(57)【要約】      （修正有）【課題】デバイスを大型にすることなく、高耐圧で、順電流の大きいショットキーバリアダイオードを提供する。【解決手段】Ｎ＋半導体基板１０と、半導体基板１０の一方の面に形成されたＮ−半導体層２０と、半導体層２０の上に形成された開口部３０ａを有する絶縁膜３０と、開口部３０ａにおいて露出している半導体層２０の上、開口部３０ａの側壁及び開口部の周囲の絶縁膜３０の上に形成された一方の電極４１と、半導体基板１０の他方の面に形成された他方の電極５０と、を有する。開口部３０ａの側壁は、半導体層２０との界面から絶縁膜３０の表面に向かって順に形成された下部傾斜部３１と上部傾斜部３２とにより形成されており、半導体層２０の表面に対する下部傾斜部３１の角度を下部テーパー角度θ１とし、半導体層２０の表面に対する上部傾斜部３２の角度を上部テーパー角度θ２とした場合に、θ１＜θ２である。【選択図】図３
2016162832.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板の一方の面に形成された半導体層と、
前記半導体層の上に形成された開口部を有する絶縁膜と、
前記開口部において露出している半導体層の上、前記開口部の側壁及び前記開口部の周囲の絶縁膜の上に形成された一方の電極と、
前記半導体基板の他方の面に形成された他方の電極と、
を有し、
前記開口部の側壁は、前記半導体層との界面から絶縁膜の表面に向かって順に形成された下部傾斜部と上部傾斜部とにより形成されており、
前記半導体層の表面に対する前記下部傾斜部の角度を下部テーパー角度θ１とし、前記半導体層の表面に対する前記上部傾斜部の角度を上部テーパー角度θ２とした場合に、
θ１＜θ２
であることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記半導体基板は、ＧａＮまたはＳｉＣを含む材料により形成されており、
前記半導体層は、ＧａＮまたはＳｉＣを含む材料により形成されてい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】
前記絶縁膜は、ＳｉＮ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＡｉＮ、ＨｆＯ２のうちのいずれかを含む材料により形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記下部テーパー角度θ１は、１５°以上、６０°以下であって、
前記上部テーパー角度θ２は、４５°以上、９０°以下であることを特徴とする請求項１から３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、半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム（ＧａＮ）は、バンドギャップが３．４ｅＶであり、Ｓｉのバンドギャップ（１．１ｅＶ）及びＧａＡｓのバンドギャップ（１．４ｅＶ）よりも広く、高い破壊電界強度を有している。更に、ＧａＮは大きい飽和電子速度を有する材料であることから、耐圧が数百Ｖ以上の高電圧動作かつ高出力が得られる電源用半導体装置を形成するための材料として極めて有望である。このため、ＧａＮを用いた半導体装置は、高効率スイッチング素子、電気鉄道、電気自動車用、電力系統装置等の高耐圧電力デバイスとして期待されている。
【０００３】
このような高耐圧電力デバイスとして、例えば、高耐圧のショットキーバリアダイオードでは構造の異なるものとして、横型デバイスと縦型デバイスとがある。このうち、横型デバイスでは、高耐圧にするためには、ゲート電極とドレイン電極との間の距離Ｌｇｄを長くする必要があるが、距離Ｌｇｄを長くすると、デバイスの占める面積が大きくなるため、高耐圧のパワーデバイスを高集積化し、小型にすることが困難となる。このため、電流が基板面に対し略垂直となる縦方向に流れ、高耐圧にしてもデバイスの占める面積が大きくならない構造の縦型デバイスが注目を集めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−７６８６６号公報
【特許文献２】特開２０１０−５６１００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１は、特許文献１及び２等に開示されているフィールドプレート構造のショットキーバリアダイオード（Schottky Barrier Diode：ＳＢＤ）の断面を示す。図１に示されるように、このショットキーバリアダイオードは、Ｎ＋−ＧａＮ基板９１０の表面に、Ｎ−−ＧａＮ層９２０が形成されており、Ｎ−−ＧａＮ層９２０の上には、開口部９３０ａを有する絶縁膜９３０が形成されている。絶縁膜９３０の開口部９３０ａにおけるＮ−−ＧａＮ層９２０の上、開口部９３０ａの側壁及び絶縁膜９３０の上には、アノード電極９４０が形成されており、Ｎ＋−ＧａＮ基板９１０の裏面にはカソード電極９５０が形成されている。アノード電極９４０は、Ｎ−−ＧａＮ層９２０の上に形成されているショットキー電極９４１と、絶縁膜９３０の上に形成されているフィールドプレート電極９４２とにより形成されており、これらが一体となって形成されている。
【０００６】
