
  • the semiconductor substrate may be an n-type semiconductor, and the impurity concentration of the third region may be lower than that of the semiconductor substrate.
  • a semiconductor element having a first conductivity type semiconductor substrate and a first conductivity type opposite to the first conductivity type formed on a part of the main surface of the semiconductor substrate.
  • the semiconductor substrate is made of silicon carbide, A third portion formed so as to be in contact with a side surface of the first portion and a bottom surface coupled to the first portion so as to be electrically connected to a part of the second portion;
  • the third portion is the first conductivity type or the second conductivity type, and the impurity concentration is greater than 0 and in a range of 1 ⁇ 10 14 cm ⁇ 3 or less.
  • the third part composed of the intrinsic part having a higher electric resistance value than the first part was formed so as to be in contact with the side surface of the first part and the bottom surface connected to the first part.
  • the electrical resistance value of the semiconductor substrate in the portion where the Schottky junction is formed can be made smaller than the electrical resistance value of the semiconductor substrate in the portion where the third part is formed. Therefore, the surge current can be surely passed toward the Schottky junction portion having a smaller electrical resistance value. As a result, it is possible to improve the reverse surge resistance of the semiconductor element.
  • the third part is formed so as to be electrically connected to a part of the second part and to be in contact with the side surface of the first part and the bottom surface connected thereto.
  • the impurity concentration of the part was made lower than the impurity concentration of the semiconductor substrate or the first part.
  • the electrical resistance value of the semiconductor substrate in the portion where the Schottky junction is formed can be made smaller than the electrical resistance value of the semiconductor substrate in the portion where the third part is formed. Therefore, the surge current can be surely passed toward the Schottky junction portion having a smaller electrical resistance value. As a result, it is possible to improve the reverse surge resistance of the semiconductor element.
  • the semiconductor substrate is made of silicon carbide, and is electrically connected to a part of the second part, and the side face of the first part and the bottom face connected to the side part
  • a third part was formed so as to be in contact, and the third part was made the first conductivity type or the second conductivity type, and the impurity concentration was made larger than 0 and not more than 1 ⁇ 10 14 cm ⁇ 3 .
  • the electrical resistance value of the semiconductor substrate in the portion where the Schottky junction is formed can be made smaller than the electrical resistance value of the semiconductor substrate in the portion where the third part is formed. Therefore, the surge current can be surely passed toward the Schottky junction portion having a smaller electrical resistance value. As a result, it is possible to improve the reverse surge resistance of the semiconductor element.
  • the present invention is not limited to the following examples. Also, in the description using the following drawings, it should be noted that the drawings are schematic and the ratio of each dimension and the like are different from the actual ones, and are necessary for the description for easy understanding. Illustrations other than the members are omitted as appropriate.
  • the cross-sectional thickness direction of the diode is defined as the Z-axis direction
  • the plane directions orthogonal to the Z-axis direction are defined as the X-axis direction and the Y-axis direction.
  • a Schottky barrier diode which is an example of a semiconductor element described in this embodiment, will be described.
  • a metal layer (barrier metal) is formed on one main surface of a semiconductor substrate made of an n-type semiconductor. This metal layer is Schottky bonded to the semiconductor substrate.
  • a guard ring is provided on one main surface side of the peripheral region of the semiconductor substrate so as to surround the peripheral portion of the metal layer in an annular shape.
  • the Schottky barrier diode described as an example of the semiconductor element of the present invention described below is one in the peripheral region of the Schottky barrier diode including the guard ring (p-type RESURF layer) in the entire configuration of the Schottky barrier diode described above.
  • a configuration example will be described. Therefore, the configuration on the center side of these peripheral regions is not particularly limited.
  • an intrinsic (intrinsic) site means a semiconductor region that contains no dopant (impurities) or has a dopant concentration that is one digit or more lower than that of a p-type semiconductor or an n-type semiconductor.
  • Examples of intrinsic sites include p--type semiconductors, n--type semiconductors, and i-type semiconductors (intrinsic semiconductors). These intrinsic sites have a specific impurity concentration range of about 0 to 1 ⁇ 10 15 cm ⁇ 3 .
  • the p-type semiconductor and the n-type semiconductor have an impurity concentration range of 1 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 or more. Due to such a difference in impurity concentration, the intrinsic part (p-type semiconductor, n--type semiconductor, i-type semiconductor) has an electric resistance value more than 10 times higher than that of the p-type semiconductor or n-type semiconductor. Become.
  • FIG. 1A is a principal portion along the Z-axis direction showing an embodiment in a peripheral region of a Schottky barrier diode which is an example of a semiconductor element according to the present invention. It is sectional drawing.
  • a Schottky barrier diode (semiconductor element) 10 according to the present embodiment includes an n-type (first conductivity type) semiconductor substrate 11 and an n formed on a part of the semiconductor substrate 11 on the main surface 11a side.
  • the semiconductor substrate is electrically connected to a p-type semiconductor portion (first portion) 14 which is a p-type (second conductivity type) opposite to the mold, and a part of the p-type semiconductor portion 14.
  • the side surface of the p-type semiconductor part 14 is electrically connected to a part of the p-type semiconductor part 14 and the conductive metal part (second part) 12 formed on the one main surface 11a side of And a high-resistance portion formed so as to be in contact with the bottom surface connected to the metal portion 12 and to be electrically connected to a part of the bottom surface of the metal portion 12 on the main surface 11a side of the semiconductor substrate 11.
  • a third part) 16 is formed so as to be in contact with both side surfaces of the p-type semiconductor portion 14 excluding the one main surface 11a side of the semiconductor substrate 11 and a bottom surface connected thereto.
  • the p-type semiconductor portion 14 includes a p + type semiconductor portion (first concentration portion) 14a and a p ⁇ type semiconductor portion (second concentration portion) 14b having different impurity concentrations.
  • a part of the semiconductor substrate 11 on the one main surface 11 a side is in contact with the metal part 12.
  • the p ⁇ type semiconductor part 14b is in contact with both side surfaces of the p + type semiconductor part 14a. Further, it is in contact with the bottom surface connected to both side surfaces.
  • a part of the p + type semiconductor portion 14 a on the main surface 11 a side of the semiconductor substrate 11 is in contact with the metal portion 12.
  • a concave part 14b1 extending from the one main surface 11a of the semiconductor substrate 11 to a predetermined depth is formed.
  • a p + type semiconductor portion 14a is formed so as to fill the concave portion 14b1.
  • One side surface 14a1 of the p + type semiconductor portion 14a is in contact with one side surface 14b2 of the concave portion 14b1 of the p ⁇ type semiconductor portion 14b.
  • the other side surface 14a2 of the p + type semiconductor portion 14a is in contact with the other side surface 14b3 of the concave portion 14b1 of the p ⁇ type semiconductor portion 14b.
  • the bottom surface 14a3 of the p + type semiconductor portion 14a is in contact with the bottom surface 14b4 of the concave portion 14b1 of the p ⁇ type semiconductor portion 14b.
  • the case where the side surface 14a1 and the side surface 14b2 where the p + type semiconductor portion 14a and the p ⁇ type semiconductor portion 14b are in contact with each other extends vertically as in the illustrated example.
  • the side surface is not limited to the case where it extends vertically, and it is sufficient that the p + type semiconductor portion 14a and the p ⁇ type semiconductor portion 14b are in contact with each other at least toward the side. Or a curved surface.
  • the bottom surface may be a region in the vicinity of the bottom of these inclined surfaces and curved surfaces.
  • Such p + type semiconductor part 14 a and p ⁇ type semiconductor part 14 b are generally formed by doping impurities from the one main surface 11 a side of the semiconductor substrate 11. Therefore, a clear interface is not always formed between the concave portion 14b1 of the p ⁇ type semiconductor portion 14b and the p + type semiconductor portion 14a.
  • the boundary between the p + type semiconductor portion 14a and the p ⁇ type semiconductor portion 14b in the cross-sectional view of FIG. 1A is indicated by a solid line, but this solid line is drawn for convenience in order to clarify the configuration of each part. It is what. Therefore, in practice, regions having different impurity concentrations spread without having a clear interface. The actual state of the regions having different impurity concentrations is the same in the later-described modified examples or embodiments, and there is actually a clear interface even though they are illustrated as lines dividing each part in the drawing. Not always.
  • the high resistance region 16 is formed so as to be in contact with both side surfaces 14b5 and 14b6 excluding the one main surface 11a side of the semiconductor substrate 11 in the p ⁇ type semiconductor portion 14b and a bottom surface 14b7 connected thereto.
  • a part of the high resistance portion 16 on the main surface 11 a side of the semiconductor substrate 11 is in contact with a part of the bottom surface 12 a of the metal portion 12.
  • the p-type semiconductor portion 14 is formed so that the bottom surface thereof is located at a predetermined depth from one main surface 11 a of the semiconductor substrate 11.
  • the high resistance portion 16 is formed such that its bottom surface is deeper in the thickness direction (Z-axis direction) of the semiconductor substrate 11 than the bottom surface of the p-type semiconductor portion 14.
  • the high resistance portion 16 is a p ⁇ type semiconductor which is an example of an intrinsic portion formed so as to have an impurity concentration lower than that of the p ⁇ type semiconductor constituting the p ⁇ type semiconductor portion 14b. Consists of The high resistance region 16 has an impurity concentration range of 1 ⁇ 10 15 cm ⁇ 3 or less.
  • the p + type semiconductor part 14a and the p ⁇ type semiconductor part 14b adjacent to the high resistance region 16 have an impurity concentration range of, for example, 1 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 or more.
  • the electrical resistance value of the high resistance region 16 can be made, for example, 10 times or more higher than the electrical resistance values of the p + type semiconductor portion 14a and the p ⁇ type semiconductor portion 14b.
  • the electrical resistance value of the semiconductor substrate 11 in the portion where the Schottky junction is made with respect to the metal portion 12 is set to be larger than the electrical resistance value of the semiconductor substrate 11 in the portion where the high resistance portion (third portion) 16 is formed. Can be small.
  • the semiconductor substrate 11 can be a SiC (silicon carbide) substrate or a Si (silicon) substrate.
  • a Schottky barrier diode configured using a SiC substrate has a very short reverse recovery time compared to a Schottky barrier diode configured using a Si substrate, and can perform high-speed switching. Since the time is small, switching loss can be reduced. Furthermore, the reverse recovery time of the Schottky barrier diode configured using the Si substrate becomes longer as the temperature rises, whereas the reverse recovery time of the Schottky barrier diode configured using the SiC substrate is Since it is almost constant without depending on temperature, switching loss does not increase even at high temperature operation. Therefore, the semiconductor substrate 11 is more useful when the SiC substrate is used than when the Si substrate is used.
  • the semiconductor substrate 11 which is an n-type semiconductor and the metal part 12 are joined by Schottky.
  • an n ⁇ type semiconductor containing a low-concentration impurity is stacked on one main surface 11a side of the semiconductor substrate 11 by epitaxial growth or the like, and this n ⁇ type semiconductor and the metal portion 12 are joined by a Schottky junction. There may be.
  • the metal portion 12 As a material constituting the metal portion 12, for example, Al (aluminum), Mo (molybdenum), Ti (titanium) and the like are known, and these metals alone or an alloy containing at least one of these metals. Is formed.
