(57)【要約】【課題】耐圧が向上し、リーク電流が抑制され、かつ低順方向電圧降下性能の半導体装置を提供する。【解決手段】半導体装置１は、第１導電型の半導体基板１０と、半導体基板上にエピタキシャル成長により形成された第１導電型のドリフト領域１４と、ドリフト領域に対して、所定のカラム幅Ｌ1およびドリフト領域幅Ｌ2を有し、多段イオン注入により複数形成された第１導電型のカラム領域３０と、ドリフト領域の半導体基板とは反対側の表面上に配置され、ドリフト領域１４とショットキー接触し、第１導電型のカラム領域３０とオーミック接触するアノード電極２０と、半導体基板のドリフト領域とは反対側の裏面上に配置され、半導体基板とオーミック接触するカソード電極２４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導電型の半導体基板と、
前記半導体基板上にエピタキシャル成長により形成された第１導電型のドリフト領域と、
前記ドリフト領域に対して、所定のカラム幅およびドリフト領域幅を有し、多段イオン注入により複数形成された第１導電型のカラム領域と、
前記ドリフト領域の前記半導体基板とは反対側の表面上に配置され、前記ドリフト領域とショットキー接触し、前記第１導電型のカラム領域とオーミック接触するアノード電極と、
前記半導体基板の前記ドリフト領域とは反対側の裏面上に配置され、前記半導体基板とオーミック接触するカソード電極と
を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記多段イオン注入は、２段以上であ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】
前記多段イオン注入は、４段からなり、加速エネルギーは、２ＭｅＶ、１．１ＭｅＶ、５００ｋｅＶ、および１００ｋｅＶであ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４】
加速エネルギーが１００ｋｅＶのときのドーズ量は、４×１０12（ａｔｏｍｓ／ｃｍ2）以上８×１０12（ａｔｏｍｓ／ｃｍ2）以下であ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】
加速エネルギーが１００ｋｅＶのときのドーズ量に比べて、加速エネルギーが５００ｋｅＶ、１．１ＭｅＶ、２ＭｅＶのときのドーズ量は、濃度比率が、５％以上３０％以下の定量でそれぞれ減少することを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
加速エネルギーが１００ｋｅＶのときのドーズ量に比べて、加速エネルギーが５００ｋｅＶ、１．１ＭｅＶ、２ＭｅＶのときのドーズ量は、濃度比率が、５％以上３０％以下の定率でそれぞれ減少することを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記エピタキシャル成長により形成された前記ドリフト領域の厚さは、７μｍ以上９μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記エピタキシャル成長により形成された前記ドリフト領域の抵抗率は、０．７Ωｃｍであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記多段イオン注入後のドライブ温度およびドライブ時間は、１０５０℃以上１１５０℃以下、３０分であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記カラム幅は、０．８μｍ以上１．０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記ドリフト領域幅は、３．０μｍ以上３．２μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記ドリフト領域に対して、前記半導体装置を囲んで配置された所定の本数のフィールドリミッティングリングを備えることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記フィールドリミッティングリングの本数は、２本以上であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記フィールドリミッティングリングは、前記カラム領域と同時に、多段イオン注入により形成されたことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１５】
前記フィールドリミッティングリングの間隔は、１．６μｍ以上３．２μｍ以下であることを特徴とする請求項１４に記載の半導体装置。
【請求項１６】
前記フィールドリミッティングリングの間隔は、２．３μｍ以上２．６μｍ以下であることを特徴とする請求項１５に記載の半導体装置。
【請求項１７】
前記ドリフト領域に対して、前記カラム領域は、平面視においてストライプ状若しくはドットパターン状に配置されていることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１８】
前記半導体基板上にエピタキシャル成長により形成された第１導電型の高抵抗層を備え、前記ドリフト領域は、前記高抵抗層上に配置されることを特徴とする請求項１〜１７のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１９】
前記フィールドリミッティングリングの上に配置された絶縁層を備え、
前記アノード電極は、前記絶縁層を介して、前記フィールドリミッティングリングの上に延在していることを特徴とする請求項１〜１８のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項２０】
基板上にエピタキシャル成長層を形成する工程と、
前記エピタキシャル成長層に対してカラム領域を形成するための多段イオン注入を実施する工程と、
前記ピタキシャル成長層に対してフィールドリミティングリングを形成するためのイオン注入を実施する工程と、
前記イオン注入されたイオンを活性化するための熱処理を実施する工程と、
デバイス全面に絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層をパターニングして、前記エピタキシャル成長層上にバリアメタルを形成する工程と、
前記バリアメタル上にアノード電極を形成する工程と、
前記基板の裏面にカソード電極を形成する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特にスーパージャンクション（ＳＪ：Super Junction）構造を有するショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ：Schottky Barrier Diode）からなる半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳＪ構造を有する半導体デバイスは、各種提案されている。例えば、ＳＪ構造を有する半導体デバイスとして、金属−酸化物―半導体（ＭＯＳ：Metal Oxide Semiconductor）電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Field Effect Transistor）については、すでに開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、ＳＪ構造を有するトレンチＳＢＤについても、すでに開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
さらに、ＳＪ構造を有するＳＢＤについても、すでに開示されている（例えば、特許文献１〜３参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−４０８２２号公報
【特許文献２】特開２０１０−１４７３９９号公報
【特許文献３】特開２００８−２５８３１３号公報