図１に示されるフィールドプレート構造のショットキーバリアダイオードでは、絶縁膜９３０の開口部９３０ａの側壁は傾斜部９３１が形成されており、傾斜部９３１のテーパー角度θを小さくすることにより、電界緩和の効果が大きくなり、耐圧が向上する。尚、テーパー角度θとは、Ｎ−−ＧａＮ層９２０の表面に対する絶縁膜９３０の開口部９３０ａの側壁となる傾斜部９３１の面の傾斜角度である。
【０００７】
ところで、絶縁膜９３０は、フィールドプレート電極９４２を形成するためのものであるため、所定の膜厚で形成されている。このため、テーパー角度θを小さくすると、順電流が減少、または、デバイスが大型化してしまい好ましくない。また、テーパー角度θを大きくすると、電界集中の影響により耐圧が低くなり好ましくない。
【０００８】
よって、デバイスを大型にすることなく、高耐圧で、順電流の大きいショットキーバリアダイオードが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本実施の形態の一観点によれば、半導体基板と、前記半導体基板の一方の面に形成された半導体層と、前記半導体層の上に形成された開口部を有する絶縁膜と、前記開口部において露出している半導体層の上、前記開口部の側壁及び前記開口部の周囲の絶縁膜の上に形成された一方の電極と、前記半導体基板の他方の面に形成された他方の電極と、を有し、前記開口部の側壁は、前記半導体層との界面から絶縁膜の表面に向かって順に形成された下部傾斜部と上部傾斜部とにより形成されており、前記半導体層の表面に対する前記下部傾斜部の角度を下部テーパー角度θ１とし、前記半導体層の表面に対する前記上部傾斜部の角度を上部テーパー角度θ２とした場合に、θ１＜θ２であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
開示の半導体装置によれば、ショットキーバリアダイオードを大型にすることなく、高耐圧で、順電流を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】縦型のショットキーバリアダイオードの断面図
【図２】図１に示されるショットキーバリアダイオードにおける逆電圧と逆電流との相関図
【図３】本実施の形態における半導体装置となるショットキーバリアダイオードの断面図
【図４】図１に示されるショットキーバリアダイオードのシミュレーションのモデルの説明図
【図５】図３に示されるショットキーバリアダイオードのシミュレーションのモデルの説明図
【図６】アノード電圧（順電圧）とアノード電流（順電流）との相関図（１）
【図７】図１に示されるショットキーバリアダイオードの絶縁膜９３０の説明図
【図８】図３に示されるショットキーバリアダイオードの絶縁膜３０の説明図
【図９】アノード電圧（順電圧）とアノード電流（順電流）との相関図（２）
【図１０】アノード電圧（順電圧）とアノード電流（順電流）との相関図（３）
【図１１】アノード電圧（順電圧）とアノード電流（順電流）との相関図（４）
【図１２】アノード電圧（順電圧）とアノード電流（順電流）との相関図（５）
【図１３】アノード電圧（順電圧）とアノード電流（順電流）との相関図（６）
【図１４】図３に示されるショットキーバリアダイオードの順電流の説明図（１）
【図１５】図３に示されるショットキーバリアダイオードの順電流の説明図（２）
【図１６】本実施の形態におけるショットキーバリアダイオードの製造方法の工程図（１）
【図１７】本実施の形態におけるショットキーバリアダイオードの製造方法の工程図（２）
【図１８】本実施の形態におけるショットキーバリアダイオードの製造方法の工程図（３）
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００１３】
図２は、図１に示されるショットキーバリアダイオードにおいて、傾斜部９３１のテーパー角度θを変化させた場合における逆電圧となるアノード電圧と逆電流となるアノード電流との関係を示すものであり、逆バイアスにおける耐圧を示すものである。図２に示されるように、テーパー角度θが小さい方が耐圧を高くすることができる。しかしながら、上述したように、テーパー角度θを小さくすると、傾斜部９３１が形成される領域が広くなるため、ショットキーバリアダイオードが大型化したり、順電流が低くなってしまうため好ましくない。
【００１４】
（半導体装置）
次に、本実施の形態における半導体装置について説明する。本実施の形態における半導体装置は、フィールドプレート構造のショットキーバリアダイオードである。具体的には、図３に示されるように、Ｎ＋型半導体基板１０の表面に、Ｎ−型半導体層２０が形成されており、Ｎ−型半導体層２０の上には、開口部３０ａを有する絶縁膜３０が形成されている。絶縁膜３０の開口部３０ａにおけるＮ−型半導体層２０の上、開口部３０ａの側壁及び絶縁膜３０の上には、アノード電極４０が形成されており、Ｎ＋型半導体基板１０の裏面にはカソード電極５０が形成されている。アノード電極４０は、Ｎ−型半導体層２０の上に形成されているショットキー電極４１と、絶縁膜３０の上に形成されているフィールドプレート電極４２とにより形成されており、これらが一体となって形成されている。開口部３０ａは上から見た形状が円形に形成されているものが耐圧等の観点から好ましいが、正方形等の形状で形成されていてもよい。
