(57)【要約】【課題】  ガードリングからのリーク電流を低減することができるショットキーダイオードなどの半導体装置および半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】  Ｎ型のＳｉＣからなる高濃度層３と、高濃度層３上に積層されＮ型のＳｉＣからなり高濃度層３よりも不純物濃度が低いドリフト層４と、ドリフト層４上に積層されＮ型のＳｉＣからなりドリフト層４よりも不純物濃度が低い低濃度層６ａと、低濃度層６ａ上に形成され低濃度層６ａとショットキー接触したバリアメタル膜８と、Ｐ型のＳｉＣからなり低濃度層６ａ内に埋設されている部位、低濃度層６ａから露出している部位、その露出している部位の一部であってバリアメタル膜８の周辺部と接している部位を有するガードリング領域５とを有することを特徴とする。【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ＳｉＣからなる高濃度層と、
前記高濃度層上に積層されているとともに前記第１導電型のＳｉＣからなり前記高濃度層よりも不純物濃度が低いドリフト層と、
前記ドリフト層上に積層されているとともに前記第１導電型のＳｉＣからなり前記ドリフト層よりも不純物濃度が低い低濃度層と、
前記低濃度層上に形成されているとともに該低濃度層とショットキー接触したバリアメタル膜と、
第２導電型のＳｉＣからなるとともに、前記低濃度層内に埋設されている部位、該低濃度層から露出している部位、該露出している部位の一部であって前記バリアメタル膜の周辺部と接している部位を有するガードリング領域とを有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記低濃度層の厚みは、前記ガードリング領域の厚みよりも大きい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】
前記ガードリング領域は、前記ドリフト層に接触していないことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記高濃度層における前記ドリフト層側とは逆側の面に形成されたオーミック電極と、
前記バリアメタル膜上に形成された金属からなるキャップメタルとを有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項５】
ＳｉＣからなる高濃度層上に、該高濃度層と同一の導電型であって該高濃度層よりも不純物濃度が低いドリフト層を形成し、
前記ドリフト層上に、該ドリフト層と同一の導電型であって該ドリフト層よりも不純物濃度が低い低濃度層を形成し、
前記低濃度層の露出面から内側に向けて、リング形状を有するとともに、前記高濃度層の導電型とは異なる導電型のガードリング領域を形成し、
前記低濃度層の露出面の一部にショットキー接触するとともに、該ショットキー接触した領域の周辺部が前記ガードリング領域に囲まれるバリアメタル膜を形成し、
前記ガードリング領域を形成するときは、該ガードリング領域の厚さが前記低濃度層の厚さよりも小さくなるように、形成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、ショットキーダイオードなどの半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ワイドバンドギャップ半導体材料を用いたショットキーダイオードが提案されている（例えば特許文献１、特許文献２参照）。ここで、図１１は、従来のショットキーダイオードの構造を示す断面図である。従来のショットキーダイオード１は、オーミック電極２、ＳｉＣからなるＮ＋型の高濃度層３、ＳｉＣからなるＮ−型のドリフト層４、P型のガードリング領域５、ＳｉＣからなるＮ−−型の低濃度層６、絶縁物のパッシベーション膜７、バリアメタル膜８、キャップメタル９から構成されている。該ショットキーダイオード１では、Ｎ−型のドリフト層４の上部にＮ−−型の低濃度層６を形成することで、逆方向の特性を向上させている。また、順方向の特性における抵抗の低減を図るために、従来においては、低濃度層６の膜厚を（例えば、０．１μｍ未満に）薄くしている。
【特許文献１】特開２００１−８５７０５号公報
【特許文献２】特開２０００−１８８４０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来のショットキーダイオードでは、ガードリング領域５の膜厚が低濃度層６の膜厚より大きいため、逆方向での動作において、ガードリング領域５とドリフト層４との接合部、特に曲率の大きい角部（点線で囲んだ部分）において電界が集中してしまう。このため、高い電圧印加時には、ガードリング領域５からのリーク電流漏れが大きいという問題があった。
