(57)【要約】【課題】逆方向サージ耐量を向上することができる半導体装置を提供する。【解決手段】第１導電型の不純物を含む半導体材料からなる半導体層１と、半導体層１上に形成され、半導体層１よりも低濃度の第１導電型の不純物を含む半導体材料からなる半導体層２と、半導体層２の表面に形成され、第２導電型の不純物を含む半導体材料からなる半導体領域４と、半導体層２および半導体領域４上に形成された電極層６と、半導体層２の表面に垂直な方向から平面的に見た場合に電極層６の一部のみと重なりを有するように、半導体層１または半導体層２の内部に形成され、第２導電型の不純物を含む半導体材料からなる半導体層３と、電極層６下の半導体領域４の表面に形成され、第１導電型の不純物を含む半導体材料からなる半導体領域５とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の不純物を含む半導体材料からなる第１の半導体層と、
前記第１の半導体層上に形成され、前記第１の半導体層よりも低濃度の第１導電型の不純物を含む半導体材料からなる第２の半導体層と、
前記第２の半導体層の表面に形成され、第２導電型の不純物を含む半導体材料からなる第１の半導体領域と、
前記第２の半導体層および前記第１の半導体領域上に形成された電極層と、
前記第２の半導体層の表面に垂直な方向から平面的に見た場合に前記電極層の一部のみと重なりを有するように、前記第１の半導体層または前記第２の半導体層の内部に形成され、第２導電型の不純物を含む半導体材料からなる第３の半導体層と、
前記電極層下の前記第１の半導体領域の表面に形成され、第１導電型の不純物を含む半導体材料からなる第２の半導体領域と、
を備えたことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第２の半導体層の表面に垂直な方向から平面的に見た場合に、前記第３の半導体層と前記第２の半導体領域が重なりを有することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第２の半導体層の表面に平行な方向における前記第２の半導体領域の端部と前記電極層の端部の位置が一致することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第２の半導体領域の端部と前記電極層の端部が、前記第２の半導体層の表面に垂直な方向に離間していることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記半導体材料が炭化珪素であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、逆方向サージ耐量の向上を図った半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ショットキーバリアダイオード等の半導体装置において、半導体装置の安定動作を実現するため、各種電気特性の向上が課題となっている。そのような電気特性の一つに耐圧が挙げられる。従来より、耐圧の向上を図った様々な半導体装置が開示されている。例えば、特許文献１には、等電位リングまたはフィールドプレートの構造を改善することにより、耐圧を向上することができる半導体装置が記載されている。また、特許文献２には、ガードリングの構造を改善することにより、耐圧を向上することができる半導体装置が記載されている。
【特許文献１】特許第２８５２５５７号公報
【特許文献２】特開平１−３０５５６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
半導体装置においては、耐圧の向上の他に、逆方向に瞬間的に印加するサージ電圧に対する耐性を示す逆方向サージ耐量の向上も課題となっている。この逆方向サージ耐量が低いと、逆方向サージによる過大な電流が流れ、その電流に伴う発熱により、半導体装置の劣化や破壊を引き起こすという問題があった。
【０００４】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、逆方向サージ耐量を向上することができる半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、第１導電型の不純物を含む半導体材料からなる第１の半導体層と、前記第１の半導体層上に形成され、前記第１の半導体層よりも低濃度の第１導電型の不純物を含む半導体材料からなる第２の半導体層と、前記第２の半導体層の表面に形成され、第２導電型の不純物を含む半導体材料からなる第１の半導体領域と、前記第２の半導体層および前記第１の半導体領域上に形成された電極層と、前記第２の半導体層の表面に垂直な方向から平面的に見た場合に前記電極層の一部のみと重なりを有するように、前記第１の半導体層または前記第２の半導体層の内部に形成され、第２導電型の不純物を含む半導体材料からなる第３の半導体層と、前記電極層下の前記第１の半導体領域の表面に形成され、第１導電型の不純物を含む半導体材料からなる第２の半導体領域と、を備えたことを特徴とする半導体装置である。