  • both sides of the p ⁇ type semiconductor portion 14b constituting the p type semiconductor portion 14 and the bottom surface connected to the p ⁇ type semiconductor portion 14b have an electric resistance value higher than that of the p ⁇ type semiconductor portion 14b.
  • the portion where the metal portion 12 and the semiconductor substrate 11 are in Schottky junction can be made smaller than the portion where the metal portion 12 is in contact with the p-type semiconductor portion 14.
  • both side surfaces of the p-type semiconductor region 14 excluding the one main surface 11a side of the semiconductor substrate 11 and the bottom surface connected to the side surface are high resistance regions. 16, the electrical resistance value of the junction part where the metal part 12 and the semiconductor substrate 11 are Schottky joined is changed to the part where the metal part 12 and the p-type semiconductor part 14 are in contact, or the metal part 12 and the high resistance part.
  • the surge current flows toward a Schottky junction having a smaller electrical resistance value.
  • the reverse surge resistance of the Schottky barrier diode 10 can be improved.
  • FIG. 1B to FIG. 1E show modified examples of the Schottky barrier diode of the first embodiment described above.
  • the same number is attached
  • a part of the bottom surface of the metal part 12 is in contact with a part of the p + type semiconductor portion 14a on the main surface 11a side of the semiconductor substrate 11.
  • the p ⁇ type semiconductor part 14 b covers the part from the lower part of the side surface on the peripheral side of the semiconductor substrate 11 to a part of the bottom surface of the p + type semiconductor part 14 a, and does not contact the metal part 12.
  • the high resistance portion 16 includes one side surface of the p + type semiconductor portion 14a and a part of the bottom surface connected thereto, a part of one side surface of the p ⁇ type semiconductor portion 14b and the whole bottom surface connected thereto, and the other side. The entire side surface is covered.
  • the volume of the p ⁇ type semiconductor portion 14b is smaller than that of the configuration shown in FIG. As a result, the range of damage received by the implantation of the dopant when forming the p ⁇ type semiconductor portion 14b can be narrowed, and the occurrence of the disorder of the crystal structure can be reduced.
  • a part of the bottom surface of the metal portion 12 is in contact with a part of the p + type semiconductor portion 14a on the main surface 11a side of the semiconductor substrate 11.
  • a p ⁇ type semiconductor part 14b is formed on one main surface 11a side of the semiconductor substrate 11 so as to be in contact with a part of the side surface of the p + type semiconductor part 14a.
  • the p ⁇ type semiconductor portion 14b is formed on the peripheral side of the semiconductor substrate 11 with respect to the p + type semiconductor portion 14a, and does not contact the metal part 12 and the bottom surface of the p + type semiconductor portion 14a.
  • the p ⁇ type semiconductor part 14b is formed to be thinner than the p + type semiconductor part 14a.
  • the high resistance region 16 includes one side surface of the p + type semiconductor portion 14a and the entire bottom surface connected to the p + type semiconductor portion 14a and a part of the other side surface connected thereto, the entire bottom surface of the p ⁇ type semiconductor portion 14b and the entire other side surface. Each is configured to cover.
  • the p ⁇ type semiconductor part 14b is formed to be thinner than the p + type semiconductor part 14a, the depth of damage received by the implantation of the dopant when forming the p ⁇ type semiconductor part 14b.
  • the range of directions can be narrowed to reduce the occurrence of disorder of the crystal structure.
  • a part of the bottom surface of the metal portion 12 is in contact with a part of the p + type semiconductor portion 14a on the main surface 11a side of the semiconductor substrate 11.
  • a p ⁇ type semiconductor part 14b is formed on one main surface 11a side of the semiconductor substrate 11 so as to be in contact with a part of the side surface of the p + type semiconductor part 14a.
  • the p ⁇ type semiconductor portion 14b is formed on the peripheral side of the semiconductor substrate 11 with respect to the p + type semiconductor portion 14a, and does not contact the metal part 12 and the bottom surface of the p + type semiconductor portion 14a.
  • the p ⁇ type semiconductor part 14b is formed to be thicker than the thickness of the p + type semiconductor part 14a.
  • the high resistance region 16 includes one side surface of the p + type semiconductor portion 14a and the entire bottom surface connected thereto, a part of one side surface of the p ⁇ type semiconductor portion 14b, the entire bottom surface connected thereto, and the other side surface. , Each is configured to cover.
  • the thickness of the p ⁇ type semiconductor portion 14b can be kept larger than the thickness of the p + type semiconductor portion 14a. It is possible to prevent the leakage current from being increased by reducing the thickness of the portion 14b more than necessary. Further, when the p ⁇ type semiconductor portion 14b is formed to be thicker than the p + type semiconductor portion 14a, the leakage current in the peripheral region of the semiconductor substrate 11 can be further reduced.
  • the semiconductor substrate 11 is made of SiC.
  • a p-type semiconductor portion 14 is formed on a part of the main surface 11a side of the semiconductor substrate 11. Further, a part of the bottom surface of the metal portion 12 is in contact with a part of the p + type semiconductor portion 14a on the main surface 11a side of the semiconductor substrate 11.
  • the p-type semiconductor portion 14 is formed so as not to contact the periphery of the semiconductor substrate 11. Then, both side surfaces of the p-type semiconductor portion 14 excluding the one main surface 11a side of the semiconductor substrate 11 and the entire bottom surface connected to the both sides are covered with the high resistance portion 16.
  • the high resistance portion 16 is formed so that the impurity concentration is greater than 0 and in the range of 1 ⁇ 10 14 cm ⁇ 3 or less.
  • the p-type semiconductor portion 14 is constituted by one part without being divided into a p-type semiconductor and a p + -type semiconductor.
  • the impurity concentration of the p-type semiconductor portion 14 in this embodiment may be the same as that of the p-type semiconductor, for example.
  • the manufacturing process can be simplified by configuring the p-type semiconductor portion 14 with a single portion instead of a plurality of portions with different impurity concentrations.
  • the range in which the dopant is implanted becomes small, the occurrence of disorder of the crystal structure and the like can be reduced.
  • FIG. 2A is a cross-sectional view of the main part in the peripheral region of the Schottky barrier diode according to the present invention.
  • a Schottky barrier diode 20 according to the second embodiment includes an n-type semiconductor substrate 11 and a p-type having a conductivity type opposite to that of the n-type formed on a part of the main surface 11a of the semiconductor substrate 11.
  • the p-type semiconductor portion 14 is formed so as to be electrically connected to a part of the p-type semiconductor portion 14 so as to be in contact with the side surface of the p-type semiconductor portion 14 and the bottom surface connected to the side surface.
  • at least a high resistance portion 17 formed so as to be electrically connected to a part of the bottom surface of the metal portion 12.
  • the high resistance portion 17 is provided on the p-type semiconductor portion 14 of the semiconductor substrate 11.
  • One main surface 11a side It is formed in contact with the sides and bottom connecting thereto excluding.
  • the p-type semiconductor portion 14 includes a p + type semiconductor portion 14a and a p ⁇ type semiconductor portion 14b having different impurity concentrations.
  • a part of the semiconductor substrate 11 on the one main surface 11 a side is in contact with the metal part 12.
  • the p + type semiconductor part 14a is formed so as to be in contact with both side surfaces of the p + type semiconductor part 14a excluding the one main surface 11a side of the semiconductor substrate 11 and a bottom surface connected thereto.
  • a part of the p + type semiconductor portion 14 a on the main surface 11 a side of the semiconductor substrate 11 is in contact with the metal portion 12.
  • the high resistance portion 17 is formed so as to be in contact with both side surfaces of the p ⁇ type semiconductor portion 14b excluding the one main surface 11a side of the semiconductor substrate 11 and a bottom surface connected thereto. In addition, a part of the high resistance portion 17 on the main surface 11 a side of the semiconductor substrate 11 is in contact with a part of the bottom surface of the metal portion 12.
  • the p-type semiconductor portion 14 is formed so that the bottom surface thereof is located at a predetermined depth from one main surface 11 a of the semiconductor substrate 11.
  • the high resistance portion 17 is formed such that its bottom surface is deeper in the thickness direction (Z-axis direction) of the semiconductor substrate 11 than the bottom surface of the p-type semiconductor portion 14.
  • the high resistance portion 17 is a p ⁇ type semiconductor which is an example of an intrinsic portion formed to have a lower impurity concentration than the p ⁇ type semiconductor constituting the p ⁇ type semiconductor portion 14b. Consists of The high resistance region 17 has an impurity concentration range of 1 ⁇ 10 15 cm ⁇ 3 or less.
  • the p + type semiconductor part 14a and the p ⁇ type semiconductor part 14b adjacent to the high resistance region 17 have an impurity concentration range of, for example, 1 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 or more. Due to such a difference in impurity concentration, the electrical resistance value of the high resistance region 16 can be made, for example, 10 times or more higher than the electrical resistance values of the p + type semiconductor portion 14a and the p ⁇ type semiconductor portion 14b.
  • the semiconductor substrate 11 which is an n-type semiconductor and the metal part 12 are joined by Schottky.
  • an n ⁇ type semiconductor containing a low-concentration impurity is stacked on one main surface 11a side of the semiconductor substrate 11 by epitaxial growth or the like, and this n ⁇ type semiconductor and the metal portion 12 are joined by a Schottky junction. There may be.
  • Al, Mo, Ti, or the like is known as a material constituting the metal portion 12 and is formed from a simple substance of these metals or an alloy containing at least one of these metals.
  • both side surfaces of the p ⁇ type semiconductor portion 14 b constituting the p type semiconductor portion 14 and the bottom surface connected to the side surface are more than the n ⁇ type semiconductor constituting the semiconductor substrate 11.
  • a high resistance portion 17 made of a p-type semiconductor having a high electrical resistance value the metal portion 12 and the semiconductor substrate 11 are Schottky bonded rather than the portion where the metal portion 12 is in contact with the p-type semiconductor portion 14.
  • the electric resistance value can be made smaller in the portion. Therefore, the surge current flows toward the Schottky junction having a smaller electrical resistance value. As a result, the reverse surge resistance of the Schottky barrier diode 10 can be improved.
  • FIGS. 2B A modification of the above-described Schottky barrier diode of the second embodiment is shown in FIGS.
  • the same number is attached
  • a part of the bottom surface of the metal part 12 is in contact with a part of the p + type semiconductor portion 14a on the main surface 11a side of the semiconductor substrate 11.
  • the p ⁇ type semiconductor part 14 b covers from the lower part of the side surface on the peripheral side of the semiconductor substrate 11 to a part of the bottom surface of the p + type semiconductor part 14 a and does not contact the metal part 12.
  • the high resistance portion 17 includes one side surface of the p + type semiconductor portion 14a and a part of the bottom surface connected thereto, a part of one side surface of the p ⁇ type semiconductor portion 14b and the whole bottom surface connected thereto, and the other side. The entire side surface is covered.
  • the volume of the p ⁇ type semiconductor portion 14b is smaller than that of the configuration shown in FIG. As a result, the range of damage received by the implantation of the dopant when forming the p ⁇ type semiconductor portion 14b can be narrowed, and the occurrence of the disorder of the crystal structure can be reduced.