【特許文献４】特開２０００−３４９３０４号公報
【特許文献５】特開２００２−７６３７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、耐圧が向上し、リーク電流が抑制され、かつ低順方向電圧降下性能の半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明の一態様によれば、第１導電型の半導体基板と、前記半導体基板上にエピタキシャル成長により形成された第１導電型のドリフト領域と、前記ドリフト領域に対して、所定のカラム幅およびドリフト領域幅を有し、多段イオン注入により複数形成された第１導電型のカラム領域と、前記ドリフト領域の前記半導体基板とは反対側の表面上に配置され、前記ドリフト領域とショットキー接触し、前記第１導電型のカラム領域とオーミック接触するアノード電極と、前記半導体基板の前記ドリフト領域とは反対側の裏面上に配置され、前記半導体基板とオーミック接触するカソード電極とを備える半導体装置が提供される。
【０００８】
本発明の他の態様によれば、基板上にエピタキシャル成長層を形成する工程と、前記エピタキシャル成長層に対してカラム領域を形成するための多段イオン注入を実施する工程と、前記ピタキシャル成長層に対してフィールドリミティングリングを形成するためのイオン注入を実施する工程と、前記イオン注入されたイオンを活性化するための熱処理を実施する工程と、デバイス全面に絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層をパターニングして、前記エピタキシャル成長層上にバリアメタルを形成する工程と、前記バリアメタル上にアノード電極を形成する工程と、前記基板の裏面にカソード電極を形成する工程とを有する半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、耐圧が向上し、リーク電流が抑制され、かつ低順方向電圧降下性能の半導体装置およびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】（ａ）実施の形態に係る半導体装置の模式的断面構造図、（ｂ）実施の形態に係る半導体装置の記号表記（ＳＢＤ）。
【図２】（ａ）実施の形態に係る半導体装置の模式的平面パターン構成図、（ｂ）図２（ａ）のＩ−Ｉ線に沿う模式的断面構造図。
【図３】（ａ）実施の形態に係る半導体装置の別の模式的平面パターン構成図、（ｂ）図３（ａ）のＩＩ−ＩＩ線に沿う模式的断面構造図。
【図４】比較例１に係るＳＢＤの模式的断面構造図。
【図５】比較例２に係るＳＢＤの模式的断面構造図。
【図６】比較例３に係るＳＢＤの模式的断面構造図。
【図７】（ａ）比較例に係るＳＢＤのＭｎｎ+構造の模式図、（ｂ）図７（ａ）における電界分布の模式図。
【図８】（ａ）実施の形態に係る半導体装置のＳＪ構造の模式図、（ｂ）図８（ａ）における電界分布式図。
【図９】４段イオン注入により形成された実施の形態に係る半導体装置の模式的断面構造図。
【図１０】２段イオン注入により形成された実施の形態に係る半導体装置の模式的断面構造図。
【図１１】（ａ）４段イオン注入により形成された実施の形態に係る半導体装置の模式的平面パターン構成図、（ｂ）図１２（ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面の電磁界シミュレーション結果。
【図１２】図１１（ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う模式的断面構造図。
【図１３】実施の形態に係る半導体装置において、多段イオン注入における濃度比率を定量的に変化させたサンプル（Ａ−１〜Ａ−６）と参照サンプル（ｒｅｆ）の説明図。
【図１４】実施の形態に係る半導体装置において、多段イオン注入における濃度比率を定率的に変化させたサンプル（Ｇ−１〜Ｇ−６）と参照サンプル（ｒｅｆ）の説明図。
【図１５】実施の形態に係る半導体装置において、多段イオン注入における濃度比率を定量的に変化させたサンプル（Ａ−１〜Ａ−６）に対する耐圧ＢＶのｒｅｆ濃度（ａ・ｂ・ｃ）依存性。
【図１６】実施の形態に係る半導体装置において、多段イオン注入における濃度比率を定率的に変化させたサンプル（Ｇ−１〜Ｇ−６）に対する耐圧ＢＶのｒｅｆ濃度（ａ・ｂ・ｃ）依存性。
【図１７】実施の形態に係る半導体装置において、参照サンプルの電位分布のシミュレーション結果。
【図１８】実施の形態に係る半導体装置において、参照サンプルの電界分布のシミュレーション結果。
【図１９】実施の形態に係る半導体装置において、多段イオン注入における濃度比率を定量的に変化させたサンプル（Ａ−１〜Ａ−６）に対する耐圧ＢＶのエピ厚（ｘ・ｙ・ｚ）・ｒｅｆ濃度（ａ・ｂ・ｃ）依存性。
【図２０】実施の形態に係る半導体装置において、多段イオン注入（イオン注入角：７°）における濃度比率を定量的に変化させたサンプル（Ａ−１〜Ａ−６）に対する耐圧ＢＶのｐカラム幅（α・β）・ｒｅｆ濃度（ａ・ｂ・ｃ）依存性。
【図２１】実施の形態に係る半導体装置において、多段イオン注入（イオン注入角：０°）における濃度比率を定量的に変化させたサンプル（Ａ−１〜Ａ−６）に対する耐圧ＢＶのｐカラム幅（α・β）・ｒｅｆ濃度（ａ・ｂ・ｃ）依存性。
【図２２】実施の形態に係る半導体装置において、多段イオン注入（イオン注入角：０°、ドライブ温度：１０５０℃）における濃度比率を定量的に変化させたサンプル（Ａ−１〜Ａ−６）に対する耐圧ＢＶのｐカラム幅（α・β）・ｒｅｆ濃度（ａ・ｂ・ｃ）依存性。
【図２３】実施の形態に係る半導体装置において、多段イオン注入（イオン注入角：０°、ドライブ温度：１１００℃）における濃度比率を定量的に変化させたサンプル（Ａ−１〜Ａ−６）に対する耐圧ＢＶのｐカラム幅（α・β）・ｒｅｆ濃度（ａ・ｂ・ｃ）依存性。
【図２４】実施の形態に係る半導体装置において、多段イオン注入（イオン注入角：０°、ドライブ温度：１１５０℃）における濃度比率を定量的に変化させたサンプル（Ａ−１〜Ａ−６）に対する耐圧ＢＶのｐカラム幅（α・β）・ｒｅｆ濃度（ａ・ｂ・ｃ）依存性。
【図２５】実施の形態に係る半導体装置において、Ａ−２サンプル（ｐカラム幅β：ｒｅｆ濃度ｂ）のドライブ温度をパラメータとする高電流領域における電流電圧特性例。
【図２６】実施の形態に係る半導体装置において、Ａ−２サンプル（ｐカラム幅β：ｒｅｆ濃度ｂ）のドライブ温度をパラメータとする低電流領域における電流電圧特性例。
【図２７】実施の形態に係る半導体装置において、Ａ−２サンプル（ｐカラム幅β：ドライブ温度：１０５０℃）のｒｅｆ濃度（ａ・ｂ・ｃ）をパラメータとする耐圧ＢＶとフィールドリミッティングリング（ＦＬＲ:Field Limiting Ring）の本数ＮFとの関係を示す図。
【図２８】（ａ）実施の形態に係る半導体装置において、ＦＬＲの本数ＮF＝２本のＡ−２サンプル（ｐカラム幅＝β：１００ｋｅＶ：ドーズ量＝６．０×１０12(ａｔｏｍｓ／ｃｍ2）：ドライブ温度：１０５０℃）の耐圧直前の印加電圧（９１Ｖ）の場合の電界分布のシミュレーション結果、（ｂ）電界分布の数値例。
【図２９】（ａ）実施の形態に係る半導体装置において、ＦＬＲの本数ＮF＝１０本のＡ−２サンプル（ｐカラム幅＝β：１００ｋｅＶ：ドーズ量＝６．０×１０12(ａｔｏｍｓ／ｃｍ2）：ドライブ温度：１０５０℃）の耐圧直前の印加電圧（９１Ｖ）の場合の電位分布のシミュレーション結果、（ｂ）電位分布の数値例。
【図３０】（ａ）実施の形態に係る半導体装置において、ＦＬＲの本数ＮF＝１０本のＡ−２サンプル（ｐカラム幅＝β：１００ｋｅＶ：ドーズ量＝６．０×１０12(ａｔｏｍｓ／ｃｍ2）：ドライブ温度：１０５０℃）の耐圧直前の印加電圧（９１Ｖ）の場合の電界分布のシミュレーション結果、（ｂ）電界分布の数値例。
【図３１】実施の形態に係る半導体装置において、Ａ−２サンプル（ｐカラム幅＝β：ドライブ温度：１０５０℃）のＦＬＲの間隔ＬFをパラメータとする耐圧ＢＶとＦＬＲの本数ＮFとの関係を示す図。