【００１５】
本実施の形態においては、Ｎ＋型半導体基板１０は、厚さが約４１５μｍのＮ＋−ＧａＮにより形成されており、Ｎ型となる不純物元素としてＳｉが約２×１０１８ｃｍ−３の濃度でドープされている。また、Ｎ−型半導体層２０は、膜厚が約１６μｍのＮ−−ＧａＮにより形成されており、Ｎ型となる不純物元素としてＳｉが約１×１０１６ｃｍ−３の濃度でドープされている。絶縁膜３０は、膜厚が約４００μｍのＳｉＮにより形成されている。
【００１６】
本実施の形態においては、絶縁膜３０の開口部３０ａの側壁は、Ｎ−型半導体層２０の上に形成されている下部傾斜部３１と、下部傾斜部３１の上の端から絶縁膜３０の表面に至るまで形成された上部傾斜部３２とにより形成されている。本実施の形態においては、下部傾斜部３１は、Ｎ−型半導体層２０の上から約５０ｎｍまでの領域に形成されており、上部傾斜部３２は、下部傾斜部３１が形成されている領域よりも上の約５０ｎｍから約４００ｎｍまでの領域に形成されている。従って、下部傾斜部３１が形成される領域は、Ｎ−型半導体層２０の上の厚さが約５０ｎｍの領域であり、上部傾斜部３２が形成される領域は、下部傾斜部３１が形成される領域よりも上の厚さが約３５０ｎｍの領域である。
【００１７】
本実施の形態においては、Ｎ−型半導体層２０の表面に対する下部傾斜部３１の面の角度を下部テーパー角度θ１とし、Ｎ−型半導体層２０の表面に対する上部傾斜部３２の面の角度を上部テーパー角度θ２とした場合、θ１＜θ２となるように形成されている。即ち、本実施の形態においては、下部傾斜部３１における下部テーパー角度θ１よりも、上部傾斜部３２における上部テーパー角度θ２が大きな角度となるように形成されている。これにより、ショットキーバリアダイオードを大型にすることなく、高耐圧で、順電流を大きくすることができる。即ち、絶縁膜３０の開口部３０ａの側壁において、Ｎ−型半導体層２０と接している下部傾斜部３１の下部テーパー角度θ１を小さな角度にすることにより、電界集中を緩和し、高耐圧にすることができる。また、絶縁膜３０の開口部３０ａの側壁において、下部傾斜部３１の下部テーパー角度θ１よりも上の上部傾斜部３２の上部テーパー角度θ２を大きくすることにより、開口部３０ａの幅を狭くすることができる。これにより、ショットキーバリアダイオードを大型にすることなく、高耐圧で、順電流を大きくすることができる。
【００１８】
尚、本実施の形態における半導体装置は、θ１＜θ２を満たしているものであって、更に、下部テーパー角度θ１は、１５°以上、６０°以下、上部テーパー角度θ２は、４５°以上、９０°以下であることが好ましい。
【００１９】
（シミュレーション結果）
次に、ショットキーバリアダイオードにおいて、テーパー角度と順電流との関係についてシミュレーションを行った結果について説明する。このシミュレーションでは、絶縁膜の平坦な領域を一定として、テーパー角度を変化させて順電流の値を調べたものである。
【００２０】
図４は、図１に示される構造のショットキーバリアダイオードのシミュレーションのモデルの一部である。図４（ａ）は、図１に示されるショットキーバリアダイオードにおけるＮ−−ＧａＮ層９２０及び絶縁膜９３０の構造を示すものであり、開口部９３０ａの中心より右側に３０μｍまでの領域を示している。図４（ｂ）は、図４（ａ）の要部を拡大した図である。図４（ａ）に示されるように、開口部９３０ａの中心より１２μｍから３０μｍまでの領域には、絶縁膜９３０の平坦な領域が形成されている。開口部９３０ａの中心から１２μｍよりも内側の部分には、テーパー角度θが３０°の傾斜部９３１が形成されており、傾斜部９３１よりも内側の開口部９３０ａにおいては、Ｎ−−ＧａＮ層９２０の表面が露出している。
【００２１】
図５は、図３に示される半導体装置であるショットキーバリアダイオードのシミュレーションのモデルの一部である。図５（ａ）は、図３に示されるショットキーバリアダイオードにおけるＮ−型半導体層２０及び絶縁膜３０の構造を示すものであり、開口部３０ａの中心より右側に３０μｍまでの領域を示している。図５（ｂ）は、図５（ａ）の要部を拡大した図である。図５（ａ）に示されるように、開口部３０ａの中心より１２μｍから３０μｍまでの領域には、絶縁膜３０の平坦な領域が形成されている。開口部３０ａの中心から１２μｍよりも内側の部分には、上部テーパー角度θ２が８５°の上部傾斜部３２が形成されており、上部傾斜部３２よりも内側に、下部テーパー角度θ１が３０°の下部傾斜部３１が形成されている。尚、下部傾斜部３１よりも内側の開口部３０ａにおいては、Ｎ−型半導体層２０の表面が露出している。
【００２２】
図６は、ショットキーダイオードにおける順電圧となるアノード電圧と順電流となるアノード電流との関係を示す。尚、４Ａは図４に示されるモデルのショットキーバリアダイオードにおけるアノード電圧とアノード電流との関係を示し、５Ａは図５に示されるモデルのショットキーバリアダイオードにおけるアノード電圧とアノード電流との関係を示す。図６に示されるように、同じアノード電圧であっても、４Ａよりも５Ａの方がアノード電流は多く流れる。即ち、図１に示される構造のショットキーバリアダイオードよりも、図３に示される本実施の形態における半導体装置となるショットキーバリアダイオードの方が、順電流を高くすることができる。