  • a part of the bottom surface of the metal portion 12 is in contact with a part of the p + type semiconductor portion 14a on the main surface 11a side of the semiconductor substrate 11.
  • a p ⁇ type semiconductor part 14b is formed on one main surface 11a side of the semiconductor substrate 11 so as to be in contact with a part of the side surface of the p + type semiconductor part 14a.
  • the p ⁇ type semiconductor portion 14b is formed on the peripheral side of the semiconductor substrate 11 with respect to the p + type semiconductor portion 14a, and does not contact the metal part 12 and the bottom surface of the p + type semiconductor portion 14a.
  • the p ⁇ type semiconductor part 14b is formed to be thinner than the p + type semiconductor part 14a.
  • the high resistance region 17 includes one side surface of the p + type semiconductor portion 14a and the entire bottom surface connected to the p + type semiconductor portion 14a and a part of the other side surface connected thereto, the entire bottom surface of the p ⁇ type semiconductor portion 14b and the entire other side surface. Each is configured to cover.
  • the p ⁇ type semiconductor part 14b is formed to be thinner than the p + type semiconductor part 14a, the depth of damage received by the implantation of the dopant when forming the p ⁇ type semiconductor part 14b.
  • the range of directions can be narrowed to reduce the occurrence of disorder of the crystal structure.
  • a part of the bottom surface of the metal portion 12 is in contact with a part of the p + type semiconductor portion 14a on the main surface 11a side of the semiconductor substrate 11.
  • a p ⁇ type semiconductor part 14b is formed on one main surface 11a side of the semiconductor substrate 11 so as to be in contact with a part of the side surface of the p + type semiconductor part 14a.
  • the p ⁇ type semiconductor portion 14b is formed on the peripheral side of the semiconductor substrate 11 with respect to the p + type semiconductor portion 14a, and does not contact the metal part 12 and the bottom surface of the p + type semiconductor portion 14a.
  • the p ⁇ type semiconductor part 14b is formed to be thicker than the thickness of the p + type semiconductor part 14a.
  • the high resistance portion 17 includes one side surface of the p + type semiconductor portion 14a and the entire bottom surface connected thereto, a part of one side surface of the p ⁇ type semiconductor portion 14b, the entire bottom surface connected thereto, and the entire other side surface. , Each is configured to cover.
  • the p ⁇ type semiconductor portion 14b is formed to be thicker than the thickness of the p + type semiconductor portion 14a, in order to flatten the one main surface 11a side of the semiconductor substrate 11, Even when a process such as reducing the thickness of one principal surface 11a is performed, the thickness of the p ⁇ type semiconductor portion 14b can be kept larger than the thickness of the p + type semiconductor portion 14a.
  • the leakage current can be increased by reducing the thickness of the portion 14b more than necessary. Further, when the p ⁇ type semiconductor portion 14b is formed to be thicker than the p + type semiconductor portion 14a, the leakage current in the peripheral region of the semiconductor substrate 11 can be further reduced.
  • the semiconductor substrate 11 is made of SiC.
  • a p-type semiconductor portion 14 is formed on a part of the main surface 11a side of the semiconductor substrate 11.
  • a part of the bottom surface of the metal part 12 is in contact with a part of the p-type semiconductor portion 14 on the side of the main surface 11 a of the semiconductor substrate 11.
  • the p-type semiconductor portion 14 is formed so as not to contact the periphery of the semiconductor substrate 11.
  • both the side surfaces of the p-type semiconductor portion 14 excluding the one main surface 11a side of the semiconductor substrate 11 and the entire bottom surface connected thereto are covered with the high resistance portion 17.
  • the high resistance portion 16 is formed so that the impurity concentration is greater than 0 and in the range of 1 ⁇ 10 14 cm ⁇ 3 or less.
  • the p-type semiconductor portion 14 is constituted by one part without being divided into a p ⁇ type semiconductor and a p + type semiconductor.
  • the impurity concentration of the p-type semiconductor portion 14 in this embodiment may be the same as that of the p-type semiconductor, for example.
  • the manufacturing process can be simplified by configuring the p-type semiconductor portion 14 with a single portion instead of a plurality of portions with different impurity concentrations.
  • the range in which the dopant is implanted becomes small, the occurrence of disorder of the crystal structure and the like can be reduced.
  • a Schottky barrier diode 30 shown in FIG. 8 is an n-type semiconductor substrate 11 and a p-type having a conductivity type opposite to that of the n-type formed on a part of the main surface 11a of the semiconductor substrate 11.
  • a conductive metal part 12 formed on one main surface 11a side of the semiconductor substrate 11 so as to be electrically connected to the p-type semiconductor part 14, a part of the p-type semiconductor part 14, and a p-type semiconductor
  • the p-type semiconductor portion 14 includes a p + type semiconductor portion 14a and a p ⁇ type semiconductor portion 14b having different impurity concentrations.
  • the high resistance portion 17 is formed so as to be in contact with both side surfaces of the p ⁇ type semiconductor portion 14b excluding the one main surface 11a side of the semiconductor substrate 11 and the bottom surface connected thereto.
  • the high resistance portion 17 is an example of an intrinsic portion formed so as to have an impurity concentration lower than that of the p ⁇ type semiconductor constituting the p ⁇ type semiconductor portion 14b.
  • Type semiconductor The high resistance portion 17 which is such an intrinsic portion has an impurity concentration range of 1 ⁇ 10 15 cm ⁇ 3 or less.
  • the adjacent p + type semiconductor part 14a and p ⁇ type semiconductor part 14b have an impurity concentration range of, for example, 1 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 or more. Due to such a difference in impurity concentration, the electrical resistance value of the high resistance portion 17 is, for example, 10 times higher than the electrical resistance values of the p + type semiconductor portion 14a and the p ⁇ type semiconductor portion 14b.
  • a plurality of structures including the p + type semiconductor part 14 a, the p ⁇ type semiconductor part 14 b, and the high resistance part 17 are arranged apart from each other toward the peripheral side of the semiconductor substrate 11.
  • the configuration is as follows. Of these structures, only those formed closer to the center than the peripheral region of the semiconductor substrate 11 are in contact with the metal part 12, and structures formed on the peripheral side of the structure are not in contact with the metal part 12. ing. Further, the structure formed on the peripheral side of the structure in contact with the metal portion 12 is formed so as to have a narrower width.
  • the high resistance portion 17 is formed so as to be in contact with both side surfaces of the p ⁇ type semiconductor portion 14b in each structure except for the one main surface 11a side of the semiconductor substrate 11 and the bottom surface connected thereto.
  • the size of the Schottky barrier diode 30 is increased, so that the number according to the size of the semiconductor substrate 11 is increased. It is preferable to do. For example, as in this embodiment, about two structures can be provided.
  • the Schottky barrier diode 40 shown in FIG. 9 is partially the same as the configuration of the Schottky barrier diode 30 shown in FIG.
  • a structure including a p + type semiconductor portion (first concentration portion) 14a, a p ⁇ type semiconductor portion (second concentration portion) 14b, and a high resistance portion 17 is formed on the semiconductor substrate 11 along the X-axis direction. A plurality of them are arranged so as to be spaced apart from each other toward the peripheral edge of each other. Further, these structures are formed so that the closer to the peripheral region of the semiconductor substrate 11, the deeper the semiconductor substrate 11 becomes in the thickness direction. Then, the high resistance portion 17 is in contact with both side surfaces of the p ⁇ type semiconductor portion (second concentration portion) 14b in each structure except for the one main surface 11a side of the semiconductor substrate 11 and the bottom surface connected thereto. Is formed.
  • the structure including the p + type semiconductor portion 14 a, the p ⁇ type semiconductor portion 14 b, and the high resistance portion 17 is closer to the peripheral region of the semiconductor substrate 11.
  • the semiconductor substrate 11 is formed deeper in the thickness direction. For example, when there is a step of implanting a dopant to the same depth as each of the structures other than the portion of the semiconductor substrate 11 where the structures are formed, the structures of the respective depths are formed together with this step. Thus, these structures can be easily formed without complicating the manufacturing process.
  • a Schottky barrier diode 80 shown in FIG. 13 has the same configuration as the Schottky barrier diode 30 shown in FIG.
  • a plurality of p-type semiconductor portions 14 are arranged spaced apart from each other toward the peripheral edge of the semiconductor substrate 11 along the X-axis direction, and p + -type semiconductor portions 14a, p ⁇ that are in contact with the metal portion 12 are disposed. It is covered with one high resistance portion 17 together with the type semiconductor portion 14b.
  • Such a Schottky barrier diode 80 as shown in FIG. 13 is different from the Schottky barrier diode 30 of FIG. 8 in that the p-type semiconductor portion 14 other than the p-type semiconductor portion 14 in contact with the metal portion 12 is replaced with a p-type semiconductor portion. It is composed of one layer without dividing it into p + type semiconductor parts. Thereby, the manufacturing process can be simplified. Note that the impurity concentration of the p-type semiconductor portion 14 in this embodiment may be the same as that of the p-type semiconductor portion, for example.
  • a Schottky barrier diode 50 shown in FIG. 10 has an n-type (first conductivity type) semiconductor substrate 11 and an n-type reverse conductivity formed on a part of the semiconductor substrate 11 on the main surface 11a side.
  • One main surface of the semiconductor substrate 11 so as to be electrically connected to a part of the p-type semiconductor part 14 and a p-type semiconductor part (first part) 14 which is a p-type (second conductivity type) of the type
  • the high resistance portion 17 is formed so as to be in contact with both side surfaces of the p-type semiconductor portion 14 excluding the one main surface 11a side of the semiconductor substrate 11 and the bottom surface connected thereto.
  • the p-type semiconductor portion 14 includes a p + type semiconductor portion (first concentration portion) 14a and a p ⁇ type semiconductor portion (second concentration portion) 14b having different impurity concentrations.
  • the high resistance portion 17 is formed on the main surface 11a side of the semiconductor substrate 11 in the p-type semiconductor portion 14 including the p + type semiconductor portion (first concentration portion) 14a and the p ⁇ type semiconductor portion (second concentration portion) 14b. It forms so that the both sides
  • the structure including the p + type semiconductor portion (first concentration portion) 14a and the p ⁇ type semiconductor portion (second concentration portion) 14b is taken as the periphery of the semiconductor substrate 11 along the X-axis direction. It is set as the structure which mutually spaced apart and arranged toward the edge side. Of these structures, only those formed closer to the center than the peripheral region of the semiconductor substrate 11 are in contact with the metal part 12, and structures formed on the peripheral side of the structure are not in contact with the metal part 12. ing. Further, the structure formed on the peripheral side of the structure in contact with the metal portion 12 is formed so as to have a narrower width.
  • the p ⁇ type semiconductor portion (second concentration portion) 14b in each structure is common to the plurality of structures so as to be in contact with both side surfaces excluding the main surface 11a side of the semiconductor substrate 11 and the bottom surface connected thereto.
  • a high resistance portion 17 is formed.
  • the high resistance portion 17 is composed of an n ⁇ type semiconductor.
  • the high resistance portion 17 has a configuration in which the thickness is gradually reduced so as to be rounded toward the peripheral side of the semiconductor substrate 11.
  • the Schottky barrier diode 60 shown in FIG. 11 has the same configuration as that of the Schottky barrier diode 50 shown in FIG.
