(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化珪素からなる基板と、
前記基板に含まれ、該基板の第一面に隣接するｎ型半導体からなる第一半導体層と、
該第一半導体層にショットキー接合された金属層と、
該金属層の周縁領域に接して外側に広がる第一絶縁層と、
該第一絶縁層と前記金属層とが接する周縁領域に沿って、前記第一半導体層内に形成されたｐ型半導体からなるガードリング層と、
該ガードリング層から前記基板の中心領域に向かって、前記第一半導体層内に第１の間隔ごとに複数形成されたｐ型半導体からなる第二半導体層と、
前記基板の第一面上にあり、前記ガードリング層と該ガードリング層に隣接した前記第二半導体層との間に形成された第二絶縁層と、
前記基板の第一面上にあり、互いに隣接する前記第二半導体層どうしの間に形成された第三絶縁層と、
を備えたショットキーバリアダイオード。
【請求項２】
前記第二半導体層は、Ｐ＋型半導体領域と、Ｐ−型半導体領域とから構成されている請求項１記載のショットキーバリアダイオード。
【請求項３】
前記第一絶縁層、前記第二絶縁層、および前記第三絶縁層は、前記第一半導体層に重ねて形成した均一に広がる絶縁体をパターニングしてなる構造を有する請求項１または２記載のショットキーバリアダイオード。
【請求項４】
前記第一絶縁層は、半導体酸化物からなる請求項１ないし３いずれか１項記載のショットキーバリアダイオード。
【請求項５】
前記基板の第一面上にあり、前記第二半導体層と接合されるオーミック電極をさらに備える請求項１ないし４いずれか１項記載のショットキーバリアダイオード。
【請求項６】
前記第二絶縁層は平面視で前記第三絶縁層を囲み、前記第一絶縁層は平面視で前記第二絶縁層を囲む請求項１記載のショットキーバリアダイオード。
【請求項７】
前記第一絶縁層は、前記ガードリングの外縁部分を覆い、
前記金属層は、前記ガードリングの内縁部分と接する請求項１記載のショットキーバリアダイオード。
【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に関し、詳しくは、ショットキーバリアダイオードの逆サージ耐量を改善する技術に関する。
本願は、２０１１年３月７日に、日本に出願された特願２０１１−０４９６２１号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
ショットキーバリアダイオード（以下、ＳＢＤと称する）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。
【０００３】
こうしたＳＢＤを備えたスイッチング電源では、例えば、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（以下、逆サージ耐量と称する）を超えてしまう場合がある。逆方向電圧が逆サージ耐量を超えてしまうとＳＢＤの破壊を招く懸念がある。
【０００４】
逆サージ耐量を改善するダイオードの一例として、図１に示すジャンクションバリアショットキー（Junction Barrier Schottky：以下ＪＢＳと称する）構造を採用したダイオードが知られている。
図４に、従来のＪＢＳダイオードの一例を示す。ＪＢＳダイオード１００は、例えば、ＳｉＣなどからなる半導体基板１０１の一面に形成されたｎ型半導体層１０２に、金属層１０３がショットキー接合されている。また、この金属層１０３の周縁付近から外側には絶縁層１０４が形成されている。そして、金属層１０３と絶縁層１０４との接続部分、即ち絶縁層１０４の周縁部分に重なるように、Ｐ型半導体からなるガードリング層１０５が形成されている。こうしたガードリング層１０５は、ｎ型半導体層１０２にイオン注入等で不純物を拡散することによって形成され、ショットキー接合されたｎ型半導体層１０２と金属層１０３との周縁領域で生じる電界集中を緩和する。
【０００５】
