(57)【要約】【課題】ショットキーバリアダイオードが内蔵された半導体装置において、ショットキーバリアダイオードの順方向電圧の増加を抑える技術を提供すること。【解決手段】半導体装置１は、炭化珪素層２０の表面に露出する露出部分２６を有するｎ型のドリフト領域２２、ドリフト領域２２の露出部分２６を間に置いて設けられているｐ型のボディ領域２３、ボディ領域２３によってドリフト領域２２から隔てられているｎ型のソース領域２４、ドリフト領域２２とソース領域２４を隔てているボディ領域２３に対向するトレンチゲート４０、及びドリフト領域２２の露出部分２６にショットキー接触するソース電極３０を備えている。ドリフト領域２２の露出部分２６に溝３４が形成されており、ソース電極３０が溝３４内に設けられている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体層の表面に露出する露出部分を有する第１導電型のドリフト領域と、
前記ドリフト領域の前記露出部分を間に置いて設けられている第２導電型のボディ領域と、
前記ボディ領域によって前記ドリフト領域から隔てられている第１導電型のソース領域と、
前記ドリフト領域と前記ソース領域を隔てている前記ボディ領域に対向するゲート部と、
前記ドリフト領域の前記露出部分にショットキー接触するショットキー電極と、を備えており、
前記ドリフト領域の前記露出部分に溝が形成されており、
前記ショットキー電極が前記溝内に設けられている半導体装置。
【請求項２】
前記ボディ領域は、前記ドリフト領域の前記露出部分と前記ソース領域の間に、不純物濃度が残部よりも濃いコンタクト領域を有しており、
前記溝内に設けられた前記ショットキー電極は、前記コンタクト領域よりも深い請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記ゲート部は、前記半導体層を平面視したときに、第１方向に沿って伸びており、
前記第１方向に直交する第２方向における前記ドリフト領域の前記露出部分の幅と前記ボディ領域の前記コンタクト領域の幅の比が、前記第１方向に沿って変化するように構成されている請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記溝内に設けられた前記ショットキー電極は、前記ボディ領域よりも浅い請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記ボディ領域のコーナー部に設けられており、前記ボディ領域の前記コーナー部よりも不純物濃度が濃い第２導電型の高濃度コーナー領域をさらに備える請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記半導体層の半導体材料が炭化珪素である請求項１〜５のいずれか一項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、ショットキーバリアダイオード（SBD：Schottky Barrier Diode）が内蔵された半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電界効果トランジスタにショットキーバリアダイオードを内蔵させた半導体装置が提案されており、その一例が特許文献１に開示されている。特許文献１では、隣り合うＭＯＳ構造の間にショットキーバリアダイオードを内蔵させることで、面積消費が抑えられた半導体装置が提案されている。具体的には、ｎ型のドリフト領域の露出部分が半導体層の表面に露出し、ショットキー電極がその露出部分にショットキー接触するように構成されている。ショットキーバリアダイオードの順方向電流は、このドリフト領域の露出部分を介して流れる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００６−５２４４３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１で開示される半導体装置の電流密度を向上させるためには、隣り合うＭＯＳ構造の間隔を狭くし、単位面積当たりのＭＯＳ構造の面積を増加させる必要がある。しかしながら、隣り合うＭＯＳ構造の間隔が狭くなると、ドリフト領域の露出部分がＭＯＳ構造のボディ領域から伸びる空乏層によって空乏化され、ショットキーバリアダイオードの電流経路が狭くなり、ショットキーバリアダイオードの順方向電圧が増加してしまう。
【０００５】
本明細書では、ショットキーバリアダイオードが内蔵された半導体装置において、ショットキーバリアダイオードの順方向電圧の増加を抑える技術を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書で開示される半導体装置の一実施形態は、半導体層の表面に露出する露出部分を有する第１導電型のドリフト領域、ドリフト領域の露出部分を間に置いて設けられている第２導電型のボディ領域、ボディ領域によってドリフト領域から隔てられている第１導電型のソース領域、ドリフト領域とソース領域を隔てているボディ領域に対向するゲート部、及びドリフト領域の露出部分にショットキー接触するショットキー電極を備えている。本明細書で開示される半導体装置では、ドリフト領域の露出部分に溝が形成されており、ショットキー電極が溝内に設けられている。