【図３２】実施の形態に係る半導体装置において、Ａ−２サンプル（ｐカラム幅＝β：ドライブ温度：１０５０℃）のＳｉメサ幅Ｌ2をパラメータとする耐圧ＢＶとＦＬＲの本数ＮFとの関係を示す図。
【図３３】実施の形態に係る半導体装置において、Ｓｉメサ幅Ｌ2・ＦＬＲの間隔ＬF＝２．２μｍのＡ−２サンプル（ｐカラム幅＝β：１００ｋｅＶ：ドーズ量＝６．０×１０12(ａｔｏｍｓ／ｃｍ2）：ＦＬＲ本数ＮF＝１０本：ドライブ温度：１０５０℃）の耐圧直前の印加電圧（１０１Ｖ）の場合の電界分布のシミュレーション結果、（ｂ）電界分布の数値例。
【図３４】実施の形態に係る半導体装置において、Ｓｉメサ幅Ｌ2・ＦＬＲの間隔ＬF＝１．６μｍのＡ−２サンプル（ｐカラム幅＝β：１００ｋｅＶ：ドーズ量＝６．０×１０12(ａｔｏｍｓ／ｃｍ2）：ＦＬＲ本数ＮF＝１０本：ドライブ温度：１０５０℃）の耐圧直前の印加電圧（１０１Ｖ）の場合の電界分布のシミュレーション結果、（ｂ）電界分布の数値例。
【図３５】実施の形態に係る半導体装置において、ＦＬＲ本数ＮF＝２本の場合のＦＬＲ近傍の模式的断面構造図。
【図３６】実施の形態に係る半導体装置において、ＦＬＲ本数ＮF＝１０本の場合のＦＬＲ近傍の模式的断面構造図。
【図３７】４段イオン注入により形成された実施の形態に係る半導体装置において、ＦＬＲ本数ＮF＝２本の場合のＦＬＲ近傍の模式的断面構造図。
【図３８】４段イオン注入により形成された実施の形態に係る半導体装置において、ＦＬＲ本数ＮF＝１０本の場合のＦＬＲ近傍の模式的断面構造図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、図面を参照して、実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚み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る。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【００１２】
又、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施の形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００１３】
実施の形態に係る半導体装置１の模式的断面構造は、図１（ａ）に示すように表され、実施の形態に係る半導体装置１の記号表記は、図１（ｂ）に示すように表される。
【００１４】
また、実施の形態に係る半導体装置１の模式的平面パターン構成は、図２（ａ）に示すように表され、図２（ａ）のＩ−Ｉ線に沿う模式的断面構造は、図２（ｂ）に示すように表される。
【００１５】
また、実施の形態に係る半導体装置１の別の模式的平面パターン構成は、図３（ａ）に示すように表され、図３（ａ）のＩＩ−ＩＩ線に沿う模式的断面構造は、図３（ｂ）に示すように表される。
【００１６】
実施の形態に係る半導体装置１は、図１〜図３に示すように、第１導電型の半導体基板１０と、半導体基板１０上にエピタキシャル成長により形成された第１導電型のドリフト領域１４と、ドリフト領域１４に対して、所定のカラム幅Ｌ1およびドリフト領域幅Ｌ2を有し、多段イオン注入により複数形成された第１導電型のカラム領域３０と、ドリフト領域１４の半導体基板１０とは反対側の表面上に配置され、ドリフト領域１４とショットキー接触し、第１導電型のカラム領域３０とオーミック接触するアノード電極２０と、半導体基板１０のドリフト領域１４とは反対側の裏面上に配置され、半導体基板１０とオーミック接触するカソード電極２４とを備える。
【００１７】
図１に示すように、アノード電極２０は、アノード端子Ａに接続され、カソード電極２４は、カソード端子Ｋに接続される。
【００１８】
ドリフト領域１４に対して、カラム領域３０は、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、ストライプ状に配置されていても良く、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、円形ドットパターン状に配置されていても良い。
【００１９】
また、ドリフト領域１４に対して、カラム領域３０は、図２（ｂ）および図３（ｂ）に示すように、所定のカラム幅Ｌ1およびドリフト領域幅Ｌ2を有し、カラム領域３０の配置パターンのピッチは（Ｌ1＋Ｌ2）で表される。
【００２０】
また、実施の形態に係る半導体装置１は、図１（ａ）に示すように、半導体基板１０上にエピタキシャル成長により形成された第１導電型の高抵抗層１２を備え、ドリフト領域１４は、高抵抗層１２上に配置されていても良い。なお、第１導電型の高抵抗層１２は、必ずしも必須ではない。実施の形態に係る半導体装置１は、図１（ａ）に示すように、高抵抗層１２を配置することによって、相対的に高耐圧化が可能である。
【００２１】
実施の形態に係る半導体装置１において、多段イオン注入は、２段以上である。
【００２２】
また、実施の形態に係る半導体装置１において、多段イオン注入は、４段からなり、加速エネルギーは、２ＭｅＶ、１．１ＭｅＶ、５００ｋｅＶ、および１００ｋｅＶであっても良い。
【００２３】
また、実施の形態に係る半導体装置１において、加速エネルギーが１００ｋｅＶのときのドーズ量は、例えば、約４×１０12（ａｔｏｍｓ／ｃｍ2）以上約８×１０12（ａｔｏｍｓ／ｃｍ2）以下であっても良い。ここで、不純物イオンは、例えば、ホウ素（Ｂ）を適用可能である。
【００２４】
また、実施の形態に係る半導体装置１において、加速エネルギーが１００ｋｅＶのときのドーズ量に比べて、加速エネルギーが５００ｋｅＶ、１．１ＭｅＶ、２ＭｅＶのときのドーズ量は、濃度比率が、約５％以上３０％以下の定量でそれぞれ減少して形成されていても良い。
【００２５】
また、実施の形態に係る半導体装置１において、加速エネルギーが１００ｋｅＶのときのドーズ量に比べて、加速エネルギーが５００ｋｅＶ、１．１ＭｅＶ、２ＭｅＶのときのドーズ量は、濃度比率が、例えば、約５％以上約３０％以下の定率でそれぞれ減少して形成されていても良い。
【００２６】
また、実施の形態に係る半導体装置１において、エピタキシャル成長により形成されたドリフト領域１４の厚さは、例えば、約７μｍ以上約９μｍ以下であっても良い。
【００２７】
また、実施の形態に係る半導体装置１において、エピタキシャル成長により形成されたドリフト領域１４の抵抗率は、例えば、約０．７Ωｃｍであっても良い。
【００２８】
また、実施の形態に係る半導体装置１において、多段イオン注入後のドライブ温度およびドライブ時間は、例えば、約１０５０℃以上約１１５０℃以下、約３０分であっても良い。
【００２９】
また、実施の形態に係る半導体装置１において、カラム幅Ｌ1は、例えば、約０．８μｍ以上約１．０μｍ以下であっても良い。
【００３０】
また、実施の形態に係る半導体装置１において、ドリフト領域幅Ｌ2は、例えば、約３．０μｍ以上約３．２μｍ以下であっても良い。
【００３１】
（比較例）
比較例１に係るＳＢＤ１Ａは、図４に示すように、第１導電型の半導体基板１００と、半導体基板１００上にエピタキシャル成長により形成された第１導電型の半導体層１２０と、半導体層１２０表面に形成された第２導電型のガードリング拡散層３２０と、半導体層１２０表面上に配置された絶縁層１６０と、ガードリング拡散層３２０に囲まれた半導体層１２０および絶縁層１６０上に配置され、半導体層１２０とショットキー接触する下地電極層１８０と、下地電極層１８０上に配置されたアノード電極２００と、アノード電極２００上に配置された絶縁層２２０と、半導体基板１００の半導体層１２０とは反対側の裏面上に配置され、半導体基板１００とオーミック接触するカソード電極２４０とを備える。
【００３２】
下地電極層１８０はＭｏで形成され、アノード電極２００はＴｉＡｌで形成される。アノード電極２００は、アノード端子Ａに接続され、カソード電極２４０は、カソード端子Ｋに接続される。
【００３３】