【０００６】
上記の半導体装置において、第２の半導体層、第３の半導体層、第１の半導体領域、第２の半導体領域によってサイリスタ構造が形成されており、逆方向サージの印加時には、サージ電圧がサイリスタ構造の耐圧に到達した時点でサージ電流の増加と共に電圧が低下する、いわゆる点弧動作が行われる。これによって、ジュール損失の発生を抑圧し、逆方向サージ耐量を向上することができる。
【０００７】
また、本発明の半導体装置において、前記第２の半導体層の表面に垂直な方向から平面的に見た場合に、前記第３の半導体層と前記第２の半導体領域が重なりを有することを特徴とする。
【０００８】
上記の半導体装置によれば、第３の半導体層と第２の半導体領域が重なりを有していない場合よりも第３の半導体層と第２の半導体領域の距離が近くなり、サイリスタ構造が点弧動作をより確実に行うことができる。
【０００９】
また、本発明の半導体装置において、前記第２の半導体層の表面に平行な方向における前記第２の半導体領域の端部と前記電極層の端部の位置が一致することを特徴とする。
【００１０】
上記の半導体装置によれば、第２の半導体領域の端部の電界強度がより大きくなり、第２の半導体領域の端部において、インパクトイオン化により電子・正孔が生じ易くなる。これによって、サイリスタ構造が点弧動作をより確実に行うことができる。
【００１１】
また、本発明の半導体装置において、前記第２の半導体領域の端部と前記電極層の端部が、前記第２の半導体層の表面に垂直な方向に離間していることを特徴とする。
【００１２】
電極層と第２の半導体領域の接触面積が増加すると、第１の半導体領域と第２の半導体領域で構成されるダイオード構造に流れる電流が半導体装置の特性に影響を与える。上記の半導体装置によれば、電極層と第２の半導体領域の接触面積の増加が抑えられるので、ダイオード構造に流れる電流が半導体装置の特性に与える影響を小さくしつつ、サイリスタ構造が点弧動作をより確実に行うことができる。
【００１３】
また、本発明の半導体装置において、前記半導体材料が炭化珪素であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、逆方向サージ耐量を向上することができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。
【００１６】
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態を説明する。図１は、本実施形態によるＳｉＣ（炭化珪素）ショットキーバリアダイオードの断面構造を示している。図１に示すＳｉＣショットキーバリアダイオード１０は、半導体層１（第１の半導体層）と、半導体層２（第２の半導体層）と、半導体層３（第３の半導体層）と、半導体領域４（第１の半導体領域）と、半導体領域５（第２の半導体領域）と、電極層６とを備えている。図９に示す従来のＳｉＣショットキーバリアダイオード１００と比較すると、半導体層３と半導体領域５が追加されていることが特徴である。なお、図示していないが、図１に示す構造の右端を基準として左右対称な構造が右側に続いている。図１以降の図において、図１に示す要素と同一の要素には同一の符号を付与するものとする。
【００１７】
半導体層１は高濃度のＮ型不純物を含むＳｉＣで構成されている。半導体層１上には、半導体層１よりも低濃度のＮ型不純物を含むＳｉＣで構成された半導体層２が形成されている。半導体層２の内部において、半導体層１と半導体層２の境界部分には、Ｐ型不純物を含むＳｉＣで構成された半導体層３が形成されている。図１では、半導体層２側に半導体層３が形成されているが、半導体層１側に半導体層３が形成されていてもよい。
【００１８】
半導体層２の表面には、Ｐ型不純物を含むＳｉＣで構成された半導体領域４が形成されている。この半導体領域４は、いわゆるガードリングとして機能する。半導体領域４の表面には、Ｎ型不純物を含むＳｉＣで構成された半導体領域５が形成されている。半導体層２および半導体領域４，５上には、例えばＴｉ（チタン）などで構成された電極層６が形成されている。電極層６は単層構造でもよいし、複数層からなる構造でもよい。半導体層２と電極層６の間にはショットキー接合が形成されている。
【００１９】