【０００４】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、ガードリングからのリーク電流を低減することができる半導体装置および半導体装置の製造方法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】
上述した課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、第１導電型のＳｉＣからなる高濃度層と、前記高濃度層上に積層されているとともに前記第１導電型のＳｉＣからなり前記高濃度層よりも不純物濃度が低いドリフト層と、前記ドリフト層上に積層されているとともに前記第１導電型のＳｉＣからなり前記ドリフト層よりも不純物濃度が低い低濃度層と、前記低濃度層上に形成されているとともに該低濃度層とショットキー接触したバリアメタル膜と、第２導電型のＳｉＣからなるとともに、前記低濃度層内に埋設されている部位、該低濃度層から露出している部位、該露出している部位の一部であって前記バリアメタル膜の周辺部と接している部位を有するガードリング領域とを有することを特徴とする半導体装置である。
【０００６】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の半導体装置において、前記低濃度層の厚みが、前記ガードリング領域の厚みよりも大きいことを特徴とする。
【０００７】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の半導体装置において、前記ガードリング領域が前記ドリフト層に接触していないことを特徴とする。
【０００８】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体装置において、前記高濃度層における前記ドリフト層側とは逆側の面に形成されたオーミック電極と、前記バリアメタル膜上に形成された金属からなるキャップメタルとを有することを特徴とする。
【０００９】
また、上述した課題を解決するために、請求項５に記載の発明は、ＳｉＣからなる高濃度層上に、該高濃度層と同一の導電型であって該高濃度層よりも不純物濃度が低いドリフト層を形成し、前記ドリフト層上に、該ドリフト層と同一の導電型であって該ドリフト層よりも不純物濃度が低い低濃度層を形成し、前記低濃度層の露出面から内側に向けて、リング形状を有するとともに、前記高濃度層の導電型とは異なる導電型のガードリング領域を形成し、前記低濃度層の露出面の一部にショットキー接触するとともに、該ショットキー接触した領域の周辺部が前記ガードリング領域に囲まれるバリアメタル膜を形成し、前記ガードリング領域を形成するときは、該ガードリング領域の厚さが前記低濃度層の厚さよりも小さくなるように、形成することを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、ガードリング領域が直接ドリフト層に接しないようにしている。すなわち、本発明は、低濃度層の層厚をガードリング領域の層厚より大とすることで、ガードリング領域が直接ドリフト層に接しない。これにより、本発明は、ガードリング領域での電界集中が緩和され、リーク電流を低減することができるという利点が得られる。この利点により、逆方向特性の優れたショットキーダイオードなどを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態に係る半導体装置について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態による半導体装置の構造を示す断面図である。本実施形態の半導体装置は、ショットキーダイオードをなしている。本半導体装置１０は、オーミック電極２と、高濃度層３と、ドリフト層４と、ガードリング領域５と、低濃度層６ａと、パッシベーション膜７と、バリアメタル膜８と、キャップメタル９とを有して構成されている。
【００１２】
オーミック電極２は、高濃度層３の図面の下面にオーミック接触した金属からなる電極である。高濃度層３は、第１導電型であるＮ型のＳｉＣからなり、比較的に高濃度に不純物を含んだＮ＋型となっておる。このように高濃度に不純物を含むことにより高濃度層３は低抵抗である。高濃度層３の不純物濃度は、例えば０．５×１０１９〜２×１０１９［ｃｍ―３］とする。