【００２３】
次に、図３に示されるショットキーバリアダイオードにおいて、絶縁膜３０の開口部３０ａの側壁における下部傾斜部３１の下部テーパー角度θ１及び上部傾斜部３２の上部テーパー角度θ２を変化させた場合における順電流について説明する。尚、絶縁膜９３０の膜厚は４００ｎｍとし、絶縁膜３０の膜厚は４００ｎｍとする。絶縁膜３０の開口部３０ａの側壁は、厚さ方向において、Ｎ−型半導体層２０の上から約５０ｎｍまでの領域に下部傾斜部３１が形成されており、下部傾斜部３１が形成されている領域よりも上の５０ｎｍから４００ｎｍまでの領域に上部傾斜部３２が形成されている。尚、絶縁膜３０の開口部３０ａの側壁の下部傾斜部３１における下部テーパー角度θ１と上部傾斜部３２における上部テーパー角度θ２とが同じ場合は、図１に示される構造のショットキーバリアダイオードと同じ構造となる。
【００２４】
図７は、図１に示されるショットキーバリアダイオードにおいて、傾斜部９３１のテーパー角度θを変化させた場合における絶縁膜９３０の開口部９３０ａの側壁の様子を示す。図７（ａ）はテーパー角度θが１５°の場合、図７（ｂ）はテーパー角度θが３０°の場合、図７（ｃ）はテーパー角度θが４５°の場合、図７（ｄ）はテーパー角度θが６０°の場合、図７（ｅ）はテーパー角度θが７５°の場合を示す。
【００２５】
また、図８は、図３に示される半導体装置であるショットキーバリアダイオードにおいて、上部傾斜部３２の上部テーパー角度θ２を６０°とし、下部傾斜部３１の下部テーパー角度θ１を変化させた場合における絶縁膜３０の開口部３０ａの側壁の様子を示す。図８（ａ）は下部テーパー角度θ１が１５°、上部テーパー角度θ２が６０°の場合を示す。図８（ｂ）は下部テーパー角度θ１が３０°、上部テーパー角度θ２が６０°の場合を示す。図８（ｃ）は下部テーパー角度θ１が４５°、上部テーパー角度θ２が６０°の場合を示す。図８（ｄ）は下部テーパー角度θ１が７５°、上部テーパー角度θ２が６０°の場合を示す。
【００２６】
図９は、図３に示されるショットキーバリアダイオードにおいて、下部テーパー角度θ１を１５°とし、上部テーパー角度θ２を８５°、６０°、４５°と変化させた場合の順電圧と順電流の関係を示す。また、比較のため、図１に示されるショットキーバリアダイオードにおいて、テーパー角度θが１５°の場合の順電圧と順電流の関係も併せて示す。図９に示されるように、図３に示されるショットキーバリアダイオードは、下部テーパー角度θ１よりも上部テーパー角度θ２が大きいと、図１に示されるショットキーバリアダイオードよりも順電流が高くなる。尚、図９〜図１３においては、順電圧はアノード電圧、順電流はアノード電流として示される。
【００２７】
尚、図３に示されるショットキーバリアダイオードにおいて、下部テーパー角度θ１が１５°、上部テーパー角度θ２が６０°の場合の絶縁膜３０の下部傾斜部３１及び上部傾斜部３２の様子は、図８（ａ）に示される。また、図１に示されるショットキーバリアダイオードにおいて、テーパー角度θが１５°の場合の絶縁膜９３０の傾斜部９３１の様子は、図７（ａ）に示される。
【００２８】
図１０は、図３に示されるショットキーバリアダイオードにおいて、下部テーパー角度θ１を３０°とし、上部テーパー角度θ２を８５°、６０°、４５°と変化させた場合の順電圧と順電流の関係を示す。また、比較のため、図１に示されるショットキーバリアダイオードにおいて、テーパー角度θが３０°の場合の順電圧と順電流の関係も併せて示す。図１０に示されるように、図３に示されるショットキーバリアダイオードは、下部テーパー角度θ１よりも上部テーパー角度θ２が大きいと、図１に示されるショットキーバリアダイオードよりも順電流が高くなる。
【００２９】
尚、図３に示されるショットキーバリアダイオードにおいて、下部テーパー角度θ１が３０°、上部テーパー角度θ２が６０°の場合の絶縁膜３０の下部傾斜部３１及び上部傾斜部３２の様子は、図８（ｂ）に示される。また、図１に示されるショットキーバリアダイオードにおいて、テーパー角度θが３０°の場合の絶縁膜９３０の傾斜部９３１の様子は、図７（ｂ）に示される。
【００３０】
図１１は、図３に示されるショットキーバリアダイオードにおいて、下部テーパー角度θ１を４５°とし、上部テーパー角度θ２を８５°、６０°と変化させた場合の順電圧と順電流の関係を示す。また、比較のため、図１に示されるショットキーバリアダイオードにおいて、テーパー角度θが４５°の場合の順電圧と順電流の関係も併せて示す。図１１に示されるように、図３に示されるショットキーバリアダイオードは、下部テーパー角度θ１よりも上部テーパー角度θ２が大きいと、図１に示されるショットキーバリアダイオードよりも順電流が高くなる。
【００３１】
尚、図３に示されるショットキーバリアダイオードにおいて、下部テーパー角度θ１が４５°、上部テーパー角度θ２が６０°の場合の絶縁膜３０の下部傾斜部３１及び上部傾斜部３２の様子は、図８（ｃ）に示される。また、図１に示されるショットキーバリアダイオードにおいて、テーパー角度θが４５°の場合の絶縁膜９３０の傾斜部９３１の様子は、図７（ｃ）に示される。
【００３２】