【０００７】
上記形態の半導体装置では、ショットキー電極が溝内に設けられているので、ドリフト領域の露出部分内に伸びてくる空乏層の影響を抑えることができ、ショットキーバリアダイオードの順方向電圧の増加が抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】半導体装置の一実施形態の要部斜視図を模式的に示す（ソース電極の一部が取り除かれて図示されている）。
【図２】図１のII-II線に対応した要部断面図を模式的に示す。
【図３】ドリフト領域の露出部分の要部拡大断面図を模式的に示す。
【図４】半導体装置の変形例の要部断面図を模式的に示す。
【図５】導体装置の他の一実施形態の要部斜視図を模式的に示す（ソース電極の一部が取り除かれて図示されている）。
【図６】導体装置の他の一実施形態の要部斜視図を模式的に示す（ソース電極の一部が取り除かれて図示されている）。
【図７】導体装置の他の一実施形態の要部斜視図を模式的に示す（ソース電極の一部が取り除かれて図示されている）。
【図８】導体装置の他の一実施形態の要部斜視図を模式的に示す（ソース電極の一部が取り除かれて図示されている）。
【図９】導体装置の他の一実施形態の要部斜視図を模式的に示す（ソース電極の一部が取り除かれて図示されている）。
【図１０】導体装置の他の一実施形態の要部斜視図を模式的に示す（ソース電極の一部が取り除かれて図示されている）。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本明細書で開示される技術の特徴を整理する。なお、以下に記す事項は、各々単独で技術的な有用性を有している。
【００１０】
（特徴１）本明細書で開示される半導体装置の一実施形態は、半導体層の表面に露出する露出部分を有する第１導電型のドリフト領域、ドリフト領域の露出部分を間に置いて設けられている第２導電型のボディ領域、ボディ領域によってドリフト領域から隔てられている第１導電型のソース領域、ドリフト領域とソース領域を隔てているボディ領域に対向するゲート部、及びドリフト領域の露出部分にショットキー接触するショットキー電極を備えている。ここで、半導体装置の一例には、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）又はＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が挙げられる。この形態の半導体装置では、ショットキー電極がドリフト領域の露出部分にショットキー接触することで、そのドリフト領域の露出部分にショットキーバリアダイオードが内蔵されている。ゲート部の構造は特に限定されるものではなく、典型的には、トレンチゲート又はプレーナーゲートを採用することができる。この形態の半導体装置では、ドリフト領域の露出部分に溝が形成されており、ショットキー電極が溝内に設けられている。
（特徴２）ボディ領域は、ドリフト領域の露出部分とソース領域の間に、不純物濃度が残部よりも濃いコンタクト領域を有していてもよい。さらに、溝内に設けられたショットキー電極は、コンタクト領域よりも深くてもよい。この形態によると、コンタクト領域からドリフト領域の露出部分に伸びてくる空乏層よりも深い位置までショットキー電極が設けられているので、空乏層の影響が抑えられ、ショットキーバリアダイオードの順方向電圧の増加が抑えられる。
（特徴３）特徴２において、ゲート部は、半導体層を平面視したときに、第１方向に沿って伸びていてもよい。この場合、第１方向に直交する第２方向におけるドリフト領域の露出部分の幅とボディ領域のコンタクト領域の幅の比が、第１方向に沿って変化するように構成されていてもよい。即ち、この形態によると、第１方向に沿って観測したときに、ドリフト領域の露出部分の幅が広い部分（ボディ領域のコンタクト領域の幅が狭い部分）とドリフト領域の露出部分の幅が狭い部分（ボディ領域のコンタクト領域の幅が広い部分）が存在している。このため、ドリフト領域の露出部分の幅が広い部分（ボディ領域のコンタクト領域の幅が狭い部分）が存在することによって、ショットキーバリアダイオードの順方向電圧の増加が抑えられる。さらに、ドリフト領域の露出部分の幅が狭い部分（ボディ領域のコンタクト領域の幅が広い部分）が存在することによって、ラッチアップが抑えられる。
（特徴４）溝内に設けられたショットキー電極は、ボディ領域よりも浅くてもよい。この形態によると、ショットキー電極の底面における電界集中が緩和され、耐量が向上する。