【００１３】
ドリフト層４は、高濃度層３上に積層されている。そして、ドリフト層４は、第１導電型であるＮ型のＳｉＣからなり、高濃度層３よりも不純物濃度が低いＮ−型となっている。これによりドリフト層４は高濃度層３よりも抵抗が高くなっている。ドリフト層４の不純物濃度は、例えば１×１０１５〜１×１０１６［ｃｍ―３］とする。
【００１４】
低濃度層６ａは、ドリフト層４上に積層されている。そして、低濃度層６ａは、第１導電型であるＮ型のＳｉＣからなり、ドリフト層４よりも不純物濃度が低いＮ−−型となっている。これにより低濃度層６ａは、ドリフト層４よりも抵抗が高くなっている。低濃度層６ａの不純物濃度は、例えば１×１０１４〜１×１０１５［ｃｍ―３］とする。
【００１５】
ガードリング領域５は、図１に示すように、低濃度層６ａ内に埋設されている部位、低濃度層６ａから露出している部位、その露出している部位の一部であってバリアメタル膜８の周辺部と接している部位を有する。すなわち、ガードリング領域５は、低濃度層６ａにおいて、その低濃度層６ａの上面に露出するようにリング形状に形成されている。また、ガードリング領域５は、第２導電型であるＰ型のＳｉＣからなる。そして、ガードリング領域５の厚み５ｄは、低濃度層６ａの厚み６ｄよりも小さくされている。例えば低濃度層６ａの厚み６ｄを０．１μｍ〜０．６μｍとして、ガードリング領域５の厚み５ｄをその低濃度層６ａの厚み６ｄよりも小さくする。このように、ガードリング領域５の厚み５ｄが低濃度層６ａの厚み６ｄよりも小さく、かつ、ガードリング領域５の上面と低濃度層６ａの上面とが同一レベルとなっているので、ガードリング領域５の底面は低濃度層６ａ中に埋没している。したがって、ガードリング領域５は、ドリフト層４に接触していない。
【００１６】
バリアメタル膜８は、低濃度層６ａの上面におけるガードリング領域５で囲まれた領域上から、ガードリング領域５の上面の一部上に渡って、形成されている。また、バリアメタル膜８は、低濃度層６ａにショットキー接触した電極であり、例えばＴｉ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｐｔなどで構成される。
【００１７】
キャップメタル９は、バリアメタル膜８上に形成された金属からなり、バリアメタル膜８を保護するとともにいわゆる引き出し電極となるものである。キャップメタル９は、例えばＡｌ、Ｎｉ、Ａｕなどで構成される。パッシベーション膜７は、低濃度層６ａの上面の一部上及びガードリング領域５の一部上にリング形状に形成されており、リング形状のガードリング領域５の外周縁上に配置されている。また、パッシベーション膜７は、バリアメタル膜８及びキャップメタル９の側面を覆うように配置されている。そして、パッシベーション膜７は、絶縁物からなり、例えば酸化珪素、窒化珪素、酸窒化膜又はポリイミドなどで構成される。
【００１８】
これらにより、本実施形態の半導体装置１０は、低濃度層６ａの厚み６ｄがガードリング領域５の厚み５ｄよりも大きく、ガードリング領域５の底面が低濃度層６ａ内に埋設されている。このような構造により半導体装置１０は、ガードリング領域５での電界集中を緩和することができ、ガードリング領域５でのリーク電流を低減することが可能となる。以下に、ガードリング領域５での電界集中が緩和される理由について説明する。
【００１９】
図２は、本実施形態の半導体装置１０におけるＮ層（低濃度層６ａ）とＰ層（ガードリング領域５）との接合部に生じる電界特性を示す説明図である。図３は、本実施形態と比較すべく、図１１に示す従来の半導体装置１におけるＮ層（ドリフト層４）とＰ層（ガードリング領域５）との接合部に生じる電界特性を示す説明図である。
【００２０】
本実施形態の半導体装置１０では、ガードリング領域５が低濃度層６ａ内に形成されている。一方、従来の半導体装置１は、ガードリング領域５がドリフト層４内にも形成されている。したがって、半導体装置１０のＮ層（低濃度層６ａ）のキャリア濃度ＮＤ１は、半導体装置１のＮ層（ドリフト層４）のキャリア濃度ＮＤ２よりも小さい（ＮＤ１＜ＮＤ２）。
【００２１】
ここで、電圧印加時の空乏層幅Ｗ１，Ｗ２は、キャリア濃度ＮＤ１，ＮＤ２に反比例する。これにより、半導体装置１０の空乏層幅Ｗ１は従来の半導体装置１の空乏層幅Ｗ２よりも大きくなる（Ｗ１＞Ｗ２）。
【００２２】
また、半導体装置１，１０のＮ層とＰ層の接合部に生じる電界Ｅは、印加電圧ＶＲに比例し、空乏層幅Ｗに反比例する。したがって、半導体装置１，１０において印加電圧ＶＲを同一とすると、本実施形態の半導体装置１０のＮ層とＰ層の接合部に生じる電界Ｅ１は従来の半導体装置１のＮ層とＰ層の接合部に生じる電界Ｅ２よりも小さくなる（Ｅ１＜Ｅ２）。