ＳｉＣショットキーバリアダイオード１０は、例えば上下をＣｕ（銅）などの金属プレートで挟んだ状態で金属プレートに電圧を印加することによって動作する。ＳｉＣショットキーバリアダイオード１０に逆方向サージが印加された場合、半導体層１側が電極層６側よりも高電位となる。半導体層２，３と半導体領域４，５によってサイリスタ構造が形成されているため、逆方向サージの印加時には、サージ電圧がサイリスタ構造の耐圧に到達した時点でサージ電流の増加と共に電圧が低下する、いわゆる点弧動作が行われる。これによって、ジュール損失の発生を抑圧し、逆方向サージ耐量を向上することができる。
【００２０】
図２は、図１に示したＳｉＣショットキーバリアダイオード１０と、図９に示したＳｉＣショットキーバリアダイオード１００における逆方向電圧に対する電流特性を示している。図２（ａ）はＳｉＣショットキーバリアダイオード１０の特性を示し、図２（ｂ）はＳｉＣショットキーバリアダイオード１００の特性を示している。
【００２１】
図２（ｂ）に示すように、ＳｉＣショットキーバリアダイオード１００では、逆方向電圧Ｖが電圧Ｖ３を超えるまではほとんど電流Ｉが流れないが、逆方向電圧Ｖが電圧Ｖ３を超えると急激に電流Ｉが増加する。一方、図２（ａ）に示すように、ＳｉＣショットキーバリアダイオード１０では、逆方向電圧Ｖが電圧Ｖ２を超えるまではほとんど電流Ｉが流れないが、逆方向電圧Ｖが電圧Ｖ２を超えると、サイリスタ構造の点弧動作により、逆方向電圧Ｖが電圧Ｖ１まで低下する。この後、逆方向電圧Ｖが電圧Ｖ１から増加すると電流Ｉが急激に増加する。
【００２２】
したがって、ＳｉＣショットキーバリアダイオード１０，１００に同じ逆方向サージが印加された場合でも、ＳｉＣショットキーバリアダイオード１０は領域２００で動作し、ＳｉＣショットキーバリアダイオード１００は領域２１０で動作する。領域２００ではジュール損失が領域２１０でのジュール損失よりも大幅に小さくなるため、ＳｉＣショットキーバリアダイオード１０はＳｉＣショットキーバリアダイオード１００よりもジュール損失の発生を抑圧し、逆方向サージ耐量を向上することができる。
【００２３】
次に、半導体層３と半導体領域５の位置について説明する。半導体層２の表面に垂直な方向から平面的に見た場合に、図３に示すＳｉＣショットキーバリアダイオード１１のように半導体層３と半導体領域５が重なりを有していない場合よりも、図１に示すＳｉＣショットキーバリアダイオード１０のように半導体層３と半導体領域５が重なりを有している場合の方が、半導体層３と半導体領域５の距離が近くなり、サイリスタ構造の点弧動作がより確実になる。このため、半導体層２の表面に垂直な方向から平面的に見た場合に、半導体層３と半導体領域５が重なりを有することが好ましい。
【００２４】
また、順方向電圧の印加時には電極層６、半導体層２、および半導体層１を通る経路で電流が流れるため、図４に示すＳｉＣショットキーバリアダイオード１２のように半導体層３の端部３ａが右方向に大きく伸びている（すなわち半導体層３と電極層６の重なりが大きくなる）と、順方向動作時の電流の経路が制限されてしまう。したがって、半導体層３の端部が右方向に大きく伸びすぎないようにすることが好ましい。
【００２５】
次に、図５および図６を参照しながら、本実施形態によるＳｉＣショットキーバリアダイオードの製造方法を説明する。以下の製造方法は一例であり、これに限定する必要はない。まず、半導体層１を構成する基体を用意し（図５（ａ））、エピタキシャル成長により半導体層１の主面１ａ上に半導体層２，３を形成する（図５（ｂ））。続いて、イオン注入により半導体層２の表面２ａにＰ型不純物を注入し、アニールを行うことによって半導体領域４を形成する（図５（ｃ））。
【００２６】
さらに、イオン注入により半導体領域４の表面４ａにＮ型不純物を注入し、アニールを行うことによって半導体領域５を形成する（図６（ａ））。続いて、半導体層２および半導体領域４，５上に電極層６を形成する（図６（ｂ））。
【００２７】
上述したように、本実施形態のＳｉＣショットキーバリアダイオードによれば、ジュール損失の発生を抑圧し、逆方向サージ耐量を向上することができる。
【００２８】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。図７は、本実施形態によるＳｉＣショットキーバリアダイオードの断面構造を示している。図７に示すＳｉＣショットキーバリアダイオード２０は、半導体層１，２，３と、半導体領域４，５と、電極層７とを備えている。図１に示したＳｉＣショットキーバリアダイオード１０と比較すると、電極層７の構造が電極層６の構造と異なることが特徴である。
【００２９】