比較例２に係るＳＢＤ１Ｂは、図５に示すように、第１導電型の半導体基板１００と、半導体基板１００上にエピタキシャル成長により形成された第１導電型の半導体層１２０と、半導体層１２０表面に形成された第２導電型のガードリング拡散層３２０と、半導体層１２０表面上に配置された絶縁層１６０と、ガードリング拡散層３２０に囲まれた半導体層１２０および絶縁層１６０上に配置され、半導体層１２０とショットキー接触する下地電極層１８０Ａと、下地電極層１８０Ａ上に配置されたアノード電極２００Ａと、アノード電極２００Ａ上に配置された絶縁層２２０と、半導体基板１００の半導体層１２０とは反対側の裏面上に配置され、半導体基板１００とオーミック接触するカソード電極２４０とを備える。
【００３４】
下地電極層１８０Ａは半導体層１２０側からＭｏ／Ｔｉで形成され、アノード電極２００ＡはＡｌＣｕで形成される。
【００３５】
比較例２に係るＳＢＤ１Ｂは、図５に示すように、半導体層１２０表面に段差構造を形成して、ショットキー接触する下地電極層１８０Ａと半導体層１２０との接触面積を実質的に増加している。
【００３６】
比較例３に係るＳＢＤ１Ｃは、図６に示すように、第１導電型の半導体基板１００と、半導体基板１００上にエピタキシャル成長により形成された第１導電型の半導体層１２０と、半導体層１２０表面に形成された第２導電型のガードリング拡散層３２０と、半導体層１２０表面に形成されたトレンチ溝の内壁に形成された絶縁層２６０と、絶縁層２６０上に配置されトレンチ溝を充填する第２導電型のポリシリコン領域２８０と、絶縁層２６０・ポリシリコン領域２８０・半導体層１２０上に配置され、ポリシリコン領域２８０とオーミック接触し、半導体層１２０とショットキー接触するアノード電極２００Ｃと、半導体基板１００の半導体層１２０とは反対側の裏面上に配置され、半導体基板１００とオーミック接触するカソード電極２４０とを備える。
【００３７】
比較例に係るＳＢＤのＭｎｎ+構造は、図７（ａ）に示すように模式的に表され、図７（ａ）の半導体層１２０内における電界分布は、図７（ａ）に示すように模式的に表される。ここで、半導体層１２０の厚さをｄ0としている。Ｍ（１８０・１８０Ａ）ｎ（半導体層１２０）ｎ+（半導体基板１００）構造は、図４〜図６のＳＢＤ部分に対応している。図７（ｂ）に示すように、比較例に係るＳＢＤにおいては、電界分布はアノード側からカソード側に向けて次第に低下する。
【００３８】
実施の形態に係る半導体装置１のＳＪ構造は、図８（ａ）に示すように模式的に表され、図８（ａ）のドリフト領域１４における電界分布は、図８（ｂ）に示すように模式的に表される。ここで、ドリフト領域１４の厚さをｄ0としている。図８（ｂ）に示すように、実施の形態に係る半導体装置においては、電界分布はアノード側からカソード側に向けて略一定である。
【００３９】
図７（ｂ）および図８（ｂ）の斜線部分の面積が、電圧値に相当する。したがって、実施の形態に係る半導体装置においては、比較例に係るＳＢＤに比べ、半導体層１２０の厚さｄ0と同じ厚さのドリフト領域１４で、高耐圧化を実現可能である。
【００４０】
（多段イオン注入）
４段イオン注入により形成された実施の形態に係る半導体装置１の模式的断面構造は、図９に示すように表され、２段イオン注入により形成された実施の形態に係る半導体装置１の模式的断面構造は、図１０に示すように表される。
【００４１】
図９において、４段のイオン注入の加速エネルギーＶ1、Ｖ2、Ｖ3、Ｖ4に対応して、ｐ1領域３０1・ｐ2領域３０2・ｐ3領域３０3・ｐ4領域３０4が形成可能である。ここで、加速エネルギーは、Ｖ1＞Ｖ2＞Ｖ3＞Ｖ4の関係が成立する。同様に、図１０において、加速エネルギーＶ1、Ｖ2に対応して、ｐ1領域３０1・ｐ2領域３０2が形成可能である。ここで、加速エネルギーは、Ｖ1＞Ｖ2の関係が成立する。尚、図９において、ＤＬは、ｐカラム領域（３０1・３０2・３０3・３０4）からドリフト領域１４中に拡がる空乏層広がり領域を示す。空乏層広がり領域ＤＬの幅は、ｐカラム領域（３０1・３０2・３０3・３０4）およびｎドリフト領域の不純物密度とｎドリフト領域幅（Ｓｉメサ幅）Ｌ2に依存して変化する。ｐカラム領域（３０1・３０2・３０3・３０4）に挟まれたｎドリフト領域１４は、完全に空乏化されていても良い。
【００４２】
４段イオン注入により形成された実施の形態に係る半導体装置１の模式的平面パターン構成は、図１１（ａ）に示すように表され。図１２（ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面の電磁界シミュレーション結果は、図１２（ｂ）に示すように表される。さらに、図１１（ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う模式的断面構造は、図１２に示すように表される。
【００４３】
（多段イオン注入における濃度比率）
実施の形態に係る半導体装置において、多段イオン注入条件による耐圧ＢＶ傾向を調べた。ここで、ｎドリフト領域１４の厚さ（エピ厚）は８μｍ、ｎドリフト領域１４の抵抗率は０．７Ωｃｍとした。また、ｐカラム幅Ｌ1＝１．０μｍ、ｎドリフト領域幅（Ｓｉメサ幅）Ｌ2＝３．０μｍとした。ｐカラム領域３０1・３０2・３０3・３０4を形成するための多段イオン注入（イオン注入角：７°）における加速エネルギーは、２ＭｅＶ・１．１ＭｅＶ・５００ｋｅＶ・１００ｋｅＶとした。また、１００ｋｅＶにおけるドーズ量は、４．０×１０12(ａｔｏｍｓ／ｃｍ2)・６．０×１０12(ａｔｏｍｓ／ｃｍ2)・８．０×１０12(ａｔｏｍｓ／ｃｍ2)としている。また、拡散のドライブ温度・時間は、１０００℃・３０分とした。
【００４４】
実施の形態に係る半導体装置において、多段イオン注入における濃度比率を定量的に変化させたサンプル（Ａ−１〜Ａ−６）と参照サンプル（ｒｅｆ）の説明は、図１３に示すように表される。
【００４５】
参照サンプル（ｒｅｆ）では、多段イオン注入におけるドーズ量の濃度比率を１００ｋｅＶ・５００ｋｅＶ・１．１ＭｅＶ・２ＭｅＶにおいて、一定としている。すなわち、１００ｋｅＶにおけるドーズ量に合わせている。
【００４６】
これに対して、Ａ−１サンプルでは、多段イオン注入における濃度比率を定量的にー５％ずつ変化させて、ドーズ量の濃度比率を１００ｋｅＶ・５００ｋｅＶ・１．１ＭｅＶ・２ＭｅＶにおいて、１．００・０．９５・０．９０・０．８５としている。
【００４７】
Ａ−２サンプルでは、多段イオン注入における濃度比率を定量的にー１０％ずつ変化させて、ドーズ量の濃度比率を１００ｋｅＶ・５００ｋｅＶ・１．１ＭｅＶ・２ＭｅＶにおいて、１．００・０．９０・０．８０・０．７０としている。
【００４８】
Ａ−３サンプルでは、多段イオン注入における濃度比率を定量的にー１５％ずつ変化させて、ドーズ量の濃度比率を１００ｋｅＶ・５００ｋｅＶ・１．１ＭｅＶ・２ＭｅＶにおいて、１．００・０．８５・０．７０・０．５５としている。
【００４９】
Ａ−４サンプルでは、多段イオン注入における濃度比率を定量的にー２０％ずつ変化させて、ドーズ量の濃度比率を１００ｋｅＶ・５００ｋｅＶ・１．１ＭｅＶ・２ＭｅＶにおいて、１．００・０．８０・０．６０・０．４０としている。
【００５０】
Ａ−５サンプルでは、多段イオン注入における濃度比率を定量的にー２５％ずつ変化させて、ドーズ量の濃度比率を１００ｋｅＶ・５００ｋｅＶ・１．１ＭｅＶ・２ＭｅＶにおいて、１．００・０．７５・０．５０・０．２５としている。
【００５１】
Ａ−６サンプルでは、多段イオン注入における濃度比率を定量的にー３０％ずつ変化させて、ドーズ量の濃度比率を１００ｋｅＶ・５００ｋｅＶ・１．１ＭｅＶ・２ＭｅＶにおいて、１．００・０．７０・０．４０・０．１０としている。
【００５２】
実施の形態に係る半導体装置において、多段イオン注入における濃度比率を定率的に変化させたサンプル（Ｇ−１〜Ｇ−６）と参照サンプル（ｒｅｆ）の説明は、図１４に示すように表される。
【００５３】
参照サンプル（ｒｅｆ）では、多段イオン注入におけるドーズ量の濃度比率を１００ｋｅＶ・５００ｋｅＶ・１．１ＭｅＶ・２ＭｅＶにおいて、一定としている。すなわち、１００ｋｅＶにおけるドーズ量に合わせている。
【００５４】