  • the high resistance portion 17 is rounded toward a position away from the peripheral side of the semiconductor substrate 11 by a predetermined distance at the end of the peripheral region of the semiconductor substrate 11 along the X-axis direction. It is inflated so as to have a thickness, and the thickness is increased.
  • the p + -type semiconductor portion (first concentration portion) 14a, p ⁇ A plurality of structures each including a type semiconductor portion (second concentration portion) 14 b and a high resistance portion 17 are formed in an island shape along the peripheral side of the semiconductor substrate 11.
  • FIGS. 3 and 4 show the current flow (FIG. 3) in the peripheral region of the substrate and the temperature rise when the PRSM test is performed on the conventional JBS Schottky barrier diode shown in FIG. 7 as a conventional example.
  • FIG. 5 is a distribution diagram showing the distribution (FIG. 4) with the passage of time (5 ⁇ sec, 8 ⁇ sec, 20 ⁇ sec). 3 and 4, the metal layer 3 is shown in the upper center, and the guard rings 6 are shown on both sides thereof.
  • the Schottky barrier diodes in FIGS. 3 and 4 correspond to the conventional Schottky barrier diode shown in FIG. According to the simulation results shown in FIGS.
  • the current flow does not spread over the entire Schottky junction surface in the X-axis direction and the Y-axis direction even if the time has elapsed from 5 ⁇ sec, 8 ⁇ sec, and 11 ⁇ sec from the start of the test.
  • Concentrated on the portion where the guard ring 6 is formed (FIG. 3). Since the current flow does not spread over the entire Schottky junction surface in the X-axis direction and the Y-axis direction, the temperature in the vicinity of the guard ring 6 of the semiconductor substrate increases as time elapses from 5 ⁇ sec, 8 ⁇ sec, and 11 ⁇ sec from the start of the test. It was greatly increased by the current concentration (FIG. 4).
  • the temperature in the vicinity of the guard ring 6 of the semiconductor substrate was 600 to 700 ° C. at the highest portion.
  • the rated surge reverse power was 0.1 kW to 0.2 kW.
  • FIG. 5 and FIG. 6 show an example of the present invention in which the Schottky barrier diode (semiconductor element) shown in FIG. 1A is similarly subjected to a rated surge reverse power (PRSM) test.
  • FIG. 7 is a distribution diagram showing a simulation of the current flow (FIG. 5) and the temperature rise distribution (FIG. 6) in the peripheral region, and showing the passage of time (5 ⁇ sec, 8 ⁇ sec, 20 ⁇ sec).
  • the high resistance portion 16 made of a p ⁇ type semiconductor covering the side surface and the bottom surface of the p + type semiconductor portion 14 was formed.
  • FIGS. 1 shows an example of the present invention in which the Schottky barrier diode (semiconductor element) shown in FIG. 1A is similarly subjected to a rated surge reverse power (PRSM) test.
  • FIG. 7 is a distribution diagram showing a simulation of the current flow (FIG. 5) and the temperature rise distribution (FIG. 6) in the peripheral region,
  • the metal part 12 is shown in the upper center, and the p-type semiconductor parts 14 that are guard rings are shown on both sides thereof.
  • the Schottky barrier diode in FIGS. 5 and 6 corresponds to the Schottky barrier diode of the present invention shown in FIG.

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Abstract

　半導体素子、例えばショットキーバリアダイオードにおける、ショットキー接合部の逆サージ耐量を改善する。　ショットキーバリアダイオード（半導体素子）１０は、ｎ型（第一導電型）である半導体基板１１と、この半導体基板１１の一主面１１ａ側の一部に形成された、ｎ型とは逆導電型のｐ型（第二導電型）であるｐ型半導体部位（第一部位）１４と、ｐ型半導体部位１４の一部と電気的に接続されるようにして、半導体基板１１の一主面１１ａ側に形成された導電性の金属部位（第二部位）１２と、ｐ型半導体部位の一部と電気的に接続されるようにして、ｐ型半導体部位１４の側面およびこれに連結する底面と接するように形成された高抵抗部位（第三部位）１６と、を少なくとも備えている。

Description

半導体素子
　本発明は、半導体素子に関し、詳しくは、逆サージ耐量を改善する技術に関する。
　半導体素子の一例であるダイオード、例えばショットキーバリアダイオード（以下、ＳＢＤと称する場合がある）は、半導体層と金属層とをショットキー接合させたショットキー障壁の整流作用を利用した半導体素子である。ＳＢＤは、一般的なｐｎ接合ダイオードよりも高速動作が可能で、順方向電圧降下が小さいという特性を持つ。
　例えば、こうしたＳＢＤを備えたスイッチング電源では、非常時における緊急停止などを行うと、ｎ型半導体層から金属層に向けて印加される逆方向電圧が、ＳＢＤの耐圧上限（逆方向耐圧特性）を超えてしまうことがある。逆方向電圧が耐圧上限を超えてしまうとＳＢＤの特性が低下する懸念がある。
　図７は、従来のショットキーバリアダイオードの一例を示す断面図である。図７に示すショットキーバリアダイオード１では、例えば、ｎ型半導体である半導体基板２を有する。半導体基板２は、例えばＳｉＣ（炭化ケイ素）から構成されている。半導体基板２の一主面２ａ側の一部には、半導体基板２の厚み方向に向かって所定の深さに設定された、ｐ型半導体からなるガードリング６が形成されている。そして、このガードリング６の一部と電気的に接続されるように、半導体基板２の一主面２ａ側に金属層３が形成されている。金属層３は、その底面３ａの一部がガードリング６に接し、それ以外の部分が一主面２ａに接することで、半導体基板２に対してショットキー接合されている。
ガードリング６は、互いに不純物濃度が異なるｐ＋型半導体部６ａおよびｐ－型半導体部６ｂから構成されている。ｐ－型半導体部６ｂは、ｐ＋型半導体部６ａの側面、および底面を覆うように形成されている。そして、ｐ＋型半導体部６ａが半導体基板２の一主面２ａ側に露出した部分のうちの一部、およびｐ－型半導体部６ｂが半導体基板２の一主面２ａ側に露出した部分のうちの一部が、それぞれ金属層３の底面３ａの一部に接している。
これによって、金属層３と半導体基板２との接合部の逆方向耐圧特性を改善することができる。
ここで、図７に示すダイオードとは別な構成として、例えば、非特許文献１に示すショットキーバリアダイオードがある。この非特許文献１では、逆サージ耐量の改善に関する記述がある。
Material Science Forum Vols.527-529(2006),pp1155-1158
　しかしながら、非特許文献１とは異なる構成によって逆サージ耐量を改善することも考えられる。
　本発明は、上述した技術とは異なる構成によって、半導体素子、例えばショットキーバリアダイオードにおける、ショットキー接合部の逆サージ耐量を改善することを目的とする。
前記課題を解決するために、本発明の一態様による半導体素子は、第一導電型である半導体基板と、前記半導体基板の一主面側の一部に形成された、前記第一導電型とは逆導電型の第二導電型である第一部位と、前記第一部位の一部と電気的に接続されるようにして、前記半導体基板の一主面側にショットキー接合された導電性の第二部位と、を少なくとも備え、