図１２は、図３に示されるショットキーバリアダイオードにおいて、下部テーパー角度θ１を６０°とし、上部テーパー角度θ２を８５°、４５°と変化させた場合の順電圧と順電流の関係を示す。また、比較のため、図１に示されるショットキーバリアダイオードにおいて、テーパー角度θが６０°の場合の順電圧と順電流の関係も併せて示す。
【００３３】
図１２に示されるように、図３に示されるショットキーバリアダイオードは、下部テーパー角度θ１よりも上部テーパー角度θ２が大きい場合には、図１に示されるショットキーバリアダイオードよりも順電流が高くなる。即ち、図３に示されるショットキーバリアダイオードにおいて、下部テーパー角度θ１が６０°、上部テーパー角度θ２が８５°の場合には、図１に示されるショットキーバリアダイオードのテーパー角度θが６０°の場合よりも順電流が高くなる。しかしながら、下部テーパー角度θ１よりも上部テーパー角度θ２が小さい場合には、図１に示されるショットキーバリアダイオードよりも順電流が低くなる。即ち、図３に示されるショットキーバリアダイオードにおいて、下部テーパー角度θ１が６０°、上部テーパー角度θ２が４５°の場合には、図１に示されるショットキーバリアダイオードのテーパー角度θが６０°の場合よりも順電流が低くなる。
【００３４】
尚、図１に示されるショットキーバリアダイオードにおいて、テーパー角度θが６０°の場合の絶縁膜９３０の傾斜部９３１の様子は、図７（ｄ）に示される。
【００３５】
図１３は、図３に示されるショットキーバリアダイオードにおいて、下部テーパー角度θ１を７５°とし、上部テーパー角度θ２を８５°、６０°、４５°と変化させた場合の順電圧と順電流の関係を示す。また、比較のため、図１に示されるショットキーバリアダイオードにおいて、テーパー角度θが７５°の場合の順電圧と順電流の関係も併せて示す。
【００３６】
図１３に示されるように、図３に示されるショットキーバリアダイオードは、下部テーパー角度θ１よりも上部テーパー角度θ２が大きい場合には、図１に示されるショットキーバリアダイオードよりも順電流が高くなる。即ち、図３に示されるショットキーバリアダイオードにおいて、下部テーパー角度θ１が７５°、上部テーパー角度θ２が８５°の場合には、図１に示されるショットキーバリアダイオードのテーパー角度θが７５°の場合よりも順電流が高くなる。しかしながら、下部テーパー角度θ１よりも上部テーパー角度θ２が小さい場合には、図１に示されるショットキーバリアダイオードよりも順電流が低くなる。即ち、図３に示されるショットキーバリアダイオードにおいて、下部テーパー角度θ１が７５°、上部テーパー角度θ２が６０°または４５°の場合には、図１に示されるショットキーバリアダイオードのテーパー角度θが７５°の場合よりも順電流が低くなる。
【００３７】
尚、図３に示されるショットキーバリアダイオードにおいて、下部テーパー角度θ１が７５°、上部テーパー角度θ２が６０°の場合の絶縁膜３０の下部傾斜部３１及び上部傾斜部３２の様子は、図８（ｄ）に示される。また、図１に示されるショットキーバリアダイオードにおいて、テーパー角度θが７５°の場合の絶縁膜９３０の傾斜部９３１の様子は、図７（ｅ）に示される。
【００３８】
次に、図３に示されるショットキーバリアダイオードにおいて、下部テーパー角度θ１と上部テーパー角度θ２を変化させた場合における図１に示されるショットキーバリアダイオードに対する順電流の変化を示す。
【００３９】
図１４は、図３に示されるショットキーバリアダイオードの絶縁膜３０の膜厚が４００ｎｍの場合において、下部テーパー角度θ１と上部テーパー角度θ２を変化させた場合における図１に示されるショットキーバリアダイオードに対する順電流の変化を示す。具体的には、膜厚方向において、下部傾斜部３１は、Ｎ−型半導体層２０の上の５０ｎｍまでの領域に形成されており、上部傾斜部３２は、下部傾斜部３１の上の５０ｎｍから４００ｎｍまでの領域に形成されている。また、比較の対象となる図１に示されるショットキーバリアダイオードは、テーパー角度θが、下部テーパー角度θ１と同じ値のものであるものとする。尚、順電流は、順電圧となるアノード電圧が２Ｖの場合の値である。
【００４０】
図１４より、図３に示されるショットキーバリアダイオードにおいて、下部テーパー角度θ１が１５°、上部テーパー角度θ２が８５°の場合には、図１に示されるショットキーバリアダイオードのテーパー角度θが１５°の場合と比べ順電流が６．０％増加する。
【００４１】
また、図３に示されるショットキーバリアダイオードにおいて、下部テーパー角度θ１が１５°、上部テーパー角度θ２が６０°の場合には、図１に示されるショットキーバリアダイオードのテーパー角度θが１５°の場合と比べ順電流が５．２％増加する。
【００４２】
また、図３に示されるショットキーバリアダイオードにおいて、下部テーパー角度θ１が１５°、上部テーパー角度θ２が４５°の場合には、図１に示されるショットキーバリアダイオードのテーパー角度θが１５°の場合と比べ順電流が４．５％増加する。
【００４３】
また、図３に示されるショットキーバリアダイオードにおいて、下部テーパー角度θ１が３０°、上部テーパー角度θ２が８５°の場合には、図１に示されるショットキーバリアダイオードのテーパー角度θが３０°の場合と比べ順電流が２．７％増加する。
【００４４】