【００２３】
これらにより、本実施形態の半導体装置１０は、従来の半導体装置１に比べて、Ｎ層とＰ層の接合部であるガードリング領域５での電界集中を緩和することができる。したがって、本実施形態の半導体装置１０は、従来の半導体装置１に比べて、リーク電流を低減することができる。
【００２４】
（製造方法例）
次に、本実施形態の半導体装置１０の製造方法について、図４から図８を参照して説明する。図４から図８は半導体装置１０の製造工程を示す断面図である。先ず、図４に示すように、シリーズ抵抗を下げる低抵抗のＮ＋型の高濃度層３の表面に、耐圧を確保するのに必要な不純物濃度と厚さとを持つ高抵抗のＮ−型のドリフト層４を形成する。
【００２５】
次いで、図５に示すように、ドリフト層４上に、ドリフト層４よりも不純物濃度が低くさらに高抵抗の低濃度の低濃度層６ａを形成する。低濃度層６ａの層厚は、後で形成するガードリング領域５の層厚より大きくし、例えば、０．６μｍ程度にする。
【００２６】
次いで、図６に示すように、Ｎ−−型の低濃度層６ａにＡｌ（又はＢなど）をイオン注入し、その後１５００℃以上の熱処理を施すことで、Ｐ型のＳｉＣからなるガードリング領域５を形成する。このガードリング領域５の形成は、具体的には次のように行う。先ず、Ｎ−−型の低濃度層６ａの表面に、ＳｉＯ２５ａをＣＶＤによって堆積する。次いで、写真工程により、ＳｉＯ２５ａ上にフォトレジストを形成し、そのフォトレジストにおけるガードリング領域５の形成位置に対応する部分を除去する。
【００２７】
この状態でＳｉＯ２５ａをエッチングすることにより、ＳｉＯ２５ａにおけるガードリング領域５の形成位置に対応する部分を除去し、その部分のＮ−−型の低濃度層６ａを露出させる。その後、残りのフォトレジストを除去する。その後、Ｎ−−型の低濃度層６ａの露出部位からその低濃度層６ａの中に、例えばＡｌをイオン注入する。その後、注入された不純物を活性化するために、１５００℃以上の熱処理を施す。この熱処理により、Ｐ型のガードリング領域５が完成する。ガードリング領域５の層厚は、例えば、０．５μｍ程度とする。したがって、低濃度層６ａの層厚（０．６μｍ）＞ガードリング領域５の層厚（０．５μｍ）となる。
【００２８】
次いで、図７に示すように、Ｎ＋型の高濃度層３の裏面に、オーミック電極２を形成する。オーミック電極２の形成は、具体的には次のように行うことができる。まず、全体的に酸化し、表面、裏面及び側面に酸化膜４３ｂを設ける。その後、高濃度層３の裏面の酸化膜だけ除去する。その後、高濃度層３の裏面に、不純物拡散源層を堆積し、その不純物拡散源層上に金属層（Ｎｉ膜）を堆積する。その後、真空中において１０００℃で加熱処理する。これにより、不純物拡散源層から高濃度層３へ不純物が導入され、高濃度層３の裏面に対して確実に且つ良好にオーミック接触するオーミック電極２が完成する。
【００２９】
次いで、図８に示すように、パッシベーション膜７、バリアメタル膜８及びキャップメタル９を形成する。具体的には先ず、前工程により形成され、低濃度層６ａの表面及び側面などにまだ残っている酸化膜４３ｂを除去する。その後、低濃度層６ａ及びガードリング領域５の表面全体に、バリアメタル膜８としてＴｉをスパッタリング法にて堆積する。そして、バリアメタル膜８をパターニングして、低濃度層６ａ及びガードリング領域５の表面における外縁近傍の一部を露出させる。その後、バリアメタル膜８上と、低濃度層６ａ及びガードリング領域５の表面における露出部上とに、全体的にＡｌを堆積する。そのＡｌの外縁近傍を除去するようにパターニングしてキャップメタル９とする。その後、低濃度層６ａ、ガードリング領域５及びキャップメタル９の表面全体に、ポリイミドなどの絶縁物を堆積し、その絶縁物の中央領域について除去するパターニングをすることでパッシベーション膜７を形成する。このパターニングでキャップメタル９が露出する。これらにより、ＳｉＣショットキーダイオードをなす半導体装置１０が完成する。
【００３０】
（変形例）
次に、本実施形態の変形例について説明する。
図９及び図１０は、本実施形態に係る半導体装置１０の変形例の要部断面図であり、上記半導体装置１０におけるオーミック電極２の構造例を示す図である。本変形例（特に図１０に示すもの）では、オーミック電極２の構造が上述の実施形態と異なっている。
【００３１】