これに対して、Ｇ−１サンプルでは、多段イオン注入における濃度比率を定率的に０．９５倍ずつ変化させて、ドーズ量の濃度比率を１００ｋｅＶ・５００ｋｅＶ・１．１ＭｅＶ・２ＭｅＶにおいて、１．００・０．９５・０．９５2・０．９５3としている。
【００５５】
Ｇ−２サンプルでは、多段イオン注入における濃度比率を定率的に０．９０倍ずつ変化させて、ドーズ量の濃度比率を１００ｋｅＶ・５００ｋｅＶ・１．１ＭｅＶ・２ＭｅＶにおいて、１．００・０．９０・０．９０2・０．９０3としている。
【００５６】
Ｇ−３サンプルでは、多段イオン注入における濃度比率を定率的に０．８５倍ずつ変化させて、ドーズ量の濃度比率を１００ｋｅＶ・５００ｋｅＶ・１．１ＭｅＶ・２ＭｅＶにおいて、１．００・０．８５・０．８５2・０．８５3としている。
【００５７】
Ｇ−４サンプルでは、多段イオン注入における濃度比率を定率的に０．８０倍ずつ変化させて、ドーズ量の濃度比率を１００ｋｅＶ・５００ｋｅＶ・１．１ＭｅＶ・２ＭｅＶにおいて、１．００・０．８０・０．８０2・０．８０3としている。
【００５８】
Ｇ−５サンプルでは、多段イオン注入における濃度比率を定率的に０．７５倍ずつ変化させて、ドーズ量の濃度比率を１００ｋｅＶ・５００ｋｅＶ・１．１ＭｅＶ・２ＭｅＶにおいて、１．００・０．７５・０．７５2・０．７５3としている。
【００５９】
Ｇ−６サンプルでは、多段イオン注入における濃度比率を定量的に０．７０倍ずつ変化させて、ドーズ量の濃度比率を１００ｋｅＶ・５００ｋｅＶ・１．１ＭｅＶ・２ＭｅＶにおいて、１．００・０．７０・０．７０2・０．７０3としている。
【００６０】
実施の形態に係る半導体装置において、多段イオン注入における濃度比率を定量的に変化させたサンプル（Ａ−１〜Ａ−６）に対する耐圧ＢＶのｒｅｆ濃度ａ・ｂ・ｃ依存性は、図１５に示すように表され、多段イオン注入における濃度比率を定率的に変化させたサンプル（Ｇ−１〜Ｇ−６）に対する耐圧ＢＶのｒｅｆ濃度ａ・ｂ・ｃ依存性は、図１６に示すように表される。ここで、ｒｅｆ濃度ａ・ｂ・ｃは、例えば、加速エネルギー＝１００ｋｅＶにおけるドーズ量４×１０12(ａｔｏｍｓ／ｃｍ2)・６×１０12(ａｔｏｍｓ／ｃｍ2)・８×１０12(ａｔｏｍｓ／ｃｍ2)に対応するｐカラム領域３０の不純物濃度である。
【００６１】
図１５および図１６の結果より、耐圧ＢＶのピーク値は、約１２０Ｖ〜約１３０Ｖが得られている。すなわち、Ａ−３サンプルで、ｒｅｆ濃度ｂの条件で、約１２０Ｖ以上が得られ、Ｇ−４サンプルでｒｅｆ濃度ｂの条件で、約１２０Ｖ以上が得られている。
【００６２】
（耐圧直前の物理量分布(１００ｋｅＶ：ドーズ量６．０×１０12(ａｔｏｍｓ／ｃｍ2))
実施の形態に係る半導体装置において、参照サンプル（ｒｅｆ）の耐圧直前の印加電圧（９６Ｖ）の場合の電位分布のシミュレーション結果は、図１７に示すように表される。
【００６３】
また、同条件において、電界分布のシミュレーション結果は、図１８に示すように表される。
【００６４】
（耐圧のエピ厚・ｒｅｆ濃度依存性）
実施の形態に係る半導体装置において、耐圧ＢＶのエピ厚・ｒｅｆ濃度依存性を調べた。エピ厚ｔE＝ｘ・ｙ・ｚとし、ｒｅｆ濃度は、ａ・ｂ・ｃとした。エピ厚ｘ・ｙ・ｚは、例えば、約７μｍ・８μｍ・９μｍとし、ｎドリフト領域１４の抵抗率は０．７Ωｃｍとした。また、ｐカラム幅Ｌ1／ｎドリフト領域幅（Ｓｉメサ幅）Ｌ2＝１．０μｍ／３．０μｍ・０．８μｍ／３．２μｍとした。ｐカラム領域３０1・３０2・３０3・３０4を形成するための多段イオン注入（イオン注入角：７°）における加速エネルギーは、２ＭｅＶ・１．１ＭｅＶ・５００ｋｅＶ・１００ｋｅＶとした。また、１００ｋｅＶにおけるドーズ量は、例えば、４．０×１０12(ａｔｏｍｓ／ｃｍ2)・６．０×１０12(ａｔｏｍｓ／ｃｍ2)・８．０×１０12(ａｔｏｍｓ／ｃｍ2)としている。ここで、ｒｅｆ濃度ａ・ｂ・ｃは、例えば、加速エネルギー＝１００ｋｅＶにおけるドーズ量４×１０12(ａｔｏｍｓ／ｃｍ2)・６×１０12(ａｔｏｍｓ／ｃｍ2)・８×１０12(ａｔｏｍｓ／ｃｍ2)に対応するｐカラム領域３０の不純物濃度である。また、拡散のドライブ温度・時間は、１０００℃・３０分とした。
【００６５】
実施の形態に係る半導体装置において、多段イオン注入における濃度比率を定量的に変化させたサンプル（Ａ−１〜Ａ−６）に対する耐圧ＢＶのエピ厚（ｘ・ｙ・ｚ）・ｒｅｆ濃度（ａ・ｂ・ｃ）依存性は図１９に示すように表される。
【００６６】
図１９に示すように、エピ厚ｙのとき、耐圧ＢＶのｒｅｆ濃度（ａ・ｂ・ｃ）依存性は、ほとんど影響がない。
【００６７】
（耐圧のｐカラム幅・ドーズ量依存性）
実施の形態に係る半導体装置において、多段イオン注入（イオン注入角：７°）における濃度比率を定量的に変化させたサンプル（Ａ−１〜Ａ−６）に対する耐圧ＢＶのｐカラム幅Ｌ1＝（α・β）・ｒｅｆ濃度（ａ・ｂ・ｃ）依存性は、図２０に示すように表される。各パラメータは、エピ厚ｔEを８μｍ一定とし、ｐカラム幅Ｌ1をα・β、加速エネルギー１００ｋｅＶにおけるドーズ量４×１０12(ａｔｏｍｓ／ｃｍ2)・６×１０12(ａｔｏｍｓ／ｃｍ2)・８×１０12(ａｔｏｍｓ／ｃｍ2)に対応するｒｅｆ濃度をａ・ｂ・ｃとしている。
【００６８】
図２０に示すように、Ａ−２サンプルでｐカラム幅β：ｒｅｆ濃度ｂ近傍において、耐圧ＢＶのピークが得られている。
【００６９】
（耐圧のｐカラム幅・ドーズ量依存性：イオン注入角：０°）
実施の形態に係る半導体装置において、耐圧ＢＶの設計寸法による依存性を調べた。ここで、イオン注入角を７°から０°に変更した。ｎドリフト領域１４の厚さ（エピ厚）は８μｍとし、ｎドリフト領域１４の抵抗率は０．７Ωｃｍとした。また、ｐカラム幅Ｌ1／ｎドリフト領域幅（Ｓｉメサ幅）Ｌ2＝１．０μｍ／３．０μｍ・０．８μｍ／３．２μｍとした。ｐカラム領域３０1・３０2・３０3・３０4を形成するための多段イオン注入（イオン注入角：０°）における加速エネルギーは、２ＭｅＶ・１．１ＭｅＶ・５００ｋｅＶ・１００ｋｅＶとした。また、拡散のドライブ温度・時間は、１０００℃・３０分とした。
【００７０】
実施の形態に係る半導体装置において、多段イオン注入（イオン注入角：０°）における濃度比率を定量的に変化させたサンプル（Ａ−１〜Ａ−６）に対する耐圧ＢＶのｐカラム幅Ｌ1（α，β）・ｒｅｆ濃度（ａ・ｂ・ｃ）依存性は、図２１に示すように表される。各パラメータは、エピ厚ｔEを８μｍ一定とし、ｐカラム幅Ｌ1をα・β、例えば、加速エネルギー１００ｋｅＶにおけるドーズ量４×１０12(ａｔｏｍｓ／ｃｍ2)・６×１０12(ａｔｏｍｓ／ｃｍ2)・８×１０12(ａｔｏｍｓ／ｃｍ2)に対応するｒｅｆ濃度をａ・ｂ・ｃとしている。
【００７１】
図２１に示すように、Ａ−２サンプルでｐカラム幅β：ｒｅｆ濃度ｂ近傍において、耐圧ＢＶのピークが得られている点は、図２０と同様である。
【００７２】
ｒｅｆ濃度ａ近傍において、より高い耐圧ＢＶが得られているのは深さ方向の濃度設定によるものと推測される。プロセス上のマージンを考慮すれば、耐圧ＢＶのピーク値は低下するがマージンの拡大が期待される濃度勾配が望ましい。すなわち、Ａ−２サンプルでｐカラム幅β：ｒｅｆ濃度ｂ近傍において、耐圧ＢＶのピークが得られる条件が望ましい。
【００７３】
（ドライブ温度による耐圧傾向）
実施の形態に係る半導体装置において、耐圧ＢＶのドライブ温度による依存性を調べた。ここで、イオン注入角を７°から０°に変更した。ｎドリフト領域１４の厚さ（エピ厚）は８μｍとし、ｎドリフト領域１４の抵抗率は０．７Ωｃｍとした。また、ｐカラム幅Ｌ1／ｎドリフト領域幅（Ｓｉメサ幅）Ｌ2＝１．０μｍ／３．０μｍ・０．８μｍ／３．２μｍとした。ｐカラム領域３０1・３０2・３０3・３０4を形成するための多段イオン注入（イオン注入角：０°）における加速エネルギーは、２ＭｅＶ・１．１ＭｅＶ・５００ｋｅＶ・１００ｋｅＶとした。また、拡散のドライブ温度は、１０５０℃・１１００℃・１１５０℃とし、ドライブ時間は、３０分とした。
【００７４】