一方、ガードリング層１０５の内側、即ち中心領域にはＪＢＳ構造が形成される。例えば、ガードリング層１０５の内側に、所定の間隔ごとにｐ型半導体からなる第二半導体層１０６が複数形成される。こうしたｎ型半導体層１０２との間でｐｎ接合された第二半導体層１０６は、ｎ型半導体層１０２と金属層１０３とのショットキー接合部や、その周辺の絶縁層１０４よりも耐圧が低くなるように設計される。これにより、第二半導体層１０６からなるＪＢＳに逆方向電流（逆サージ）の負荷を誘引し、ショットキー接合部の逆サージ耐量を改善することができるとされている（例えば、非特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Material Science Forum Vols.527-529(2006),pp1155-1158
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述したような従来のＪＢＳダイオードでは、ｐ型の第二半導体層がｎ型半導体層と金属層とのショットキー接合部に近接して配置されているために、ショットキー接合部から第二半導体層に沿って空乏層が延びてしまう。これによって、第二半導体層の耐圧を充分に小さくすることができなくなる。結果的に、こうした従来のＪＢＳ構造をもつＳＢＤでは、実際には周縁領域での電界集中は殆ど緩和されず、逆サージ耐量を改善するには至っていない。
【０００８】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、ジャンクションバリアショットキー構造をもつダイオードにおいて、ショットキー接合部の逆サージ耐量を改善することが可能なショットキーバリアダイオード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】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のいくつかの態様は、次のようなショットキーバリアダイオードを提供した。
本発明の一実施形態に係るショットキーバリアダイオードは、炭化珪素からなる基板と、前記基板に含まれ、該基板の第一面隣接するｎ型半導体からなる第一半導体層と、該第一半導体層にショットキー接合された金属層と、該金属層の周縁領域に接して外側に広がる第一絶縁層と、該第一絶縁層と前記金属層とが接する周縁領域に沿って、前記第一半導体層内に形成されたｐ型半導体からなるガードリング層と、該ガードリング層から前記基板の中心領域に向かって、前記第一半導体層内に第１の間隔ごとに複数形成されたｐ型半導体からなる第二半導体層と、前記基板の第一面上にあり、前記ガードリング層と該ガードリング層に隣接した前記第二半導体層との間に形成された第二絶縁層と、前記基板の第一面上にあり、互いに隣接する前記第二半導体層どうしの間に形成された第三絶縁層と、を備える。
【００１０】
前記第二半導体層は、Ｐ＋型半導体領域と、Ｐ−型半導体領域とから構成されていてもよい。
前記第一絶縁層、前記第二絶縁層、および前記第三絶縁層は、前記第一半導体層に重ねて形成した均一に広がる絶縁体をパターニングしてなる構造を有していてもよい。
前記第一絶縁層は、半導体酸化物から構成されていてもよい。
前記ショットキーバリアダイオードは、前記第一面上にあり、前記第二半導体層と接合されるオーミック電極をさらに備えてもよい。
前記第二絶縁層が平面視で前記第三絶縁層を囲み、前記第一絶縁層が平面視で前記第二絶縁層を囲むように構成されていてもよい。
前記第一絶縁層が前記ガードリングの外縁部分を覆い、前記金属層が前記ガードリングの内縁部分と接するように構成されていてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のショットキーバリアダイオードによれば、第二絶縁層、第三絶縁層によって、第一半導体層と金属層とのショットキー接合部から、第二半導体層の側面に沿って空乏層が延びることを防止する。