また、図３に示されるショットキーバリアダイオードにおいて、下部テーパー角度θ１が３０°、上部テーパー角度θ２が６０°の場合には、図１に示されるショットキーバリアダイオードのテーパー角度θが３０°の場合と比べ順電流が１．９％増加する。
【００４５】
また、図３に示されるショットキーバリアダイオードにおいて、下部テーパー角度θ１が３０°、上部テーパー角度θ２が４５°の場合には、図１に示されるショットキーバリアダイオードのテーパー角度θが３０°の場合と比べ順電流が１．３％増加する。
【００４６】
また、図３に示されるショットキーバリアダイオードにおいて、下部テーパー角度θ１が４５°、上部テーパー角度θ２が８５°の場合には、図１に示されるショットキーバリアダイオードのテーパー角度θが４５°の場合と比べ順電流が１．５％増加する。
【００４７】
また、図３に示されるショットキーバリアダイオードにおいて、下部テーパー角度θ１が４５°、上部テーパー角度θ２が６０°の場合には、図１に示されるショットキーバリアダイオードのテーパー角度θが４５°の場合と比べ順電流が０．８％増加する。
【００４８】
また、図３に示されるショットキーバリアダイオードにおいて、下部テーパー角度θ１が４５°、上部テーパー角度θ２が４５°の場合には、図１に示されるショットキーバリアダイオードのテーパー角度θが４５°の場合と同じであり順電流は変わらない。
【００４９】
また、図３に示されるショットキーバリアダイオードにおいて、下部テーパー角度θ１が６０°、上部テーパー角度θ２が８５°の場合には、図１に示されるショットキーバリアダイオードのテーパー角度θが６０°の場合と比べ順電流が０．９％増加する。
【００５０】
また、図３に示されるショットキーバリアダイオードにおいて、下部テーパー角度θ１が６０°、上部テーパー角度θ２が６０°の場合には、図１に示されるショットキーバリアダイオードのテーパー角度θが６０°の場合と同じであり順電流は変わらない。
【００５１】
また、図３に示されるショットキーバリアダイオードにおいて、下部テーパー角度θ１が６０°、上部テーパー角度θ２が４５°の場合には、図１に示されるショットキーバリアダイオードのテーパー角度θが６０°の場合と比べ順電流が０．４％減少する。
【００５２】
また、図３に示されるショットキーバリアダイオードにおいて、下部テーパー角度θ１が７５°、上部テーパー角度θ２が８５°の場合には、図１に示されるショットキーバリアダイオードのテーパー角度θが７５°の場合と比べ順電流が０．４％増加する。
【００５３】
また、図３に示されるショットキーバリアダイオードにおいて、下部テーパー角度θ１が７５°、上部テーパー角度θ２が６０°の場合には、図１に示されるショットキーバリアダイオードのテーパー角度θが７５°の場合と比べ順電流が０．３％減少する。
【００５４】
また、図３に示されるショットキーバリアダイオードにおいて、下部テーパー角度θ１が７５°、上部テーパー角度θ２が４５°の場合には、図１に示されるショットキーバリアダイオードのテーパー角度θが７５°の場合と比べ順電流が０．９％減少する。
【００５５】
図１５は、図３に示されるショットキーバリアダイオードの絶縁膜３０の膜厚が８００ｎｍの場合において、下部テーパー角度θ１と上部テーパー角度θ２を変化させた場合における図１に示されるショットキーバリアダイオードに対する順電流の変化を示す。具体的には、膜厚方向において、下部傾斜部３１は、Ｎ−型半導体層２０の上の５０ｎｍまでの領域に形成されており、上部傾斜部３２は、下部傾斜部３１の上の５０ｎｍから８００ｎｍまでの領域に形成されている。また、比較の対象となる図１に示されるショットキーバリアダイオードは、テーパー角度θが、下部テーパー角度θ１と同じ値のものであるものとする。尚、順電流は、順電圧となるアノード電圧が２Ｖの場合の値である。
【００５６】
図１５より、図３に示されるショットキーバリアダイオードにおいて、下部テーパー角度θ１が１５°、上部テーパー角度θ２が８５°の場合には、図１に示されるショットキーバリアダイオードのテーパー角度θが１５°の場合と比べ順電流が１４．０％増加する。
【００５７】
また、図３に示されるショットキーバリアダイオードにおいて、下部テーパー角度θ１が１５°、上部テーパー角度θ２が６０°の場合には、図１に示されるショットキーバリアダイオードのテーパー角度θが１５°の場合と比べ順電流が１２．２％増加する。
【００５８】
また、図３に示されるショットキーバリアダイオードにおいて、下部テーパー角度θ１が１５°、上部テーパー角度θ２が４５°の場合には、図１に示されるショットキーバリアダイオードのテーパー角度θが１５°の場合と比べ順電流が１０．６％増加する。
【００５９】
また、図３に示されるショットキーバリアダイオードにおいて、下部テーパー角度θ１が３０°、上部テーパー角度θ２が８５°の場合には、図１に示されるショットキーバリアダイオードのテーパー角度θが３０°の場合と比べ順電流が５．８％増加する。
【００６０】
また、図３に示されるショットキーバリアダイオードにおいて、下部テーパー角度θ１が３０°、上部テーパー角度θ２が６０°の場合には、図１に示されるショットキーバリアダイオードのテーパー角度θが３０°の場合と比べ順電流が４．１％増加する。
【００６１】