前記第一部位は、互いに不純物濃度が異なる第一濃度部と第二濃度部とからなり、
前記第一濃度部および前記第二濃度部は、前記半導体基板の一主面側の一部に形成され、かつ、前記第一濃度部と前記第二濃度部の側面どうしが接してなり、
さらに、前記第二部位の一部と電気的に接続されるようにして、前記第一部位の側面およびこれに連結する底面と接するように形成された第三部位を備えており、
前記第三部位は、イントリンシックな部位であり、前記第一部位よりも電気抵抗値が高いことを特徴とする。
上記本発明の一態様による半導体装置において、例えば、前記第一濃度部および前記第二濃度部は、一方の側面全体と、他方の側面の一部とが接していてもよい。
上記本発明の一態様による半導体装置において、例えば、前記半導体基板はｎ型半導体であり、前記第一濃度部はｐ＋型半導体であり、前記第二濃度部はｐ－型半導体であり、前記第三部位は、ｐ－－型半導体、ｎ－－型半導体、またはｉ型半導体であってもよい。
また、本発明の一態様による半導体素子は、第一導電型である半導体基板と、前記半導体基板の一主面側の一部に形成された、前記第一導電型とは逆導電型の第二導電型である第一部位と、前記第一部位の一部と電気的に接続されるようにして、前記半導体基板の一主面側にショットキー接合された導電性の第二部位を含む半導体素子であって、
前記第一部位は、互いに不純物濃度が異なる第一濃度部と第二濃度部とからなり
前記第一濃度部および前記第二濃度部は、前記半導体基板の一主面側の一部に形成され、かつ、前記第一濃度部と前記第二濃度部の側面どうしが接してなり、
さらに、前記第二部位の一部と電気的に接続されるようにして、前記第一部位の側面およびこれに連結する底面と接するように形成された第三部位を備えており、
前記第三部位は、前記第一導電型または前記第二導電型であり、かつ、前記半導体基板あるいは前記第一部位より不純物濃度が低いことを特徴とする。
　上記本発明の一態様による半導体装置において、例えば、前記半導体基板はｎ型半導体であり、前記第三部位の不純物濃度は、前記半導体基板よりも低くてもよい。
　また、本発明の一態様による半導体素子は、第一導電型である半導体基板と、前記半導体基板の一主面側の一部に形成された、前記第一導電型とは逆導電型の第二導電型である第一部位と、前記第一部位の一部と電気的に接続されるようにして、前記半導体基板の一主面側にショットキー接合された導電性の第二部位を含む半導体素子であって、
　前記半導体基板は炭化ケイ素からなり、
　前記第二部位の一部と電気的に接続されるようにして、前記第一部位の側面およびこれに連結する底面と接するように形成された第三部位を備えており、
　前記第三部位は、前記第一導電型または前記第二導電型であり、不純物濃度が０より大きく、かつ１×１０１４ｃｍ－３以下の範囲であることを特徴とする。
　本発明の半導体素子によれば、第一部位の側面およびこれに連結する底面に接するように、第一部位よりも電気抵抗値が高い、イントリンシックな部位からなる第三部位を形成した。これにより、ショットキー接合された部分の半導体基板の電気抵抗値を、第三部位が形成された部分の半導体基板の電気抵抗値よりも小さくすることができる。よって、サージ電流を、より電気抵抗値の小さいショットキー接合部分に向けて確実に流すことができる。その結果、半導体素子の逆サージ耐量を改善することが可能になる。
　また、本発明の半導体素子によれば、第二部位の一部と電気的に接続され、かつ第一部位の側面およびこれに連結する底面と接するように第三部位を形成し、この第三部位の不純物濃度を半導体基板あるいは第一部位の不純物濃度よりも低くした。これにより、ショットキー接合された部分の半導体基板の電気抵抗値を、第三部位が形成された部分の半導体基板の電気抵抗値よりも小さくすることができる。よって、サージ電流を、より電気抵抗値の小さいショットキー接合部分に向けて確実に流すことができる。その結果、半導体素子の逆サージ耐量を改善することが可能になる。
　また、本発明の半導体素子によれば、半導体基板は炭化ケイ素からなり、また、第二部位の一部と電気的に接続されるようにして、第一部位の側面およびこれに連結する底面と接するように第三部位を形成し、この第三部位を、第一導電型または第二導電型として、不純物濃度を０より大きく、かつ１×１０１４ｃｍ－３以下の範囲にした。これにより、ショットキー接合された部分の半導体基板の電気抵抗値を、第三部位が形成された部分の半導体基板の電気抵抗値よりも小さくすることができる。よって、サージ電流を、より電気抵抗値の小さいショットキー接合部分に向けて確実に流すことができる。その結果、半導体素子の逆サージ耐量を改善することが可能になる。
本発明に係る半導体素子の一例であるショットキーバリアダイオードの第一実施形態およびその変形例における要部拡大断面図である。 本発明に係るショットキーバリアダイオードの第二実施形態およびその変形例における要部拡大断面図である。 従来のＪＢＳ（ジャンクションバリアショットキー）ダイオードにＰＲＳＭ（定格サージ逆電力）試験を実施した場合の、基板の周縁領域における電流の流れを示す分布図である。 従来のＪＢＳダイオードにＰＲＳＭ試験を実施した場合の、基板の周縁領域における温度の上昇を示す分布図である。 本発明に係るショットキーバリアダイオードにＰＲＳＭ試験を実施した場合の、基板の周縁領域における電流の流れを示す分布図である。 本発明に係るショットキーバリアダイオードにＰＲＳＭ試験を実施した場合の、基板の周縁領域における温度の上昇を示す分布図である。 従来のショットキーバリアダイオードの周縁領域の要部拡大断面図である。 本発明に係るショットキーバリアダイオードの他の実施形態の周縁領域の要部拡大断面図である。 本発明に係るショットキーバリアダイオードの他の実施形態の周縁領域の要部拡大断面図である。 本発明に係るショットキーバリアダイオードの他の実施形態の周縁領域の要部拡大断面図である。 本発明に係るショットキーバリアダイオードの他の実施形態の周縁領域の要部拡大断面図である。 本発明に係るショットキーバリアダイオードの他の実施形態の周縁領域の要部拡大平面図である。 本発明に係るショットキーバリアダイオードの他の実施形態の周縁領域の要部拡大平面図である。
　次に図面を参照しながら、本発明の実施の形態の具体例としての実施例を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
　また、以下の図面を使用した説明において、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、理解の容易のために説明に必要な部材以外の図示は適宜省略されている。なお、以後の説明の理解を容易にするために、図面において、ダイオードの断面厚み方向をＺ軸方向、Ｚ軸方向と直交する平面方向をＸ軸方向およびＹ軸方向とする。
　まず最初に、本実施形態で説明する半導体素子の一例として挙げるショットキーバリアダイオードについて、全体構成の概要を説明する。ショットキーバリアダイオードは、例えばｎ－型半導体からなる半導体基板の一主面に、金属層（バリアメタル）が形成されている。この金属層は、半導体基板に対してショットキー接合されている。この金属層の周縁部を環状に取り囲むように、半導体基板の周縁領域の一主面側にガードリングがある。
　以下、本発明の特徴であるガードリングの内部構造を備えた半導体素子について図面を参照して詳細に説明する。
　以下に説明する本発明の半導体素子の一例として挙げるショットキーバリアダイオードは、上述したショットキーバリアダイオードの全体構成のうち、ガードリング（ｐ型リサーフ層）を含むショットキーバリアダイオードの周縁領域における一構成例を挙げて説明するものである。よって、これら周縁領域よりも中心側の構成は特に限定されるものではない。
　以下において、イントリンシックな（真性な）部位とは、ドーパント（不純物）を全く含まないか、ドーパントの濃度がｐ－型半導体やｎ－型半導体よりも、１桁以上低い半導体領域を意味する。イントリンシックな部位として、ｐ－－型半導体、ｎ－－型半導体、ｉ型半導体（真性半導体）を例示する。これらイントリンシックな部位は、具体的な不純物濃度の範囲として、０～１×１０１５ｃｍ－３程度である。一方、ｐ－型半導体や、ｎ－型半導体は、不純物濃度の範囲として、１×１０１６ｃｍ－３以上である。こうした不純物濃度の違いにより、イントリンシックな部位（ｐ－－型半導体、ｎ－－型半導体、ｉ型半導体）は、ｐ－型半導体やｎ－型半導体と比べて電気抵抗値が１０倍以上高くなる。
（１）ショットキー接合部の第一実施形態
　図１（ａ）は、本発明に係る半導体素子の一例であるショットキーバリアダイオードの周縁領域における一実施形態を示すＺ軸方向に沿った要部断面図である。
本実施形態に係るショットキーバリアダイオード（半導体素子）１０は、ｎ型（第一導電型）である半導体基板１１と、この半導体基板１１の一主面１１ａ側の一部に形成された、ｎ型とは逆導電型のｐ型（第二導電型）であるｐ型半導体部位（第一部位）１４と、ｐ型半導体部位１４の一部と電気的に接続されるようにして、半導体基板１１の一主面１１ａ側に形成された導電性の金属部位（第二部位）１２と、ｐ型半導体部位１４の一部と電気的に接続されるようにして、ｐ型半導体部位１４の側面およびこれに連結する底面と接するように形成されるとともに、半導体基板１１の一主面１１ａ側における金属部位１２の底面の一部と電気的に接続されるようにして形成された高抵抗部位（第三部位）１６と、を少なくとも備えている。高抵抗部位１６は、ｐ型半導体部位１４における半導体基板１１の一主面１１ａ側を除いた両側面とこれに連結する底面に接するように形成されている。
ｐ型半導体部位１４は、互いに不純物濃度が異なるｐ＋型半導体部（第一濃度部）１４ａと、ｐ－型半導体部（第二濃度部）１４ｂとからなる。ｐ＋型半導体部１４ａは、半導体基板１１の一主面１１ａ側の一部が金属部位１２と接している。ｐ－型半導体部１４ｂは、ｐ＋型半導体部１４ａの両側面に接している。更に、この両側面に連結する底面に接している。また、ｐ＋型半導体部１４ａのうち、半導体基板１１の一主面１１ａ側の一部が金属部位１２と接している。
　ｐ－型半導体部１４ｂの一部には、半導体基板１１の一主面１１ａから所定の深さに広がる凹状部１４ｂ１が形成されている。そしてこの凹状部１４ｂ１を埋めるように、ｐ＋型半導体部１４ａが形成されている。ｐ＋型半導体部１４ａは、その一方の側面１４ａ１が、ｐ－型半導体部１４ｂの凹状部１４ｂ１の一方の側面１４ｂ２と接している。また、ｐ＋型半導体部１４ａの他方の側面１４ａ２が、ｐ－型半導体部１４ｂの凹状部１４ｂ１の他方の側面１４ｂ３と接している。更に、ｐ＋型半導体部１４ａの底面１４ａ３が、ｐ－型半導体部１４ｂの凹状部１４ｂ１の底面１４ｂ４と接している。
　ここで、ｐ＋型半導体部１４ａとｐ－型半導体部１４ｂとが接する側面１４ａ１および側面１４ｂ２は、本明細書において、図示例のように垂直に延びる場合について説明する。しかし、側面は、垂直に延びる場合に限られるものではなく、少なくとも、側方に向いてｐ＋型半導体部１４ａとｐ－型半導体部１４ｂとが相互に接する面であればよく、例えば、傾斜面や湾曲面などであってもよい。この場合、底面は、これら傾斜面や湾曲面の底部付近の領域であればよい。