【００１２】
これによって、第一半導体層と金属層とのショットキー接合部における逆サージ耐量が大きく改善される。例えば、第一半導体層から金属層に向かって印加される逆方向電圧が生じても、第二絶縁層、第三絶縁層によって空乏層の延びが抑制されることにより第二半導体層部に電界が集中し耐圧が低くなり、第二半導体層に逆サージ電流が流れることで逆サージ耐量が増加するので、ショットキーバリアダイオードの逆方向電圧による損傷を防止することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】本発明の一実施形態に係るショットキーバリアダイオードを示す平面図である。
【図１Ｂ】本発明の一実施形態に係るショットキーバリアダイオードを示す断面図である。
【図２】図１の周縁領域と中心領域との境界付近を示す要部拡大断面図である。
【図３】本発明の実施例に係る検証結果を示すグラフである。
【図４】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。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明に係るショットキーバリアダイオードの一実施形態について説明する。なお、本実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【００１５】
図１Ａおよび図１Ｂは、本発明のショットキーバリアダイオードの一実施形態を示す平面図および断面図である。
この実施形態に係るショットキーバリアダイオード（以下、ダイオードと称する）１０は、炭化珪素（ＳｉＣ）からなる基板１１を備えている。この基板１１は、例えば、高濃度の不純物を含んだｎ＋型ＳｉＣからなる高濃度半導体層（ｎ型領域）１２と、低濃度の不純物を含んだｎ−型ＳｉＣからなる第一半導体層１３とを積層してなる。なお、以下の説明では、基板１１の互いに対向する二つの面のうち、第一半導体層１３（ｎ−型ＳｉＣ層）１３が隣接する面を基板１１の第一面（一方の主面）１１ａとし、高濃度半導体層（ｎ＋型ＳｉＣ層）１２が隣接する面を基板１１の第二面（他方の主面）１１ｂとする。
【００１６】
基板１１の第一面（一方の主面）１１ａには、第一半導体層１３にショットキー接合された金属層（ショットキー電極）１４が重ねて形成される。この金属層１４は、例えば、Ｍｏ（モリブデン）、Ｔｉ（チタン）等の一種類の金属材料からなる。また、金属層１４は、基板１１の第一面１１ａ側のうち、後述する第一絶縁層２１によって囲まれた領域全体に形成され、さらに、その周縁領域は、第一絶縁層２１に重なるように形成されている。
【００１７】
基板１１の第一面（一方の主面）１１ａには、金属層１４の周縁領域に接して外側に広がる第一絶縁層２１が形成されている。この第一絶縁層２１は、例えば、シリコン酸化膜等によって、リング状に形成されていればよい。
【００１８】
第一絶縁層２１と金属層１４とが接する基板１１の周縁領域Ａｅには、第一半導体層１３に対して平面視リング状となるようにｐ型半導体からなるガードリング層（ｐ型リサーフ層）１５が形成される。ガードリング層１５は、例えばＡｌ（アルミニウム）イオンやＢ（ボロン）を不純物として用いた構成であればよい。第一絶縁層２１は、リング状とされたガードリング層１５の外縁部分を覆うように配されており、ガードリング層１５の内縁部分は第一絶縁層２１によって覆われず、金属層１４と接する。
【００１９】
第一半導体層１３には、ガードリング層１５よりも内側である基板１４の中心領域Ａｃに向かって、所定の間隔（第１の間隔）ごとにｐ型半導体からなる第二半導体層１６が複数形成されている。
【００２０】
こうした構成によって、金属層１４は、ｎ−型ＳｉＣからなる第一半導体層１３の表面、複数のｐ型半導体からなる第二半導体層１６、およびｐ型半導体からなるガードリング層１５に接触する。そして、金属層１４は、第一半導体層１３に対しては、ショットキー接触で接続される。また、金属層１４は、オーミック層２４、第二半導体層１６、ガードリング層１５に対してはオーミック接触で接続される。なお、オーミック層２４は、ＮｉやＴｉやＡｌ等を焼鈍して形成される。