図９（ａ）に示すオーミック電極２ａは、Ｎｉの単層構造となっている。図９（ｂ）に示すオーミック電極２ｂは、Ｎｉ層／Ｔｉ層／Ｎｉ層の多層構造となっている。図９（ａ）に示すオーミック電極２ａでは、ＳｉＣ基板（高濃度層３）とＮｉ層とのＳｉＣ−Ｎｉ反応によって低抵抗オーミック接触形成に必要なシリサイドを形成しているので、その副生成物としてＮｉ層に黒鉛が析出してしまうことは避けられない。一方、図９（ｂ）に示すオーミック電極２ｂでは、ＴｉがＣと反応することにより黒鉛析出量を低減できるが、接触抵抗が大きくなってしまう。これらにより、オーミック電極２の接触抵抗と黒鉛量とには、接触抵抗を小さくしようとすると、黒鉛析出量が多くなるというトレードオフ相関が見られる。ゆえに、該トレードオフの関係を大きく打破した特性を有するオーミック電極２の形成が困難であった。
【００３２】
図１０は、上記トレードオフの関係を打破するオーミック電極２の構成例を示す断面図である。図１０に示すオーミック電極２では、Ｎｉ層とＴｉ層との間（すなわち図１０におけるＴｉ層の下）に、Ｎｉ層とＳｉ層とを複数組（少なくとも１層ずつ）積層したＮｉ／Ｓｉ積層５０を配設している。
【００３３】
図１０に示すオーミック電極２の形成は、例えば次のように実施する。先ず、高濃度層３上（図１０では高濃度層３の下側）にＮｉを堆積し、そのＮｉ上にＴｉを堆積し、そのＴｉ上にＮｉ／Ｓｉ積層５０を堆積し、そのＮｉ／Ｓｉ積層５０上にＮｉ（露出側のＮｉ層）を堆積する。その後、これらの堆積物及び高濃度層３について焼鈍することで、図１０に示すオーミック電極２が完成する。
【００３４】
上記形成過程における焼鈍時には、露出側のＮｉ層からＳｉＣ層（高濃度層３）へのＮｉ原子の移動がＮｉ／Ｓｉ層で阻止される。これにより、ＳｉＣ−Ｎｉ反応を防ぐことができ、黒鉛の析出を防ぐことができる。さらに、Ｎｉ／Ｓｉ積層５０は、焼鈍時にＮｉシリサイド化するので、ＳｉＣ基板との低抵抗オーミック接触形成に必要な量のシリサイドを確保することができる。なお、Ｎｉ／Ｓｉ積層５０は、それぞれのモル比を２：１とすることで、焼鈍時にＮｉ２Ｓｉを形成し、過不足なく反応するので、Ｎｉ／Ｓｉ積層５０中のＮｉ原子がＳｉＣ原子へ拡散および反応することはない。
【００３５】
これらにより、図１０に示す変形例によれば、オーミック電極２を構成するＮｉ層とＴｉ層との間に、Ｎｉ／Ｓｉ積層５０を配設するようにしたので、焼鈍時の露出側のＮｉ層からＳｉＣ層への拡散および反応を防ぎ、黒鉛の析出を防ぎながら、低抵抗のオーミック接触を得ることができる。
【００３６】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能であり、実施形態で挙げた具体的な材料や層構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
【００３７】
本発明に係るＳｉＣ半導体装置及びその製造方法は、ＳｉＣショットキーダイオードのみならず、ＭＯＳＦＥＴ、バイポーラトランジスタ、ＳＩＴ、サイリスタ、ＩＧＢＴなどの各種半導体装置のオーミック電極に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体装置の一例を示す断面図である。
【図２】同上の半導体装置のＮ層とＰ層の接合部に生じる電界特性の説明図である。
【図３】従来の半導体装置のＮ層とＰ層の接合部に生じる電界特性の説明図である。
【図４】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図７】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図８】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図９】本発明の実施形態に係る半導体装置の変形例を示す要部断面図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る半導体装置の変形例を示す要部断面図である。
【図１１】従来のショットキーダイオードの構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１，１０…半導体装置（ショットキーダイオード）、２，２ａ，２ｂ…オーミック電極、３…高濃度層、４…ドリフト層、５…ガードリング領域、５ａ…ＳｉＯ２、６，６ａ…低濃度層、７…パッシベーション膜、８…バリアメタル膜、９…キャップメタル
【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１１】
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