　また、こうしたｐ＋型半導体部１４ａやｐ－型半導体部１４ｂは、一般に半導体基板１１の一主面１１ａ側から不純物をドープすることによって形成されている。そのため、これらｐ－型半導体部１４ｂの凹状部１４ｂ１と、ｐ＋型半導体部１４ａとの間に、必ずしも明瞭な界面が形成されているわけではない。図１（ａ）の断面図におけるｐ＋型半導体部１４ａとｐ－型半導体部１４ｂとの境目を実線によって表しているが、この実線は、各部の構成を明確にするために便宜的に描かれているものである。そのため、実際には、互いに異なる不純物濃度の領域が明瞭な界面をもたずに広がっている。こうした互いに不純物濃度の異なる領域の実際の状態は、後述する変形例、あるいは実施形態においても同様であり、図面において各部を区画する線のように図示されていても、実際に明瞭な界面が存在するとは限らない。
高抵抗部位１６は、ｐ－型半導体部１４ｂにおける半導体基板１１の一主面１１ａ側を除いた両側面１４ｂ５、１４ｂ６と、これに連結する底面１４ｂ７に接するように形成されている。また、高抵抗部位１６における半導体基板１１の一主面１１ａ側の一部は、金属部位１２の底面１２ａの一部と接している。ｐ型半導体部位１４は、その底面が半導体基板１１の一主面１１ａから所定の深さに位置するように形成されている。そして、高抵抗部位１６は、その底面がｐ型半導体部位１４の底面よりも半導体基板１１の厚み方向（Ｚ軸方向）に深い位置に形成されている。
　本実施形態においては、高抵抗部位１６は、ｐ－型半導体部１４ｂを構成するｐ－型半導体よりも不純物濃度が低くなるように形成されたイントリンシックな部位の一例であるｐ－－型半導体から構成される。高抵抗部位１６は、不純物濃度の範囲として、１×１０１５ｃｍ－３以下である。一方、高抵抗部位１６に隣接するｐ＋型半導体部１４ａや、ｐ－型半導体部１４ｂは、不純物濃度の範囲として、例えば１×１０１６ｃｍ－３以上である。こうした不純物濃度の違いによって、高抵抗部位１６の電気抵抗値は、ｐ＋型半導体部１４ａやｐ－型半導体部１４ｂの電気抵抗値と比べて、例えば１０倍以上高くすることができる。
　こうした構成によって、金属部位１２に対してショットキー接合された部分における半導体基板１１の電気抵抗値を、高抵抗部位（第三部位）１６が形成された部分における半導体基板１１の電気抵抗値よりも小さくすることができる。
半導体基板１１は、ＳｉＣ（炭化ケイ素）基板やＳｉ（ケイ素）基板を用いることができる。特に、ＳｉＣ基板を用いて構成されたショットキーバリアダイオードは、Ｓｉ基板を用いて構成されたショットキーバリアダイオードと比較して、逆回復時間が極めて短く高速スイッチングが可能であり、また、逆回復時間が小さいため、スイッチング損失を低減できる。さらに、Ｓｉ基板を用いて構成されたショットキーバリアダイオードの逆回復時間は、温度上昇に伴って長くなるのに対して、ＳｉＣ基板を用いて構成されたショットキーバリアダイオードの逆回復時間は、温度に依存せずほぼ一定であるため、高温動作時であってもスイッチング損失が増加しない。よって、半導体基板１１は、Ｓｉ基板を用いる場合に比べてＳｉＣ基板を用いる場合のほうがより有用である。
なお、本実施形態では、ｎ型半導体である半導体基板１１と金属部位１２とがショットキー接合される場合について説明している。しかし、半導体基板１１の一主面１１ａ側に、例えば低濃度の不純物を含んだｎ－型半導体をエピタキシャル成長などによって積層し、このｎ－型半導体と金属部位１２とがショットキー接合された構成であってもよい。
金属部位１２を構成する材料としては、例えば、Ａｌ（アルミニウム）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｔｉ（チタン）等が知られており、これらの金属単体、あるいはこれら金属のうち少なくとも１つを含む合金から形成されている。
　図１に示すショットキーバリアダイオード１０によれば、ｐ型半導体部位１４を構成するｐ－型半導体部１４ｂの両側面およびこれに連結する底面を、ｐ－型半導体部１４ｂよりも電気抵抗値が高い高抵抗部位１６で覆うことによって、金属部位１２がｐ型半導体部位１４と接する部分よりも、金属部位１２と半導体基板１１とがショットキー接合された部分のほうが、電気抵抗値を小さくできる。
　従来のショットキーバリアダイオードにおいては、半導体基板と金属層とのショットキー接合部から空乏層が広がりきってしまうと、ショットキーバリアダイオードの周縁領域への電界集中が緩和されず、逆サージ耐量は低下する。
　しかし、上述したような構成の本発明のショットキーバリアダイオード１０によれば、ｐ型半導体部位１４における半導体基板１１の一主面１１ａ側を除いた両側面およびこれに連結する底面を高抵抗部位１６で覆うことによって、金属部位１２と半導体基板１１とがショットキー接合された接合部の電気抵抗値を、金属部位１２とｐ型半導体部位１４とが接する部分や、金属部位１２と高抵抗部位１６とが接する部分よりも小さくすることができるため、サージ電流は、より電気抵抗値の小さいショットキー接合部に向けて流れる。その結果、ショットキーバリアダイオード１０の逆サージ耐量を改善することが可能になる。このような本発明のショットキーバリアダイオード１０を、例えばスイッチング電源に適用すれば、非常時における緊急停止などによって過大な逆方向電圧が生じても、ショットキーバリアダイオード１０の機能低下を防止することが可能になる。
（２）ショットキー接合部の第一実施形態の変形例
　上述した第一実施形態のショットキーバリアダイオードの変形例を図１（ｂ）～（ｅ）に示す。なお、図１（ａ）に示す第一実施形態と同様の構成には同一の番号を付し、その説明は省略する。
　図１（ｂ）に示すショットキーバリアダイオード１０では、ｐ＋型半導体部１４ａにおける半導体基板１１の一主面１１ａ側の一部に対し、金属部位１２の底面の一部が接している。そして、ｐ－型半導体部１４ｂは、半導体基板１１の周縁側の側面の下部からｐ＋型半導体部１４ａの底面の一部までを覆い、金属部位１２には接しない構成となっている。そして、高抵抗部位１６は、ｐ＋型半導体部１４ａの一方の側面およびこれに連結する底面の一部、ｐ－型半導体部１４ｂの一方の側面の一部およびこれに連結する底面全体および他方の側面全体を、それぞれ覆う構成となっている。このような構成にした場合には、ｐ－型半導体部１４ｂの体積は、図１（ａ）に示した構成と比較して小さくなる。これにより、ｐ－型半導体部１４ｂを形成する際のドーパントの打ち込みによって受けるダメージの範囲を狭め、結晶構造の乱れ等の発生を少なくすることができる。
　図１（ｃ）に示すショットキーバリアダイオード１０では、ｐ＋型半導体部１４ａにおける半導体基板１１の一主面１１ａ側の一部に対し、金属部位１２の底面の一部が接している。また、半導体基板１１の一主面１１ａ側においてｐ＋型半導体部１４ａの側面の一部と接するようにｐ－型半導体部１４ｂが形成されている。ｐ－型半導体部１４ｂは、ｐ＋型半導体部１４ａよりも半導体基板１１の周縁側に形成され、金属部位１２およびｐ＋型半導体部１４ａの底面には接しない構成となっている。また、ｐ－型半導体部１４ｂは、ｐ＋型半導体部１４ａの厚みよりも薄くなるように形成されている。高抵抗部位１６は、ｐ＋型半導体部１４ａの一方の側面およびこれに連結する底面全体とこれに連結する他方の側面の一部、ｐ－型半導体部１４ｂの底面全体および他方の側面全体を、それぞれ覆う構成となっている。このように、ｐ－型半導体部１４ｂをｐ＋型半導体部１４ａの厚みよりも薄くなるように形成した場合には、ｐ－型半導体部１４ｂを形成する際のドーパントの打ち込みによって受けるダメージの深さ方向の範囲を狭め、結晶構造の乱れ等の発生を少なくすることができる。
　図１（ｄ）に示すショットキーバリアダイオード１０では、ｐ＋型半導体部１４ａにおける半導体基板１１の一主面１１ａ側の一部に対し、金属部位１２の底面の一部が接している。また、半導体基板１１の一主面１１ａ側においてｐ＋型半導体部１４ａの側面の一部と接するようにｐ－型半導体部１４ｂが形成されている。ｐ－型半導体部１４ｂは、ｐ＋型半導体部１４ａよりも半導体基板１１の周縁側に形成され、金属部位１２およびｐ＋型半導体部１４ａの底面には接しない構成となっている。また、ｐ－型半導体部１４ｂは、ｐ＋型半導体部１４ａの厚みよりも厚くなるように形成されている。高抵抗部位１６は、ｐ＋型半導体部１４ａの一方の側面およびこれに連結する底面全体、ｐ－型半導体部１４ｂの一方の側面の一部とこれに連結される底面全体および他方の側面全体を、それぞれ覆う構成となっている。このように、ｐ－型半導体部１４ｂをｐ＋型半導体部１４ａの厚みよりも厚くなるように形成した場合には、半導体基板１１の一主面１１ａ側を平坦化させるために、半導体基板１１の一主面１１ａ側の厚みを減じるなどの工程を行った場合でも、ｐ－型半導体部１４ｂの厚みをｐ＋型半導体部１４ａの厚みよりも厚くなるように保つことができるので、ｐ－型半導体部１４ｂが必要以上に薄厚化されて漏れ電流が増大することを防止できる。また、ｐ－型半導体部１４ｂをｐ＋型半導体部１４ａの厚みよりも厚くなるように形成した場合には、半導体基板１１の周縁領域での漏れ電流をより一層低減することができる。
　図１（ｅ）に示すショットキーバリアダイオード１０では、半導体基板１１はＳｉＣから形成されている。そして、半導体基板１１の一主面１１ａ側の一部にｐ型半導体部位１４が形成されている。また、ｐ＋型半導体部１４ａにおける半導体基板１１の一主面１１ａ側の一部に対し、金属部位１２の底面の一部が接している。このｐ型半導体部位１４は、半導体基板１１の周縁に接しないように形成されている。そして、ｐ型半導体部位１４における半導体基板１１の一主面１１ａ側を除いた両側面およびこれに連結する底面全体が、高抵抗部位１６によって覆われている。高抵抗部位１６は、不純物濃度が０より大きく、かつ１×１０１４ｃｍ－３以下の範囲となるように形成されている。
　この実施形態においては、ｐ型半導体部１４をｐ－型半導体やｐ＋型半導体などに分けずに１つの部位で構成している。この実施形態におけるｐ型半導体部１４の不純物濃度は、例えばｐ－型半導体と同一であればよい。このような実施形態では、ｐ型半導体部１４を不純物濃度の異なる複数の部位にするのではなく、１つの部位で構成することによって、製造工程を簡略にすることができる。また、ドーパントを打ち込みむ範囲も小さくなるので、結晶構造の乱れ等の発生を少なくすることができる。
（３）ショットキー接合部の第二実施形態
　次に、第二実施形態に係るショットキーバリアダイオードについて説明する。なお、上述した第一実施形態に係るショットキーバリアダイオードと同一の構成要素には同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
　図２（ａ）は、本発明に係るショットキーバリアダイオードの周縁領域における要部断面図である。
　上述した第一実施形態においては、高抵抗部位１６としてｐ－－型半導体を用いているが、以下の第二実施形態に係るショットキーバリアダイオード２０では、高抵抗部位１７としてｎ－－型半導体を用いている。
第二実施形態に係るショットキーバリアダイオード２０は、ｎ型である半導体基板１１と、この半導体基板１１の一主面１１ａ側の一部に形成された、ｎ型とは逆導電型のｐ型（であるｐ型半導体部位１４と、ｐ型半導体部位１４の一部と電気的に接続されるようにして、半導体基板１１の一主面１１ａ側に形成された導電性の金属部位１２と、ｐ型半導体部位１４の一部と電気的に接続されるようにして、ｐ型半導体部位１４の側面およびこれに連結する底面と接するように形成されるとともに、半導体基板１１の一主面１１ａ側における金属部位１２の底面の一部と電気的に接続されるようにして形成された高抵抗部位１７と、を少なくとも備えている。高抵抗部位１７は、ｐ型半導体部位１４における半導体基板１１の一主面１１ａ側を除いた両側面とこれに連結する底面に接するように形成されている。