（特徴５）半導体層の半導体材料が炭化珪素であってもよい。
【実施例１】
【００１１】
以下、図面を参照して、ショットキーバリアダイオードを内蔵したＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）である半導体装置１を説明する。半導体装置１は、例えば、交流モータに交流電力を供給するインバータ装置に用いられ、ショットキーバリアダイオードがフリーホイールダイオードとして動作する。図１及び図２に示されるように、半導体装置１は、ドレイン電極１０、炭化珪素層２０、ソース電極３０、及びトレンチゲート４０を備える。
【００１２】
ドレイン電極１０は、炭化珪素層２０の裏面を被膜するように形成されており、炭化珪素層２０の裏面にオーミック接触している。ドレイン電極１０の材料には、例えば、Ni、Ti、Mo、又はCoが用いられる。
【００１３】
炭化珪素層２０は、ｎ型の基板２１、ｎ型のドリフト領域２２、ｐ型のボディ領域２３、及びｎ型のソース領域２４を有している。ｎ型の基板２１は、面方位が［０００１］面の炭化珪素基板であり、ドレイン領域とも称される。基板２１の裏面は、ドレイン電極１０にオーミック接触している。
【００１４】
ドリフト領域２２は、基板２１上に設けられており、凸状の露出部分２６を上部に有している。露出部分２６の上面は、炭化珪素層２０の表面の一部に露出している。露出部分２６は、ストライプ状に配置されたトレンチゲート４０の長手方向（以下、奥行き方向という）に対して平行に伸びている。ドリフト領域２２は、エピタキシャル成長技術を利用して、基板２１から結晶成長して形成されている。
【００１５】
ボディ領域２３は、ドリフト領域２２の露出部分２６を間に置いて配置されており、コンタクト領域２５を上部に有している。コンタクト領域２５は、ドリフト領域２２の露出部分２６とソース領域２４の間に設けられており、炭化珪素層２０の表面の一部に露出しており、不純物濃度が相対的に濃い部分である。コンタクト領域２５は、ショットキーバリアダイオードがリカバリ動作するときに、ソース電極３０に向かう正孔の一部がソース領域２４に流入してラッチアップするのを抑制する機能を有する。このため、コンタクト領域２５は、ソース領域２４に隣接して設けられ、ある程度の面積を有しているのが望ましい。コンタクト領域２５は、奥行き方向に対して平行に伸びている。ボディ領域２３は、飛程距離を変えた複数回のイオン注入技術を利用して、炭化珪素層２０の表面からｐ型不純物（一例では、アルミニウム）を導入することで形成されている。
【００１６】
ソース領域２４は、ボディ領域２３上に設けられており、ボディ領域２３によってドリフト領域２２から隔てられており、炭化珪素層２０の表面の一部に露出している。ソース領域２４は、奥行き方向に対して平行に伸びている。ソース領域２４は、イオン注入技術を利用して、炭化珪素層２０の表面からｎ型不純物（一例では、リン）を導入することで形成されている。
【００１７】
ソース電極３０は、炭化珪素層２０の表面を被覆しており、炭化珪素層２０の表面に露出しているソース領域２４、ボディ領域２３のコンタクト領域２５、及びドリフト領域２２の露出部分２６に接触している。ここで、ドリフト領域２２の露出部分２６には、溝３４が形成されており、ソース電極３０の一部が溝３４内に設けられている。以下、溝３４内に設けられたソース電極３０の一部をトレンチショットキー電極３２という。トレンチショットキー電極３２は、奥行き方向に対して平行に伸びている。ソース電極３０は、ソース領域２４とボディ領域２３のコンタクト領域２５に対してオーミック接触しており、ドリフト領域２２の露出部分２６に対してショットキー接触している。ソース電極３０の材料には、例えば、Ni、Ti、又はMoが用いられる。なお、ソース電極３０は、この例に代えて、ソース領域２４とボディ領域２３のコンタクト領域２５に対してオーミック接触する部分とドリフト領域２２の露出部分２６に対してショットキー接触する部分が異なる材料で構成されていてもよい。
【００１８】
トレンチゲート４０は、ドリフト領域２２とソース領域２４を隔てるボディ領域２３に対向している。トレンチゲート４０は、炭化珪素層２０の表面からボディ領域２３を貫通するトレンチ内に設けられているトレンチゲート電極４２及びゲート絶縁膜４４を含む。トレンチゲート電極４２は、ＣＶＤ技術を利用して、ゲート絶縁膜４４で被膜されたトレンチ内に充填して形成される。ゲート絶縁膜４４は、ＣＶＤ技術を利用して、トレンチの内壁を被膜して形成されている。
【００１９】