【００２１】
一方、基板１１の第二面（他方の主面）１１ｂには、高濃度半導体層１２に重ねて、オーミック電極１８が形成されている。オーミック電極１８は、例えば、Ｎｉ、Ｔｉ等の金属材料からなり、ｎ＋型ＳｉＣからなる高濃度半導体層１２に対して、オーミック接触で接続されている。
【００２２】
図２は、ダイオードの周縁領域から中心領域に至る部分を拡大した、積層方向に沿った要部断面図である。
ガードリング層１５は、例えば、Ｐ＋型領域１５ａと、このＰ＋型領域１５ａの外縁を包むように形成されたＰ−型領域１５ｂとから構成されている。また、ガードリング層１５よりも内側である基板１４の中心領域Ａｃに向かって、所定の間隔（第１の間隔）ごとに形成された複数の第二半導体層１６のうち、例えば、ガードリング層１５に近い第二半導体層１６１，１６２も、それぞれＰ＋型領域１６ａと、このＰ＋型領域１６ａの外縁を包むように形成されたＰ−型領域１６ｂとから構成されている。
【００２３】
また、基板１１の第一面（一方の主面）１１ａにおいて、ガードリング層１５を構成するＰ＋型領域１５ａに接合されるように、オーミック電極２４が形成されている。オーミック電極２４は、例えばＮｉ，Ｔｉ，Ａｌ等を焼鈍していればよい。
【００２４】
更に、基板１１の第一面（一方の主面）１１ａにおいて、複数の第二半導体層１６のうち、それぞれのＰ＋型領域１６ａに接合されるようにオーミック電極２４が形成されている。こうしたオーミック電極２４も、例えば、Ｎｉ，Ｔｉ，Ａｌ等を焼鈍していればよい。
【００２５】
基板１１の第一面（一方の主面）１１ａには、少なくともガードリング層１５と、このガードリング層１５に隣接した第二半導体層１６１との間に跨るように、基板１１の周縁領域Ａｅにおいて第二絶縁層２２が形成されている。即ち、ガードリング層１５と、ガードリング層１５に隣接した第二半導体層１６１との間で、基板１１の第一面（一方の主面）１１ａに露呈された第一半導体層１３を覆うように第二絶縁層２２が形成される。
【００２６】
更に、ガードリング層１５に隣接した第二半導体層１６１と、この第二半導体層１６１に隣接する第二半導体層１６２との間に跨るように、基板１１の中心領域Ａｃにおいて第三絶縁層２３が形成されている。即ち、第二半導体層１６１と第二半導体層１６２との間で、基板１１の第一面（一方の主面）１１ａに露呈された第一半導体層１３を覆うように第三絶縁層２３が形成される。これによって、第三絶縁層２３は、第二半導体層１６１と第二半導体層１６２との間で基板１１の第一面１１ａに露呈された第一半導体層１３と、金属層１４との間を電気的に絶縁する。
【００２７】
なお、第二絶縁層２２は、基板１１の第一面（一方の主面）１１ａに露呈されたガードリング層１５のＰ−型領域１５ｂ、および第二半導体層１６１のＰ−型領域１６ｂまで覆うように形成することが好ましい。
同様に、第三絶縁層２３は、基板１１の第一面（一方の主面）１１ａに露呈された第二半導体層１６１のＰ−型領域１６ｂ、および第二半導体層１６２のＰ−型領域１６ｂまで覆うように形成することが好ましい。
【００２８】
第二絶縁層２２や第三絶縁層２３は、例えば、シリコン酸化膜等をリング状に形成したものであればよい。他にも、第二絶縁層２２や第三絶縁層２３は、金属酸化物や樹脂などの誘電材料から構成されていればよい。
また、図１Ａに示されるように、第一絶縁層２１は平面視で第二絶縁層２２を囲み、第二絶縁層２２は平面視で第三絶縁層２３を囲んでいる。
【００２９】
なお、第三絶縁層２３は、基板１１の中心に向けて配列された複数の第二半導体層１６のそれぞれの間に、更に複数形成されていても良い。
また、第一絶縁層２１、第二絶縁層２２、および第三絶縁層２３は、第一半導体層１３に重ねて形成した均一に広がる絶縁体をパターニングして形成されてもよい。