ｐ型半導体部位１４は、互いに不純物濃度が異なるｐ＋型半導体部１４ａと、ｐ－型半導体部１４ｂとからなる。ｐ＋型半導体部１４ａは、半導体基板１１の一主面１１ａ側の一部が金属部位１２と接している。ｐ＋型半導体部１４ａは、ｐ＋型半導体部１４ａにおける半導体基板１１の一主面１１ａ側を除いた両側面とこれに連結する底面に接するように形成されている。また、ｐ＋型半導体部１４ａにおける半導体基板１１の一主面１１ａ側の一部は、金属部位１２と接している。
高抵抗部位１７は、ｐ－型半導体部１４ｂにおける半導体基板１１の一主面１１ａ側を除いた両側面とこれに連結する底面に接するように形成されている。また、高抵抗部位１７における半導体基板１１の一主面１１ａ側の一部は、金属部位１２の底面の一部と接している。ｐ型半導体部位１４は、その底面が半導体基板１１の一主面１１ａから所定の深さに位置するように形成されている。そして、高抵抗部位１７は、その底面がｐ型半導体部位１４の底面よりも半導体基板１１の厚み方向（Ｚ軸方向）に深い位置に形成されている。
本実施形態においては、高抵抗部位１７は、ｐ－型半導体部１４ｂを構成するｐ－型半導体よりも不純物濃度が低くなるように形成されたイントリンシックな部位の一例であるｐ－－型半導体から構成される。高抵抗部位１７は、不純物濃度の範囲として、１×１０１５ｃｍ－３以下である。一方、高抵抗部位１７に隣接するｐ＋型半導体部１４ａや、ｐ－型半導体部１４ｂは、不純物濃度の範囲として、例えば１×１０１６ｃｍ－３以上である。こうした不純物濃度の違いによって、高抵抗部位１６の電気抵抗値は、ｐ＋型半導体部１４ａやｐ－型半導体部１４ｂの電気抵抗値と比べて、例えば１０倍以上高くすることができる。
なお、本実施形態では、ｎ型半導体である半導体基板１１と金属部位１２とがショットキー接合される場合について説明している。しかし、半導体基板１１の一主面１１ａ側に、例えば低濃度の不純物を含んだｎ－型半導体をエピタキシャル成長などによって積層し、このｎ－型半導体と金属部位１２とがショットキー接合された構成であってもよい。
金属部位１２を構成する材料としては、例えば、Ａｌ、Ｍｏ、Ｔｉ等が知られており、これらの金属単体、あるいはこれら金属のうち少なくとも１つを含む合金から形成されている。
図２に示すショットキーバリアダイオード２０によれば、ｐ型半導体部位１４を構成するｐ－型半導体部１４ｂの両側面およびこれに連結する底面を、半導体基板１１を構成するｎ－型半導体よりも電気抵抗値が高いｐ－－型半導体からなる高抵抗部位１７で覆うことによって、金属部位１２がｐ型半導体部位１４と接する部分よりも、金属部位１２と半導体基板１１とがショットキー接合された部分のほうが、電気抵抗値を小さくできる。よって、サージ電流は、より電気抵抗値の小さいショットキー接合部に向けて流れる。その結果、ショットキーバリアダイオード１０の逆サージ耐量を改善することが可能になる。
（２）ショットキー接合部の第二実施形態の変形例
　上述した第二実施形態のショットキーバリアダイオードの変形例を図２（ｂ）～（ｅ）に示す。なお、図２（ａ）に示す第二実施形態と同様の構成には同一の番号を付し、その説明は省略する。
　図２（ｂ）に示すショットキーバリアダイオード２０では、ｐ＋型半導体部１４ａにおける半導体基板１１の一主面１１ａ側の一部に対し、金属部位１２の底面の一部が接している。そして、ｐ－型半導体部１４ｂは、半導体基板１１の周縁側の側面の下部からｐ＋型半導体部１４ａの底面の一部まで覆い、金属部位１２には接しない構成となっている。そして、高抵抗部位１７は、ｐ＋型半導体部１４ａの一方の側面およびこれに連結する底面の一部、ｐ－型半導体部１４ｂの一方の側面の一部およびこれに連結する底面全体および他方の側面全体を、それぞれ覆う構成となっている。このような構成にした場合には、ｐ－型半導体部１４ｂの体積は、図２（ａ）に示した構成と比較して小さくなる。これにより、ｐ－型半導体部１４ｂを形成する際のドーパントの打ち込みによって受けるダメージの範囲を狭め、結晶構造の乱れ等の発生を少なくすることができる。
　図２（ｃ）に示すショットキーバリアダイオード２０では、ｐ＋型半導体部１４ａにおける半導体基板１１の一主面１１ａ側の一部に対し、金属部位１２の底面の一部が接している。また、半導体基板１１の一主面１１ａ側においてｐ＋型半導体部１４ａの側面の一部と接するようにｐ－型半導体部１４ｂが形成されている。ｐ－型半導体部１４ｂは、ｐ＋型半導体部１４ａよりも半導体基板１１の周縁側に形成され、金属部位１２およびｐ＋型半導体部１４ａの底面には接しない構成となっている。また、ｐ－型半導体部１４ｂは、ｐ＋型半導体部１４ａの厚みよりも薄くなるように形成されている。高抵抗部位１７は、ｐ＋型半導体部１４ａの一方の側面およびこれに連結する底面全体とこれに連結する他方の側面の一部、ｐ－型半導体部１４ｂの底面全体および他方の側面全体を、それぞれ覆う構成となっている。このように、ｐ－型半導体部１４ｂをｐ＋型半導体部１４ａの厚みよりも薄くなるように形成した場合には、ｐ－型半導体部１４ｂを形成する際のドーパントの打ち込みによって受けるダメージの深さ方向の範囲を狭め、結晶構造の乱れ等の発生を少なくすることができる。
　図２（ｄ）に示すショットキーバリアダイオード２０では、ｐ＋型半導体部１４ａにおける半導体基板１１の一主面１１ａ側の一部に対し、金属部位１２の底面の一部が接している。また、半導体基板１１の一主面１１ａ側においてｐ＋型半導体部１４ａの側面の一部と接するようにｐ－型半導体部１４ｂが形成されている。ｐ－型半導体部１４ｂは、ｐ＋型半導体部１４ａよりも半導体基板１１の周縁側に形成され、金属部位１２およびｐ＋型半導体部１４ａの底面には接しない構成となっている。また、ｐ－型半導体部１４ｂは、ｐ＋型半導体部１４ａの厚みよりも厚くなるように形成されている。高抵抗部位１７は、ｐ＋型半導体部１４ａの一方の側面およびこれに連結する底面全体、ｐ－型半導体部１４ｂの一方の側面の一部とこれに連結される底面全体および他方の側面全体を、それぞれ覆う構成となっている。このように、ｐ－型半導体部１４ｂをｐ＋型半導体部１４ａの厚みよりも厚くなるように形成した場合には、半導体基板１１の一主面１１ａ側を平坦化させるために、半導体基板１１の一主面１１ａ側の厚みを減じるなどの工程を行った場合でも、ｐ－型半導体部１４ｂの厚みをｐ＋型半導体部１４ａの厚みよりも厚くなるように保つことができるので、ｐ－型半導体部１４ｂが必要以上に薄厚化されて漏れ電流が増大することを防止できる。また、ｐ－型半導体部１４ｂをｐ＋型半導体部１４ａの厚みよりも厚くなるように形成した場合には、半導体基板１１の周縁領域での漏れ電流をより一層低減することができる。
　図２（ｅ）に示すショットキーバリアダイオード２０では、半導体基板１１はＳｉＣから形成されている。そして、半導体基板１１の一主面１１ａ側の一部にｐ型半導体部位１４が形成されている。また、ｐ型半導体部１４における半導体基板１１の一主面１１ａ側の一部に対し、金属部位１２の底面の一部が接している。このｐ型半導体部位１４は、半導体基板１１の周縁に接しないように形成されている。そして、ｐ型半導体部位１４における半導体基板１１の一主面１１ａ側を除いた両側面およびこれに連結する底面全体が、高抵抗部位１７によって覆われている。高抵抗部位１６は、不純物濃度が０より大きく、かつ１×１０１４ｃｍ－３以下の範囲となるように形成されている。
　この実施形態においては、ｐ型半導体部１４をｐ－型半導体やｐ＋型半導体などに分けずに１つの部位で構成している。この実施形態におけるｐ型半導体部１４の不純物濃度は、例えばｐ－型半導体と同一であればよい。このような実施形態では、ｐ型半導体部１４を不純物濃度の異なる複数の部位にするのではなく、１つの部位で構成することによって、製造工程を簡略にすることができる。また、ドーパントを打ち込みむ範囲も小さくなるので、結晶構造の乱れ等の発生を少なくすることができる。
（５）ショットキー接合部の他の実施形態
　以下、本発明に係る半導体素子の一例であるショットキーバリアダイオードのショットキー接合部について、幾つかの変形例を例示するが、本発明はこれらの形態に限定されるものではない。なお、上述した第一実施形態に係るショットキーバリアダイオードと同一の構成要素には同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
　図８に示すショットキーバリアダイオード３０は、ｎ型である半導体基板１１と、この半導体基板１１の一主面１１ａ側の一部に形成された、ｎ型とは逆導電型のｐ型であるｐ型半導体部位１４と、ｐ型半導体部位１４の一部と電気的に接続されるようにして、半導体基板１１の一主面１１ａ側に形成された導電性の金属部位１２と、ｐ型半導体部位の一部と電気的に接続されるようにして、ｐ型半導体部位１４の側面およびこれに連結する底面と接するように形成された高抵抗部位１７と、を少なくとも備えている。
また、ｐ型半導体部位１４は、互いに不純物濃度が異なるｐ＋型半導体部１４ａと、ｐ－型半導体部１４ｂとからなる。そして、高抵抗部位１７は、ｐ－型半導体部１４ｂにおける半導体基板１１の一主面１１ａ側を除いた両側面とこれに連結する底面に接するように形成されている。
そして、本実施形態においては、高抵抗部位１７は、ｐ－型半導体部１４ｂを構成するｐ－型半導体よりも不純物濃度が低くなるように形成されたイントリンシックな部位の一例であるｎ－－型半導体から構成される。こうしたイントリンシックな部位である高抵抗部位１７は、不純物濃度の範囲として、１×１０１５ｃｍ－３以下である。一方、隣接するｐ＋型半導体部１４ａやｐ－型半導体部１４ｂは、不純物濃度の範囲として、例えば１×１０１６ｃｍ－３以上である。こうした不純物濃度の違いによって、高抵抗部位１７の電気抵抗値は、ｐ＋型半導体部１４ａやｐ－型半導体部１４ｂの電気抵抗値と比べて、例えば１０倍以上高い。
　さらに、本実施形態においては、これらｐ＋型半導体部１４ａ、ｐ－型半導体部１４ｂ、および高抵抗部位１７からなる構造体を、半導体基板１１の周縁側に向かって、複数、互いに離間させて配列した構成としている。これら構造体は、半導体基板１１の周縁領域よりも中心側に形成されたものだけが金属部位１２に接し、それよりも周縁側に形成された構造体は、金属部位１２に接しない構成となっている。また、金属部位１２に接する構造体よりも周縁側に形成された構造体のほうが幅が狭くなるように形成されている。そして、高抵抗部位１７は、それぞれの構造体におけるｐ－型半導体部１４ｂにおける半導体基板１１の一主面１１ａ側を除いた両側面とこれに連結する底面に接するように形成されている。
　ｐ－型半導体部１４ｂの不純物濃度と耐圧との関係において、ｐ－型半導体部１４ｂ、および高抵抗部位１７からなる構造体を、半導体基板１１の周縁側に向かってより多く配列するほど、ｐ－型半導体部１４ｂの不純物濃度と耐圧との関係において、耐圧が最も高い値をとる不純物濃度の範囲が広っていく。このため、本実施形態のように、ｐ－型半導体部１４ｂ、および高抵抗部位１７からなる構造体を、半導体基板１１の周縁側に向かって複数配列することにより、半導体基板１１に含まれる不純物濃度の面内分布にばらつきがあったとしても、耐圧を高く保つことができる。一方で、こうしたｐ－型半導体部１４ｂ、および高抵抗部位１７からなる構造体の数を多くすると、ショットキーバリアダイオード３０のサイズが大きくなってしまうため、半導体基板１１のサイズに応じた数にすることが好ましい。例えば、本実施形態のように２つ程度の構造体を設けることができる。