電極層７は、半導体層２の表面に平行な方向における半導体領域５の端部５ａと電極層７の端部７ａの位置が一致するように形成されている。半導体領域５の端部５ａと電極層７の端部７ａの位置が近いほど、半導体領域５の端部５ａの電界強度が大きくなり、半導体領域５の端部５ａでインパクトイオン化により電子・正孔が生じ易くなる。これによって、半導体層２，３と半導体領域４，５で構成されるサイリスタ構造がより確実に点弧動作を行うことができる。
【００３０】
また、電極層７は、端部７ａの付近において、電極層７と半導体領域５が半導体層２の表面に垂直な方向に離間する（非接触となる）ように形成されている。電極層７と半導体領域５の接触面積が増加すると、半導体領域４，５で構成されるダイオード構造に流れる電流がＳｉＣショットキーバリアダイオード２０の特性に影響を与える。しかし、本実施形態では、電極層７の端部７ａの付近において、電極層７と半導体領域５が離間しているので、電極層７と半導体領域５の接触面積の増加が抑えられる。これによって、半導体領域４，５が形成するダイオード構造に流れる電流がＳｉＣショットキーバリアダイオード２０の特性に影響を与えないようにしつつ、サイリスタ構造による点弧動作をより確実にすることができる。
【００３１】
なお、図８に示すＳｉＣショットキーバリアダイオード２１のように、電極層７を第１の電極層７０と第２の電極層７１で構成してもよい。また、電極層７と半導体領域５が離間している部分では、電極層７と半導体領域５の間に、樹脂膜、酸化膜、窒化膜等の絶縁膜を形成してもよい。
【００３２】
上述したように、本実施形態のＳｉＣショットキーバリアダイオードによれば、第１の実施形態と同様の効果が得られると共に、半導体層２，３と半導体領域４，５で構成されるサイリスタ構造がより確実に点弧動作を行うことができる。このため、製造上のばらつきがあっても、より安定した逆方向サージ耐量を実現することができる。
【００３３】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について詳述してきたが、具体的な構成は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、上記では本発明をＳｉＣショットキーバリアダイオードに適用した例を説明したが、本発明をＳｉショットキーバリアダイオードに適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１の実施形態によるＳｉＣショットキーバリアダイオードの断面構造を示す模式断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態によるＳｉＣショットキーバリアダイオードの動作を説明するための参考図である。
【図３】本発明の第１の実施形態によるＳｉＣショットキーバリアダイオードの断面構造を説明するための模式断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態によるＳｉＣショットキーバリアダイオードの断面構造を説明するための模式断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態によるＳｉＣショットキーバリアダイオードの製造方法を説明するための模式断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態によるＳｉＣショットキーバリアダイオードの製造方法を説明するための模式断面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態によるＳｉＣショットキーバリアダイオードの断面構造を示す模式断面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態によるＳｉＣショットキーバリアダイオードの断面構造を説明するための模式断面図である。
【図９】従来のＳｉＣショットキーバリアダイオードの断面構造を示す模式断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１，２，３・・・半導体層、４，５・・・半導体領域、６，７・・・電極層、１０，１１，１２，２０，２１，１００・・・ＳｉＣショットキーバリアダイオード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2010045158.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2010045158.tif 000009
【図８】
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【図９】
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