実施の形態に係る半導体装置において、多段イオン注入（イオン注入角：０°、ドライブ温度：１０５０℃）における濃度比率を定量的に変化させたサンプル（Ａ−１〜Ａ−６）に対する耐圧ＢＶのｐカラム幅Ｌ1（α，β）・ｒｅｆ濃度（ａ・ｂ・ｃ）依存性は、図２２に示すように表される。各パラメータは、エピ厚ｔEを８μｍ一定とし、ｐカラム幅Ｌ1＝α・β、例えば、加速エネルギー１００ｋｅＶにおけるドーズ量４×１０12(ａｔｏｍｓ／ｃｍ2)・６×１０12(ａｔｏｍｓ／ｃｍ2)・８×１０12(ａｔｏｍｓ／ｃｍ2)に対応するｒｅｆ濃度をａ・ｂ・ｃとしている。
【００７５】
実施の形態に係る半導体装置において、多段イオン注入（イオン注入角：０°、ドライブ温度：１１００℃）における濃度比率を定量的に変化させたサンプル（Ａ−１〜Ａ−６）に対する耐圧ＢＶのｐカラム幅Ｌ1（α，β）・ｒｅｆ濃度（ａ・ｂ・ｃ）依存性は、図２３に示すように表される。各パラメータは、エピ厚ｔEを８μｍ一定とし、ｐカラム幅Ｌ1を例えば、１．０μｍ・０．８μｍ、加速エネルギー１００ｋｅＶにおけるドーズ量４×１０12(ａｔｏｍｓ／ｃｍ2)・６×１０12(ａｔｏｍｓ／ｃｍ2)・８×１０12(ａｔｏｍｓ／ｃｍ2)に対応するｒｅｆ濃度をａ・ｂ・ｃとしている。
【００７６】
実施の形態に係る半導体装置において、多段イオン注入（イオン注入角：０°、ドライブ温度：１１５０℃）における濃度比率を定量的に変化させたサンプル（Ａ−１〜Ａ−６）に対する耐圧ＢＶのｐカラム幅Ｌ1（α，β）・ｒｅｆ濃度（ａ・ｂ・ｃ）依存性は、図２４に示すように表される。各パラメータは、エピ厚ｔEを８μｍ一定とし、ｐカラム幅Ｌ1（α，β）を例えば、１．０μｍ・０．８μｍ、加速エネルギー１００ｋｅＶにおけるドーズ量４×１０12(ａｔｏｍｓ／ｃｍ2)・６×１０12(ａｔｏｍｓ／ｃｍ2)・８×１０12(ａｔｏｍｓ／ｃｍ2)に対応するｒｅｆ濃度をａ・ｂ・ｃとしている。
【００７７】
図２２〜図２４に示すように、ドライブ温度を上昇することによって、耐圧ＢＶが上昇する傾向が見られる。また、耐圧ＢＶのピーク値は、大きく変化はしていない。但し、この傾向は拡散が拡大することによって成り立つことからｎドリフト領域１４の電流経路の縮小にもつながるため、一概にドライブ温度の上昇が望ましいとは限らない。
【００７８】
Ａ−２サンプルでｐカラム幅β：ｒｅｆ濃度ｂ近傍において、耐圧ＢＶのピークが得られている点は、図２０、図２１と同様である。
【００７９】
ｒｅｆ濃度ａ近傍において、より高い耐圧ＢＶが得られているのは深さ方向の濃度設定によるものと推測される。プロセス上のマージンを考慮すれば、耐圧ＢＶのピーク値は低下するがマージンの拡大が期待される濃度勾配が望ましい。すなわち、Ａ−２サンプルでｐカラム幅Ｌ1をβ：ｒｅｆ濃度ｂ近傍において、耐圧ＢＶのピークが得られる条件が望ましい。
【００８０】
（電流電圧特性）
実施の形態に係る半導体装置において、電流電圧特性のドライブ温度による依存性を調べた。ここで、イオン注入角を７°とした。ｎドリフト領域１４の厚さ（エピ厚）は８μｍとし、ｎドリフト領域１４の抵抗率は０．７Ωｃｍとした。また、ｐカラム幅Ｌ1／ｎドリフト領域幅（Ｓｉメサ幅）Ｌ2＝１．０μｍ／３．０μｍ・０．８μｍ／３．２μｍとした。ｐカラム領域３０1・３０2・３０3・３０4を形成するための多段イオン注入（イオン注入角：７°）における加速エネルギーは、２ＭｅＶ・１．１ＭｅＶ・５００ｋｅＶ・１００ｋｅＶとした。また、例えば、加速エネルギー１００ｋｅＶにおけるドーズ量４×１０12(ａｔｏｍｓ／ｃｍ2)・６×１０12(ａｔｏｍｓ／ｃｍ2)・８×１０12(ａｔｏｍｓ／ｃｍ2)に対応するｒｅｆ濃度をａ・ｂ・ｃとしている。また、拡散のドライブ温度は、１０５０℃・１１００℃・１１５０℃とし、ドライブ時間は、３０分とした。
【００８１】
実施の形態に係る半導体装置において、Ａ−２サンプル（ｐカラム幅＝０．８μｍ：ドーズ量＝６．０×１０12(ａｔｏｍｓ／ｃｍ2)）のドライブ温度をパラメータとする高電流領域における電流電圧特性例は、図２５に示すように表され、低電流領域における電流電圧特性例は、図２６に示すように表される。ドライブ温度は、１０００℃・１０５０℃・１１００℃・１１５０℃と変化させている。
【００８２】
図２５に示すように、高電流領域においては、１０５０℃〜１１００℃をピークに電流容量が減少する傾向が観測される。また、図２６に示すように、低電流領域においては、ドライブ温度１１５０℃では顕著なドリフト抵抗増による影響が観測される。このため、製造マージンを考慮すると、ドライブ温度１０５０℃程度が望ましい拡散条件である。
【００８３】
（ＦＬＲの設計）
実施の形態に係る半導体装置において、外周設計を検討した。ここで、イオン注入角を７°とした。ｎドリフト領域１４の厚さ（エピ厚）は８μｍとし、ｎドリフト領域１４の抵抗率は０．７Ωｃｍとした。また、ｐカラム幅Ｌ1／ｎドリフト領域幅（Ｓｉメサ幅）Ｌ2＝０．８μｍ／３．２μｍとした。ｐカラム領域３０1・３０2・３０3・３０4を形成するための多段イオン注入（イオン注入角：７°）における加速エネルギーは、２ＭｅＶ・１．１ＭｅＶ・５００ｋｅＶ・１００ｋｅＶとした。また、拡散のドライブ温度は、１０５０℃とし、ドライブ時間は、３０分とした。
【００８４】
実施の形態に係る半導体装置において、Ａ−２サンプル（ｐカラム幅＝０．８μｍ：ドライブ温度：１０５０℃）のドーズ量をパラメータとする耐圧ＢＶとＦＬＲの本数ＮFとの関係は、図２７に示すように表される。
【００８５】
各パラメータは、エピ厚ｔEを８μｍ、ｐカラム幅βを例えば、０．８μｍ、ドライブ温度を１０５０℃、加速エネルギー１００ｋｅＶにおけるドーズ量４×１０12(ａｔｏｍｓ／ｃｍ2)・６×１０12(ａｔｏｍｓ／ｃｍ2)・８×１０12(ａｔｏｍｓ／ｃｍ2)に対応するｒｅｆ濃度をａ・ｂ・ｃとしている。
【００８６】
図２７に示すように、ＦＬＲの本数ＮFは、２本以上で、同じ耐圧ＢＶが得られることが観測される。しかしながら、耐圧ＢＶの値は、９０Ｖ〜１００Ｖ以下であり、図１５および図１６において得られた耐圧ＢＶのピーク値約１２０Ｖ〜約１３０Ｖに比べて、低下している。
【００８７】
この結果より、ＦＬＲ設計の見直しが必要であることがわかる。耐圧決定ポイントはインパクトイオン化率分布からアノードに接続するｐ型拡散とその外側にある浮遊した（電極と接触していない電界緩和を目的としたＦＬＲ）拡散の間の距離である。この距離を狭めることによって耐圧ＢＶのピーク値の改善が可能である。
【００８８】
（耐圧直前の物理量分布）
実施の形態に係る半導体装置において、ＦＬＲの本数ＮF＝２本のＡ−２サンプル（ｐカラム幅＝０．８μｍ：１００ｋｅＶ：ドーズ量＝６×１０12(ａｔｏｍｓ／ｃｍ2)：ドライブ温度：１０５０℃）の耐圧直前の印加電圧（９１Ｖ）の場合の電界分布のシミュレーション結果は、図２８（ａ）に示すように表され、電界分布の数値例は、図２８（ｂ）に示すように表される。
【００８９】
実施の形態に係る半導体装置において、ＦＬＲの本数ＮF＝１０本のＡ−２サンプル（ｐカラム幅＝０．８μｍ：１００ｋｅＶ：ドーズ量＝６×１０12(ａｔｏｍｓ／ｃｍ2)：ドライブ温度：１０５０℃）の耐圧直前の印加電圧（９１Ｖ）の場合の電位分布のシミュレーション結果は、図２９（ａ）に示すように表され、電位分布の数値例は、図２９（ｂ）に示すように表される。
【００９０】
同条件において、電界分布のシミュレーション結果は、図３０（ａ）に示すように表され、電界分布の数値例は、図３０（ｂ）に示すように表される。
【００９１】
（耐圧とＦＬＲ本数）
実施の形態に係る半導体装置において、ＦＬＲの寸法設計による耐圧向上を検討した。ここで、イオン注入角を７°とした。ｎドリフト領域１４の厚さ（エピ厚）は８μｍとし、ｎドリフト領域１４の抵抗率は０．７Ωｃｍとした。また、ｐカラム幅Ｌ1／ｎドリフト領域幅（Ｓｉメサ幅）Ｌ2＝０．８μｍ／３．２μｍとした。ｐカラム領域３０1・３０2・３０3・３０4を形成するための多段イオン注入（イオン注入角：７°）における加速エネルギーは、２ＭｅＶ・１．１ＭｅＶ・５００ｋｅＶ・１００ｋｅＶとした。また、１００ｋｅＶにおけるドーズ量は、４．０×１０12(ａｔｏｍｓ／ｃｍ2)・６．０×１０12(ａｔｏｍｓ／ｃｍ2)・８．０×１０12(ａｔｏｍｓ／ｃｍ2)としている。また、拡散のドライブ温度は、１０５０℃とし、ドライブ時間は、３０分とした。