また、図３に示されるショットキーバリアダイオードにおいて、下部テーパー角度θ１が３０°、上部テーパー角度θ２が４５°の場合には、図１に示されるショットキーバリアダイオードのテーパー角度θが３０°の場合と比べ順電流が２．７％増加する。
【００６２】
また、図３に示されるショットキーバリアダイオードにおいて、下部テーパー角度θ１が４５°、上部テーパー角度θ２が８５°の場合には、図１に示されるショットキーバリアダイオードのテーパー角度θが４５°の場合と比べ順電流が３．２％増加する。
【００６３】
また、図３に示されるショットキーバリアダイオードにおいて、下部テーパー角度θ１が４５°、上部テーパー角度θ２が６０°の場合には、図１に示されるショットキーバリアダイオードのテーパー角度θが４５°の場合と比べ順電流が１．６％増加する。
【００６４】
また、図３に示されるショットキーバリアダイオードにおいて、下部テーパー角度θ１が４５°、上部テーパー角度θ２が４５°の場合には、図１に示されるショットキーバリアダイオードのテーパー角度θが４５°の場合と同じであり順電流は変わらない。
【００６５】
また、図３に示されるショットキーバリアダイオードにおいて、下部テーパー角度θ１が６０°、上部テーパー角度θ２が８５°の場合には、図１に示されるショットキーバリアダイオードのテーパー角度θが６０°の場合と比べ順電流が１．８％増加する。
【００６６】
また、図３に示されるショットキーバリアダイオードにおいて、下部テーパー角度θ１が６０°、上部テーパー角度θ２が６０°の場合には、図１に示されるショットキーバリアダイオードのテーパー角度θが６０°の場合と同じであり順電流は変わらない。
【００６７】
また、図３に示されるショットキーバリアダイオードにおいて、下部テーパー角度θ１が６０°、上部テーパー角度θ２が４５°の場合には、図１に示されるショットキーバリアダイオードのテーパー角度θが６０°の場合と比べ順電流が１．３％減少する。
【００６８】
また、図３に示されるショットキーバリアダイオードにおいて、下部テーパー角度θ１が７５°、上部テーパー角度θ２が８５°の場合には、図１に示されるショットキーバリアダイオードのテーパー角度θが７５°の場合と比べ順電流が０．８％増加する。
【００６９】
また、図３に示されるショットキーバリアダイオードにおいて、下部テーパー角度θ１が７５°、上部テーパー角度θ２が６０°の場合には、図１に示されるショットキーバリアダイオードのテーパー角度θが７５°の場合と比べ順電流が０．８％減少する。
【００７０】
また、図３に示されるショットキーバリアダイオードにおいて、下部テーパー角度θ１が７５°、上部テーパー角度θ２が４５°の場合には、図１に示されるショットキーバリアダイオードのテーパー角度θが７５°の場合と比べ順電流が２．２％減少する。
【００７１】
以上のように、図３に示される構造のショットキーバリアダイオードにおいては、θ１＜θ２の場合には順電流は増加するが、θ１＞θ２の場合には順電流は減少する。
【００７２】
（半導体装置の製造方法）
次に、本実施の形態における半導体装置の製造方法について図１６から図１８に基づき説明する。
【００７３】
最初に、図１６（ａ）に示すように、Ｎ＋−ＧａＮにより形成されているＮ＋型半導体基板１０の表面に、Ｎ−型半導体層２０となるＮ−−ＧａＮをエピタキシャル成長により形成する。Ｎ＋型半導体基板１０は厚さが４１５ｎｍであり、Ｎ−型半導体層２０はＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）により、膜厚が１６μｍのＮ−−ＧａＮを成長させることにより形成する。ＭＯＣＶＤによりＮ−型半導体層２０を形成する際には、Ｇａの原料ガスにはＴＭＧ（トリメチルガリウム）、Ｎの原料ガスにはＮＨ３（アンモニア）、ドープされるＳｉの原料ガスにはＳｉＨ４（モノシラン）が用いられる。
【００７４】
次に、図１６（ｂ）に示すように、Ｎ＋型半導体基板１０の裏面に、カソード電極５０を形成する。カソード電極５０は、Ｔｉ／Ａｌの金属積層膜を真空蒸着により成膜することにより形成し、Ｔｉ／Ａｌの金属積層膜を成膜した後は、アニールすることによりオーミックコンタクトさせる。
【００７５】
次に、図１６（ｃ）に示すように、Ｎ−型半導体層２０の上に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）により膜厚が４００ｎｍのＳｉＮを成膜することにより絶縁膜３０を形成する。
【００７６】
次に、図１７（ａ）に示すように、絶縁膜３０において開口部３０ａが形成される領域に開口部６０ａを有するレジストパターン６０を形成する。具体的には、絶縁膜３０の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、絶縁膜３０において開口部３０ａが形成される領域に開口部６０ａを有するレジストパターン６０を形成する。
【００７７】
次に、図１７（ｂ）に示すように、レジストパターン６０が形成されていない領域の絶縁膜３０を深さが３５０ｎｍまでＲＩＥ等によるエッチングにより除去する。この際行われるエッチングは、絶縁膜３０の表面に対し垂直に近い条件で行う。これにより、側壁の傾斜が急峻な上部傾斜部３２を形成する。
【００７８】