図３に、ドリフト領域２２の露出部分２６の要部拡大断面図を示す。例えば、半導体装置１の電流密度を向上させるためには、隣り合うＭＯＳ構造の間隔を狭くし、単位面積当たりのＭＯＳ構造の面積を増加させる必要がある。このような高密度な半導体装置１では、隣り合うボディ領域２３のコンタクト領域２５の間の距離Ｗ２５が短くなる。例えば、トレンチショットキー電極３２が設けられていない場合、コンタクト領域２５から伸びてくる空乏層（図中破線で示す）によって露出部分２６の導通経路が狭くなり、ショットキーバリアダイオードの順方向電圧が増加する。一方、トレンチショットキー電極３２が設けられていると、このような空乏層によって導通経路が狭くなることの影響を抑えることができるので、ショットキーバリアダイオードの順方向電圧の増加を抑えることができる。このように、トレンチショットキー電極３２を設ける技術は、高密度な半導体装置１において特に有用である。
【００２０】
図３に示されるように、ボディ領域２３から伸びてくる空乏層は、表層部に設けられた高濃度なコンタクト領域２５の側方において広範囲に広がる。このため、トレンチショットキー電極３２は、コンタクト領域２５よりも深い位置まで形成されているのが望ましい。空乏層による導通経路が狭くなることの影響を良好に抑えることができる。また、トレンチショットキー電極３２は、ボディ領域２３よりも浅い位置に形成されているのが望ましい。トレンチショットキー電極３２の底面に加わる電界を緩和することができる。なお、図４に示されるように、トレンチショットキー電極３２の底面に接するように絶縁領域３６が設けられていてもよい。この絶縁領域３６は、ＣＶＤ技術を利用して、溝３４の底部に充填することができる。このような絶縁領域３６を設けることによって、トレンチショットキー電極３２の底面における電界集中による破壊を抑制することができる。
【００２１】
なお、ドリフト領域２２の露出部分２６に形成されるトレンチショットキー電極３２の形態は特に限定されるものではない。例えば、図５に示されるように、ドリフト領域２２の露出部分２６に複数本のトレンチショットキー電極３２が設けられていてもよい。また、図６に示されるように、トレンチショットキー電極３２は、奥行き方向に対して分散して配置されていてもよい。いずれの場合も、ショットキーバリアダイオードの順方向電圧の増加を抑える効果を奏することができる。
【００２２】
図７に示されるように、ドリフト領域２２の露出部分２６は、奥行き方向に沿って幅狭部分２６ａと幅広部分２６ｂが交互に配置されていてもよい。換言すれば、ボディ領域２３のコンタクト領域２５が、奥行き方向に沿って幅広部分２５ａと幅狭部分２５ｂが交互に配置されていてもよい。すなわち、奥行き方向に直交する方向で観測したときに、ドリフト領域２２の露出部分２６の幅とボディ領域２３のコンタクト領域２５の幅の比が、奥行き方向に沿って非連続的に変化するように構成されていてもよい。この態様によると、ドリフト領域２２の露出部分２６の幅狭部分２６ａ（ボディ領域２３のコンタクト領域２５の幅広部分２５ａ）においてラッチアップの発生が抑えられ、ドリフト領域２２の露出部分２６の幅広部分２６ｂ（ボディ領域２３のコンタクト領域２５の幅狭部分２５ｂ）においてショットキーバリアダイオードの順方向電圧の増加が抑えられる。
【００２３】
図８に示されるように、ドリフト領域２２の露出部分２６の幅とボディ領域２３のコンタクト領域２５の幅の比を奥行き方向に沿って変化させる表面レイアウトには様々な例が採用できる。この例では、ドリフト領域２２の露出部分２６の幅が奥行き方向に沿って連続的に変化する。このような態様であっても、順方向電圧の増加抑制とラッチアップの発生抑制の両者の特性を具備することができる。
【００２４】
図９に示されるように、表面レイアウトの変更ではなく、ボディ領域２３のコンタクト領域２５の厚みを薄くすることも有用である。このように、コンタクト領域２５をソース領域２４よりも浅く形成することで、コンタクト領域２５から側方へ伸びる空乏層の幅を抑えることができるので、ショットキーバリアダイオードの順方向電圧の増加を抑えることができる。
【００２５】
また、図１０に示されるように、ドリフト領域２２の露出部分２６に隣接するボディ領域２３のコーナー部に、ボディ領域２３のコーナー部よりも不純物濃度が濃いｐ型の高濃度コーナー領域２７が設けられていてもよい。このような高濃度コーナー領域２７が設けられていると、トレンチゲート４０のコーナー部における電界集中が緩和され、トレンチゲート４０のコーナー部における電界集中による破壊を抑制することができる。
【００２６】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００２７】
１０：ドレイン電極
２０：炭化珪素層
２１：基板
２２：ドリフト領域
２３：ボディ領域
２４：ソース領域
２５：コンタクト領域
２６：露出部分
３０：ソース電極
３２：トレンチショットキー電極
３４：溝
４０：トレンチゲート
４２：トレンチゲート電極
４４：ゲート絶縁膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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