【００９２】
実施の形態に係る半導体装置において、Ａ−２サンプル（ｐカラム幅＝０．８μｍ：ドライブ温度：１０５０℃）のＦＬＲの間隔ＬFをパラメータとする耐圧ＢＶとＦＬＲの本数ＮFとの関係は、図３１に示すように表される。
【００９３】
また、実施の形態に係る半導体装置において、Ａ−２サンプル（ｐカラム幅＝０．８μｍ：ドライブ温度：１０５０℃）のＳｉメサ幅Ｌ2をパラメータとする耐圧ＢＶとＦＬＲの本数ＮFとの関係は、図３２に示すように表される。
【００９４】
なお、図３１および図３２において、Ｓｉメサ幅Ｌ2をＦＬＲの間隔ＬFに等しく設定している。
【００９５】
図３１および図３２に示すように、ＦＬＲの間隔ＬF（＝Ｓｉメサ幅Ｌ2）が、２．３μｍ〜２．６μｍの間で耐圧ＢＶは、安定的な傾向が観測される。ただし、実施の形態に係る半導体装置１のセル部の耐圧から数Ｖ程度の低下がみられる。このレベルの低下は、浮遊状態のＦＬＲを採用することによる。
【００９６】
（耐圧直前の物理量分布）
実施の形態に係る半導体装置において、Ｓｉメサ幅Ｌ2・ＦＬＲの間隔ＬF＝２．２μｍのＡ−２サンプル（ｐカラム幅＝０．８μｍ：１００ｋｅＶ：ドーズ量＝ｂ(ａｔｏｍｓ／ｃｍ2)：ＦＬＲ本数ＮF＝１０本：ドライブ温度：１０５０℃）の耐圧直前の印加電圧（１０１Ｖ）の場合の電界分布のシミュレーション結果は、図３３（ａ）に示すように表され、電界分布の数値例は、図３３（ｂ）に示すように表される。
【００９７】
実施の形態に係る半導体装置において、Ｓｉメサ幅Ｌ2・ＦＬＲの間隔ＬF＝１．６μｍのＡ−２サンプル（ｐカラム幅＝０．８μｍ：１００ｋｅＶ：ドーズ量＝６×１０12(ａｔｏｍｓ／ｃｍ2)：ＦＬＲ本数ＮF＝１０本：ドライブ温度：１０５０℃）の耐圧直前の印加電圧（１０１Ｖ）の場合の電界分布のシミュレーション結果は、図３４（ａ）に示すように表され、電界分布の数値例は、図３４（ｂ）に示すように表される。
【００９８】
（ＦＬＲ近傍の模式的断面構造）
実施の形態に係る半導体装置１において、ＦＬＲ本数ＮF＝２本の場合のＦＬＲ近傍の模式的断面構造は、図３５に示すように表され、ＦＬＲ本数ＮF＝１０本の場合のＦＬＲ近傍の模式的断面構造は、図３６に示すように表される。
【００９９】
実施の形態に係る半導体装置１においては、ＳＢＤ部のｎドリフト領域幅（Ｓｉメサ幅）Ｌ2とＦＬＲ部のＦＬＲの間隔ＬFの寸法を異なるように設定しても良い。また、ＳＢＤ部のｎドリフト領域幅（Ｓｉメサ幅）Ｌ2とＦＬＲ部のＦＬＲの間隔ＬFの寸法を等しくなるように設定しても良い。
【０１００】
実施の形態に係る半導体装置１は、図３５〜図３６に示すように、第１導電型の半導体基板１０と、半導体基板１０上にエピタキシャル成長により形成された第１導電型のドリフト領域１４と、ドリフト領域１４に対して、所定のカラム幅Ｌ1およびドリフト領域幅Ｌ2を有し、多段イオン注入により複数形成された第１導電型のカラム領域３０と、所定のＦＬＲの間隔ＬFを有し、多段イオン注入により複数形成された第１導電型のＦＬＲ領域３２と、ＦＬＲ領域３２・ドリフト領域１４・拡散領域３４上に配置された絶縁層３６と、ドリフト領域１４の半導体基板１０とは反対側の表面上に配置され、ドリフト領域１４とショットキー接触し、第１導電型のカラム領域３０とオーミック接触するアノード電極２０と、半導体基板１０のドリフト領域１４とは反対側の裏面上に配置され、半導体基板１０とオーミック接触するカソード電極２４とを備える。
【０１０１】
図３５〜図３６に示すように、アノード電極２０は、アノード端子Ａに接続され、カソード電極２４は、カソード端子Ｋに接続される。
【０１０２】
ドリフト領域１４に対して、カラム領域３０は、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、ストライプ状に配置されていても良く、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、円形ドットパターン状に配置されていても良い。
【０１０３】
また、ＦＬＲ領域３２は、図１１（ａ）に示すように、ＳＢＤ部の周囲を囲むように配置されている。
【０１０４】
また、ドリフト領域１４に対して、カラム領域３０は、図３５〜図３６に示すように、所定のカラム幅Ｌ1およびドリフト領域幅Ｌ2を有する。
【０１０５】
また、ドリフト領域１４に対して、ＦＬＲ領域３２は、図３５〜図３６に示すように、所定のＦＬＲの間隔ＬFを有する。また、ＦＬＲ領域３２の拡散幅は、カラム領域３０のカラム幅Ｌ1に等しく設定されていても良い。
【０１０６】
また、実施の形態に係る半導体装置１は、図３５〜図３６に示すように、半導体基板１０上にエピタキシャル成長により形成された第１導電型の高抵抗層１２を備え、ドリフト領域１４は、高抵抗層１２上に配置されていても良い。なお、第１導電型の高抵抗層１２は、必ずしも必須ではない。実施の形態に係る半導体装置１は、図３５〜図３６に示すように、高抵抗層１２を配置することによって、相対的に高耐圧化が可能である。
【０１０７】
実施の形態に係る半導体装置１において、ＦＬＲ領域３２への多段イオン注入は、２段以上である。
【０１０８】
４段イオン注入により形成された実施の形態に係る半導体装置１において、ＦＬＲ本数ＮF＝２本の場合のＦＬＲ近傍の模式的断面構造は、図３７に示すように表され、ＦＬＲ本数ＮF＝１０本の場合のＦＬＲ近傍の模式的断面構造は、図３８に示すように表される。
【０１０９】
実施の形態に係る半導体装置１において、ＦＬＲ領域３２1、３２2、３２3、３２4への多段イオン注入は、４段からなり、加速エネルギーは、２ＭｅＶ、１．１ＭｅＶ、５００ｋｅＶ、および１００ｋｅＶであっても良い。
【０１１０】
また、実施の形態に係る半導体装置１において、ＦＬＲ領域３２1、３２2、３２3、３２4への多段イオン注入において、加速エネルギーが１００ｋｅＶのときのドーズ量は、例えば、約４×１０12（ａｔｏｍｓ／ｃｍ2）以上約８×１０12（ａｔｏｍｓ／ｃｍ2）以下であっても良い。ここで、不純物イオンは、例えば、ホウ素（Ｂ）を適用可能である。
【０１１１】
また、実施の形態に係る半導体装置１において、ＦＬＲ領域３２1、３２2、３２3、３２4への多段イオン注入において、加速エネルギーが１００ｋｅＶのときのドーズ量に比べて、加速エネルギーが５００ｋｅＶ、１．１ＭｅＶ、２ＭｅＶのときのドーズ量は、濃度比率が、約５％以上３０％以下の定量でそれぞれ減少して形成されていても良い。
【０１１２】
また、実施の形態に係る半導体装置１において、ＦＬＲ領域３２1、３２2、３２3、３２4への多段イオン注入において、加速エネルギーが１００ｋｅＶのときのドーズ量に比べて、加速エネルギーが５００ｋｅＶ、１．１ＭｅＶ、２ＭｅＶのときのドーズ量は、濃度比率が、例えば、約５％以上約３０％以下の定率でそれぞれ減少して形成されていても良い。
【０１１３】
また、実施の形態に係る半導体装置１において、ＦＬＲ領域３２の拡散幅は、例えば、約０．８μｍ以上約１．０μｍ以下であっても良い。
【０１１４】
また、実施の形態に係る半導体装置１において、ＦＬＲの間隔ＬFは、例えば、約１．６μｍ以上３．２μｍ以下であっても良い。望ましくは、例えば、約２．３μｍ以上２．６μｍ以下であっても良い。
【０１１５】
実施の形態に係る半導体装置１の基本構造は、ＳＢＤ領域となる活性領域とその周辺を囲むＦＬＲ領域から構成され、少ないレイヤー数（層数）の簡易な構造を有するため、製造も容易であり、製造コストも低減化される。
【０１１６】
相対的に低耐圧（例えば、約６０Ｖ以下）クラスに比べ、中耐圧（例えば、約６０Ｖ〜約２００Ｖ）クラスでは、チップサイズが材料の比抵抗と厚さに依存して大きくなることと、中耐圧クラスの主要分野がパワー系となってくることもあり、高濃度エピエピタキシャル成長層を用い、直列抵抗の削減を図ると共に、ＳＪ構造での耐圧向上を達成することによって、性能改善を図ることができる。
【０１１７】