【００３０】
以上のような構成の本発明のダイオード１０の作用を説明する。
Ｐ型半導体からなるガードリング層１５は、ショットキー接合されたｎ型半導体からなる第一半導体層１３と金属層１４との周縁領域Ａｅで生じる電界集中を緩和させる。
【００３１】
一方、ガードリング層１５の内側、即ち中心領域Ａｃに所定の間隔ごとに形成され、第一半導体層１３との間でｐｎ接合された複数の第二半導体層１６は、第一半導体層１３と金属層１４とのショットキー接合部や、その周辺の第一絶縁層２１よりも耐圧が低くなるように設計されている。これにより、複数の第二半導体層１６と第一半導体層１３との間のｐｎ接合に逆方向電流（逆サージ）の負荷を誘引することで、逆サージ耐量を改善することができる。
【００３２】
そして、本発明のダイオード１０においては、第二絶縁層２２や第三絶縁層２３によって、第一半導体層１３と金属層１４とのショットキー接合部から、第二半導体層１６１，１６２の側面、即ち、第二半導体層１６１，１６２を構成するＰ−型領域１６ｂに沿って空乏層が延びることを防止する。
【００３３】
即ち、ＪＢＳ構造のダイオード１０においては、第一半導体層１３と金属層１４とのショットキー接合部から空乏層が延びてしまうと、ダイオードの周縁領域での電界集中が緩和されず、逆サージ耐量は改善されない。しかしながら、ガードリング層１５とこれに隣接する第二半導体層１６１との間に第二絶縁層２２を、および第二半導体層１６１とこれに隣接する第二半導体層１６１との間に第三絶縁層２３をそれぞれ形成することによって、第二半導体層１６１，１６２を構成するＰ−型領域１６ｂに沿って空乏層が延びることを阻止する。
【００３４】
特に、第二絶縁層２２、第三絶縁層２３が、第二半導体層１６を構成するＰ−型領域１６ｂまで覆うように形成されているので、Ｐ−型領域１６ｂに沿って空乏層が延びることを確実に防止することができる。
【００３５】
これによって、第一半導体層１３と金属層１４とのショットキー接合部における逆サージ耐量が大きく改善される。例えば、第一半導体層１３から金属層１４に向かって印加される逆方向電圧が生じても、第二絶縁層２２、第三絶縁層２３によって空乏層の延びが抑制される。その結果、第二半導体層部に電界が集中し、第一半導体層１３と金属層１４とのショットキー接合部における耐圧が低くなる。これにより、このｐｎ接合に逆方向電流（逆サージ）の負荷が誘引され、逆サージ耐量が増加するので、ダイオード１０の損傷を防止することが可能になる。
【実施例】
【００３６】
以下、本発明の効果を検証した実施例を示す。
この実施例では、Material Science Forum Vols. 353-356 (2000), pp675-678に示した構造のＪＢＳダイオードを比較例１、特許第３７０８０５７号公報およびMaterial Science Forum Vols. 527-529 (2006), pp1155-1158の構造を併せ持ったＪＢＳダイオードを比較例２とした。また、図１に示した本発明の一実施形態に係るダイオード１０を実施例とした。そして、比較例１、２および実施例におけるそれぞれダイオードの逆サージ耐量を測定した。こうした検証結果を図３に示す。
【００３７】
図３に示した本発明の検証結果によれば、従来のＪＢＳダイオードである比較例１、２と比べて、本発明の実施例のダイオードは、逆サージ耐量が大幅に改善されていることが確認された。
【符号の説明】
【００３８】
１０…ショットキーバリアダイオード、１１…基板、１３…第一半導体層、１４…金属層、１５…ガードリング層、１６…第二半導体層、２１…第一絶縁層、２２…第二絶縁層、２３…第三絶縁層。
【図１Ａ】
0005919033.tif 000002
【図１Ｂ】
0005919033.tif 000003
【図２】
0005919033.tif 000004
【図３】
0005919033.tif 000005
【図４】
0005919033.tif 000006