図９に示すショットキーバリアダイオード４０は、図８のショットキーバリアダイオード３０の構成と一部が同じである。本実施形態では、ｐ＋型半導体部（第一濃度部）１４ａ、ｐ－型半導体部（第二濃度部）１４ｂ、および高抵抗部位１７からなる構造体を、Ｘ軸方向に沿った半導体基板１１の周縁側に向かって、複数、互いに離間させて配列した構成としている。さらに、これら構造体は、半導体基板１１の周縁領域に近いものほど、半導体基板１１の厚み方向に向かって深くなるように形成したものである。そして、高抵抗部位１７は、それぞれの構造体におけるｐ－型半導体部（第二濃度部）１４ｂにおける半導体基板１１の一主面１１ａ側を除いた両側面とこれに連結する底面に接するように形成されている。
　本実施形態では、図８に示す実施形態と比較して、ｐ＋型半導体部１４ａ、ｐ－型半導体部１４ｂ、および高抵抗部位１７からなる構造体を、半導体基板１１の周縁領域に近いものほど、半導体基板１１の厚み方向に向かって深くなるように形成している。例えば、半導体基板１１におけるこの構造体を形成した部分以外に、これらそれぞれの構造体と同じ深さまでドーパントを打ち込む工程がある場合に、この工程と一緒にこれらそれぞれの深さの構造体を形成することで、製造工程を複雑化せずに、これら構造体を容易に形成することができる。
図１３に示すショットキーバリアダイオード８０は、図８のショットキーバリアダイオード３０の構成と一部が同じである。本実施形態では、ｐ型半導体部１４を、Ｘ軸方向に沿った半導体基板１１の周縁側に向かって、複数、互いに離間させて配列し、金属部位１２に接するｐ＋型半導体部１４ａ、ｐ－型半導体部１４ｂとともに、１つの高抵抗部位１７で覆っている。
こうした図１３に示すようなショットキーバリアダイオード８０は、図８のショットキーバリアダイオード３０と比較して、金属部位１２に接するｐ型半導体部１４以外のｐ型半導体部１４をｐ－型半導体部やｐ＋型半導体部などに分けずに１層で構成している。これによって、製造工程を簡略にすることができる。なお、この実施形態におけるｐ型半導体部１４の不純物濃度は、例えばｐ－型半導体部と同一であればよい。
図１０に示すショットキーバリアダイオード５０は、ｎ型（第一導電型）である半導体基板１１と、この半導体基板１１の一主面１１ａ側の一部に形成された、ｎ型とは逆導電型のｐ型（第二導電型）であるｐ型半導体部位（第一部位）１４と、ｐ型半導体部位１４の一部と電気的に接続されるようにして、半導体基板１１の一主面１１ａ側に形成された導電性の金属部位（第二部位）１２とを備えている。そして、高抵抗部位１７は、ｐ型半導体部１４における半導体基板１１の一主面１１ａ側を除いた両側面とこれに連結する底面に接するように形成されている。
また、ｐ型半導体部位１４は、互いに不純物濃度が異なるｐ＋型半導体部（第一濃度部）１４ａと、ｐ－型半導体部（第二濃度部）１４ｂとからなる。高抵抗部位１７は、ｐ＋型半導体部（第一濃度部）１４ａと、ｐ－型半導体部（第二濃度部）１４ｂとからなるｐ型半導体部位１４における半導体基板１１の一主面１１ａ側を除いた両側面とこれに連結する底面に接するように形成されている。
　そして、本実施形態においては、これらｐ＋型半導体部（第一濃度部）１４ａ、ｐ－型半導体部（第二濃度部）１４ｂからなる構造体を、Ｘ軸方向に沿った半導体基板１１の周縁側に向かって、複数、互いに離間させて配列した構成としている。これら構造体は、半導体基板１１の周縁領域よりも中心側に形成されたものだけが金属部位１２に接し、それよりも周縁側に形成された構造体は、金属部位１２に接しない構成となっている。また、金属部位１２に接する構造体よりも周縁側に形成された構造体のほうが幅が狭くなるように形成されている。
　さらに、それぞれの構造体におけるｐ－型半導体部（第二濃度部）１４ｂにおける半導体基板１１の一主面１１ａ側を除いた両側面とこれに連結する底面に接するように複数の構造体に共通な高抵抗部位１７が形成されている。高抵抗部位１７は、ｎ－－型半導体から構成されている。そして、この高抵抗部位１７は、半導体基板１１の周縁側に向かって丸みを帯びるように厚みを漸減させた構成となっている。
　図１１に示すショットキーバリアダイオード６０は、図１０のショットキーバリアダイオード５０の構成と一部が同じである。このショットキーバリアダイオード６０においては、高抵抗部位１７は、Ｘ軸方向に沿った半導体基板１１の周縁領域の端部において、半導体基板１１の周縁側から所定の距離だけ離れた位置に向かって丸みを帯びるように膨らませ、厚みを増加させた構成となっている。
　図１２に示すショットキーバリアダイオード７０では、半導体基板１１の一主面１１ａを上から平面視（Ｘ軸方向およびＹ軸方向）した時に、ｐ＋型半導体部（第一濃度部）１４ａ、ｐ－型半導体部（第二濃度部）１４ｂ、および高抵抗部位１７からなる構造体を、半導体基板１１の周縁側に沿って、島状に複数、配列形成したものである。
　以下、本発明の効果を検証した実施例を従来例との対比で示す。
本検証においては、逆サージ耐量の指標として、ＰＲＳＭ試験を実施した場合の、基板の周縁領域における電流の流れと温度の上昇をシミュレーションした。
　図３、図４は、従来例として図７に示した従来のＪＢＳ構造のショットキーバリアダイオードにＰＲＳＭ試験を行った場合の、基板の周縁領域における電流の流れ（図３）と、温度上昇の分布（図４）とを時間の経過（５μｓｅｃ，８μｓｅｃ，２０μｓｅｃ）とともに示した分布図である。
　図３、図４に示す分布図において、上部中央に金属層３が示され、その両側にガードリング６が示されている。この図３、図４におけるショットキーバリアダイオードは、図７に示す従来のショットキーバリアダイオードに対応する。
図３、図４に示すシミュレーション結果によれば、試験開始から時間が５μｓｅｃ、８μｓｅｃ、１１μｓｅｃと経過しても、電流の流れはＸ軸方およびＹ軸方向のショットキー接合面全体には広がらず、ガードリング６が形成された部分に集中している（図３）。そして、電流の流れはＸ軸方およびＹ軸方向のショットキー接合面全体に広がらないため、試験開始から時間が５μｓｅｃ、８μｓｅｃ、１１μｓｅｃと経過するに従って、半導体基板のガードリング６付近での温度が、電流の集中によって大きく上昇した（図４）。半導体基板のガードリング６付近での温度は、最も高い部分で６００～７００℃となった。
なお、定格サージ逆電力としては０．１ｋｗないし０．２ｋｗであった。
　図５、図６は、本発明の実施例として、図１（ａ）に示したショットキーバリアダイオード（半導体素子）に、同様に定格サージ逆電力（ＰＲＳＭ）試験を行った場合の、基板の周縁領域における電流の流れ（図５）と温度上昇の分布（図６）をシミュレーションして、時間の経過（５μｓｅｃ，８μｓｅｃ，２０μｓｅｃ）とともに示した分布図である。なお、本実施例のショットキーバリアダイオードにおいて、ｐ＋型半導体部１４の側面と底面とを覆うｐ－－型半導体からなる高抵抗部位１６を形成した場合を想定した。図５、図６に示す分布図において、上部中央に金属部位１２が示され、その両側にガードリングであるｐ型半導体部位１４が示されている。この図５、図６におけるショットキーバリアダイオードは、図１（ａ）に示す本発明のショットキーバリアダイオードに対応する。
図６に示した結果によれば、時間が５μｓｅｃ、８μｓｅｃ、２０μｓｅｃと経過するにつれて、電流の流れは金属部位１２が形成されたショットキー接合面全体に広がり、ｐ型半導体部位１４への電流の集中が緩和された。この電流の流れのショットキー接合面全体への広がりに伴って、ショットキー接合面全体の温度分布が均一化された。これによって、ｐ型半導体部位１４の近傍の温度上昇が、図３、図４に示す従来例に対して緩和された（図６）。半導体基板のガードリング６付近での温度は、図４に示す従来例と比べて５０～１００℃程度低下した。
　以上の結果から、従来例のショットキーバリアダイオードではガードリング付近での温度上昇によって特性低下が生じる虞があるが、本発明のショットキーバリアダイオードでは、ショットキー接合面全体の温度分布の均一化によって、特性低下が生じないというシミュレーション結果が得られた。また、定格サージ逆電力としては１ｋｗないし２ｋｗとなり、従来例に対して大きく改善された。
　１０・・ショットキーバリアダイオード（半導体素子）、１１・・半導体基板、１２・・金属部位（第二部位）、１４・・ｐ型半導体部位（第一部位）、１４ａ・・ｐ＋型半導体部（第一濃度部）、１４ｂ・・ｐ－型半導体部（第二濃度部）、１６・・高濃度部位（第三部位：ｐ－－型半導体）、１７・・高濃度部位（第三部位：ｎ－－型半導体）。

Claims (6)

  1. 第一導電型である半導体基板と、前記半導体基板の一主面側の一部に形成された、前記第一導電型とは逆導電型の第二導電型である第一部位と、前記第一部位の一部と電気的に接続されるようにして、前記半導体基板の一主面側にショットキー接合された導電性の第二部位と、を少なくとも備え、
    前記第一部位は、互いに不純物濃度が異なる第一濃度部と第二濃度部とからなり
    前記第一濃度部および前記第二濃度部は、前記半導体基板の一主面側の一部に形成され、かつ、前記第一濃度部と前記第二濃度部の側面どうしが接してなり、
    さらに、前記第二部位の一部と電気的に接続されるようにして、前記第一部位の側面およびこれに連結する底面と接するように形成された第三部位を備えており、
    前記第三部位は、イントリンシックな部位であり、前記第一部位よりも電気抵抗値が高いことを特徴とする半導体素子。
  2. 前記第一濃度部および前記第二濃度部は、一方の側面全体と、他方の側面の一部とが接してなることを特徴とする請求項１記載の半導体素子。
  3. 前記半導体基板はｎ型半導体であり、前記第一濃度部はｐ＋型半導体であり、前記第二濃度部はｐ－型半導体であり、前記第三部位は、ｐ－－型半導体、ｎ－－型半導体、またはｉ型半導体であることを特徴とする請求項１または２記載の半導体素子。
  4. 第一導電型である半導体基板と、前記半導体基板の一主面側の一部に形成された、前記第一導電型とは逆導電型の第二導電型である第一部位と、前記第一部位の一部と電気的に接続されるようにして、前記半導体基板の一主面側にショットキー接合された導電性の第二部位を含む半導体素子であって、
    前記第一部位は、互いに不純物濃度が異なる第一濃度部と第二濃度部とからなり
    前記第一濃度部および前記第二濃度部は、前記半導体基板の一主面側の一部に形成され、かつ、前記第一濃度部と前記第二濃度部の側面どうしが接してなり、
    さらに、前記第二部位の一部と電気的に接続されるようにして、前記第一部位の側面およびこれに連結する底面と接するように形成された第三部位を備えており、
    前記第三部位は、前記第一導電型または前記第二導電型であり、かつ、前記半導体基板あるいは前記第一部位より不純物濃度が低いことを特徴とする半導体素子。
  5. 前記半導体基板はｎ型半導体であり、前記第三部位の不純物濃度は、前記半導体基板よりも低いことを特徴とする請求項４記載の半導体素子。
  6. 第一導電型である半導体基板と、前記半導体基板の一主面側の一部に形成された、前記第一導電型とは逆導電型の第二導電型である第一部位と、前記第一部位の一部と電気的に接続されるようにして、前記半導体基板の一主面側にショットキー接合された導電性の第二部位を含む半導体素子であって、
    前記半導体基板は炭化ケイ素からなり、
    前記第二部位の一部と電気的に接続されるようにして、前記第一部位の側面およびこれに連結する底面と接するように形成された第三部位を備えており、
    前記第三部位は、前記第一導電型または前記第二導電型であり、不純物濃度が０より大きく、かつ１×１０１４ｃｍ－３以下の範囲であることを特徴とする半導体素子。
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