すなわち、実施の形態に係る半導体装置１においては、ＳＪ構造を用い、ｎドリフト領域１４のエピタキシャル成長層の抵抗率および厚さを最適化し、中耐圧（例えば、約６０Ｖ〜約２００Ｖ）クラスのＳＢＤを実現している。
【０１１８】
また、実施の形態に係る半導体装置１は、ＦＬＲ領域の構造を最適化し、チップサイズに対するＳＢＤ領域の面積を相対的に増大化することによって、面積効率を上昇することができる。
【０１１９】
実施の形態に係る半導体装置１においては、高濃度エピタキシャル成長材料による耐圧向上を図るために、ＦＬＲ領域には、トレンチフィールドプレート技術を適用可能である。すなわち、図３６〜図３８に示すように、ＳＪ構造によりＦＬＲ領域３２（３２1、３２2、３２3、３２4）を形成すると共に、このＦＬＲ領域３２（３２1、３２2、３２3、３２4）の上部に絶縁層３６を介して、アノード電極２０を延在させることによって、電界緩和構造を形成している。
【０１２０】
また、実施の形態に係る半導体装置１においては、ＳＢＤ領域にＳＪ構造を採用することによって、ｐカラム領域３０の接合型ＦＥＴ効果によって、ＳＢＤの逆耐圧リーク電流を抑制可能である。
【０１２１】
結果として、実施の形態においては、中耐圧での性能向上可能でかつ低コストのＳＪ構造によるＳＢＤを実現している。
【０１２２】
実施の形態に係る半導体装置１においては、高濃度エピタキシャル成長材料を適用しつつ、耐圧向上を図るために、多段イオン注入技術を用いて形成したｐカラム領域３０（３０1、３０2、３０3、３０4）と、ｎドリフト領域１４からなるＳＪ構造を採用している。
【０１２３】
実施の形態に係る半導体装置１においては、ＳＪ構造を採用することでリーク電流を抑制可能であり、同時に、低順方向電圧ＶFを得ることができる。したがって、実施の形態に係る半導体装置１においては、中耐圧・低順方向電圧ＶF・低リーク電流性能を同時に実現可能である。
【０１２４】
さらに、実施の形態に係る半導体装置１においては、順方向特性上、大電流領域におけるｐカラム領域（３０）／ｎドリフト領域（１４）／ｎ+基板（１０）接合による電導度変調効果によって、低オン抵抗を実現可能である。
【０１２５】
実施の形態に係る半導体装置１においては、中耐圧（６０Ｖ〜１００Ｖ）クラス仕様の実現可能な条件として、以下のプロセス条件および寸法を採用している。
【０１２６】
ｎドリフト領域１４の厚さ（エピタキシャル成長層の厚さ）は７μｍ・８μｍ・９μｍとし、ｎドリフト領１４の抵抗率は０．７Ωｃｍとした。また、ｐカラム幅Ｌ1／ｎドリフト領域幅（Ｓｉメサ幅）Ｌ2＝１．０μｍ／３．０μｍ・０．８μｍ／３．２μｍとした。ｐカラム領域３０1・３０2・３０3・３０4を形成するための多段イオン注入（イオン注入角：７°）における加速エネルギーは、２ＭｅＶ・１．１ＭｅＶ・５００ｋｅＶ・１００ｋｅＶとした。また、１００ｋｅＶにおけるドーズ量は、４．０×１０12(ａｔｏｍｓ／ｃｍ2)・６．０×１０12(ａｔｏｍｓ／ｃｍ2)・８．０×１０12(ａｔｏｍｓ／ｃｍ2)としている。また、拡散のドライブ温度・時間は、１０００℃／１０５０℃／１１００℃／１１５０℃・３０分とした。
【０１２７】
（製造方法）
実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、基板１０を準備する工程と、基板１０上にエピタキシャル成長層（ｎドリフト領域１４）を形成する工程と、エピタキシャル成長層（ｎドリフト領域１４）上に絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜をパターニングして、ＳＢＤ部のＳＪ構造を形成するための多段イオン注入を実施する工程と、絶縁膜をパターニングして、ＦＬＲ部のＦＬＲを形成するためのイオン注入を実施する工程と、ＳＢＤ部のＳＪ構造を形成するための多段イオン注入およびＦＬＲ部のＦＬＲを形成するためのイオン注入によって導入された不純物を拡散するためにドライブ処理を実施する工程と、デバイス全面に絶縁層３６（図３５〜図３８参照）を形成する工程と、絶縁層３６をパターニングして、ＳＢＤ部のｎドリフト領域１４に対するショットキーコンタクトを形成するためのバリアメタルを形成する工程と、バリアメタル上にアノード電極２０を形成する工程と、デバイス全面に保護膜を形成する工程と、基板１０の裏面にカソード電極２４を形成する工程とを有する。
【０１２８】
上記の工程において、絶縁層３６は、ＳｉＯ2膜／ＰＳＧ膜の積層からなり、厚さは、例えば、約６０００Å／約１５０００Åである。
【０１２９】
また、ＳＢＤ部のｎドリフト領域１４に対するショットキーコンタクトを形成するために実施するエッチング処理は、ウエット処理が望ましい。
【０１３０】
また、ＳＢＤ部のｎドリフト領域１４に対するショットキーコンタクトを形成するためのバリアメタルは、例えば、Ｔｉ／ＴｉＮ、Ｍｏなどを適用可能である。
【０１３１】
また、バリアメタル上に形成するアノード電極２０は、例えば、ＡｌＣｕ合金を適用可能であり、厚さは、例えば、約４．２μｍである。
【０１３２】
また、デバイス全面に形成する保護膜としては、例えば、厚さ、約８０００ÅのＳｉＮ膜を適用可能である。
【０１３３】
また、カソード電極２４は、例えば、ＴｉＮｉＡｕＡｇ合金を適用可能である。
【０１３４】
以上説明したように、本実施の形態によれば、耐圧が向上し、リーク電流が抑制され、かつ低順方向電圧降下性能のショットキーバリアダイオードを提供することができる。
【０１３５】
[その他の実施の形態]
上記のように、実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
【０１３６】
例えば、実施の形態に係る半導体装置においては、シリコン基板を例として説明したが、他の半導体材料として、例えば、ＳｉＣやＧａＮ系半導体材料を適用しても良い。
【０１３７】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態などを含む。
【産業上の利用可能性】
【０１３８】
本発明の半導体装置は、Ｓｉパワー半導体モジュール、ＳｉＣパワー半導体モジュール、インテリジェントパワーモジュールなどパワーデバイス全般に利用可能であり、特に、小型・軽量化が求められている分野、車載・太陽電池・産業機器向けのインバータ、コンバータに適用可能である。
【符号の説明】
【０１３９】
１…半導体装置
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ…ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）
１０…半導体基板（ｎ+カソード領域）
１２…ｎ-高抵抗領域
１４…ｎドリフト領域
３６、１６０、２２０、２６０…絶縁層
２０…アノード電極（ショットキー電極）
２４…カソード電極
２８０…ｐ+ポリシリコン領域
３０、３０1、３０2、３０3、３０4…ｐカラム領域
３２、３２1、３２2、３２3、３２4…ＦＬＲ領域
３４…拡散領域
１８０、１８０Ａ…下地電極層
２００、２００Ａ…アノード電極
３２０…ガードリング拡散層３２０
Ａ…アノード端子
Ｋ…カソード端子
ｔE…エピ厚
Ｌ1…ｐカラム幅（α、β）
Ｌ2…ｎドリフト領域幅（Ｓｉメサ幅）
ＬF…ＦＬＲの間隔
ＤＬ…空乏層広がり領域
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図１１】
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【図１７】
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【図１８】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３３】
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【図３４】
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