次に、図１７（ｃ）に示すように、レジストパターン６０が形成されていない領域において、Ｎ−型半導体層２０の表面が露出するまで、絶縁膜３０をＲＩＥ等によるエッチングにより除去する。この際行われるエッチングは、絶縁膜３０の表面に対しなだらかな傾斜角度となるような条件で行う。これにより、側壁の傾斜がなだらかな下部傾斜部３１を形成する。
【００７９】
次に、図１８（ａ）に示すように、有機溶剤等によりレジストパターン６０を除去する。これにより、絶縁膜３０には、側壁が下部傾斜部３１と上部傾斜部３２により形成された開口部３０ａが形成される。
【００８０】
次に、図１８（ｂ）に示すように、開口部３０ａ及び開口部３０ａの周囲の絶縁膜３０の上にアノード電極４０を形成する。具体的には、開口部３０ａが形成されている絶縁膜３０の上にフォトレジストを塗布し、露光装置により露光、現像を行うことにより、アノード電極４０が形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、真空蒸着によりＮｉ／Ａｕの金属積層膜を成膜し、有機溶剤等に浸漬させて、レジストパターンの上の金属積層膜をレジストパターンとともにリフトオフにより除去することにより、残存する金属積層膜によりアノード電極４０を形成する。
【００８１】
上記においては、Ｎ＋型半導体基板１０がＮ＋−ＧａＮ、Ｎ−型半導体層２０がＮ−−ＧａＮにより形成されている場合について説明したが、Ｎ＋型半導体基板１０がＮ＋−ＳｉＣ、Ｎ−型半導体層２０がＮ−−ＳｉＣにより形成されているものであってもよい。また、絶縁膜３０としては、ＳｉＮ以外にも、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＡｉＮ、ＨｆＯ２等を用いてもよい。
【００８２】
本実施の形態における半導体装置であるショットキーバリアダイオードは、電力用デバイスとして用いることができる。例えば、パワースイッチングによる電力変換、即ち、交流−交流、交流−直流、直流−交流、直流−直流の変換を行う装置に用いることができる。また、現在は、情報通信機器、省エネ家電製品、照明、電気鉄道、自動車、電力系統装置に至るまで、パワーエレクトロニクスは不可欠な技術であるため、これらの用途において、耐圧が数百Ｖ以上の電力用途のパワーデバイスとして用いることができる。例えば、自動車向けのＡＣ／ＤＣコンバータ、ＤＣ／ＤＣコンバータ、電気鉄道、電力系統装置等に用いることができる。
【００８３】
以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。
【００８４】
上記の説明に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
半導体基板と、
前記半導体基板の一方の面に形成された半導体層と、
前記半導体層の上に形成された開口部を有する絶縁膜と、
前記開口部において露出している半導体層の上、前記開口部の側壁及び前記開口部の周囲の絶縁膜の上に形成された一方の電極と、
前記半導体基板の他方の面に形成された他方の電極と、
を有し、
前記開口部の側壁は、前記半導体層との界面から絶縁膜の表面に向かって順に形成された下部傾斜部と上部傾斜部とにより形成されており、
前記半導体層の表面に対する前記下部傾斜部の角度を下部テーパー角度θ１とし、前記半導体層の表面に対する前記上部傾斜部の角度を上部テーパー角度θ２とした場合に、
θ１＜θ２
であることを特徴とする半導体装置。
（付記２）
前記半導体基板は、ＧａＮまたはＳｉＣを含む材料により形成されており、
前記半導体層は、ＧａＮまたはＳｉＣを含む材料により形成されていることを特徴とする付記１に記載の半導体装置。
（付記３）
前記絶縁膜は、ＳｉＮ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＡｉＮ、ＨｆＯ２のうちのいずれかを含む材料により形成されていることを特徴とする付記１または２に記載の半導体装置。
（付記４）
前記半導体基板には、Ｎ型となる不純物元素がドープされており、
前記半導体層には、Ｎ型となる不純物元素がドープされていることを特徴とする付記１から３のいずれかに記載の半導体装置。
（付記５）
前記下部テーパー角度θ１は、１５°以上、６０°以下であって、
前記上部テーパー角度θ２は、４５°以上、９０°以下であることを特徴とする付記１から４のいずれかに記載の半導体装置。
（付記６）
前記一方の電極は、前記半導体層の上に形成されたショットキー電極と、前記絶縁膜の上に形成されたフィールドプレート電極とにより形成されており、
前記一方の電極における前記ショットキー電極と前記他方の電極との間において、前記半導体基板及び前記半導体層を貫通して電流が流れるショットキーバリアダイオードであることを特徴とする付記１から５のいずれかに記載の半導体装置。
【符号の説明】
【００８５】
１０        Ｎ＋型半導体基板
２０        Ｎ−型半導体層
３０        絶縁膜
３０ａ      開口部
３１        下部傾斜部
３２        上部傾斜部
４０        アノード電極
４１        ショットキー電極
４２        フィールドプレート電極
５０        カソード電極
θ１        下部テーパー角度
θ２        上部テーパー角度
【図１】
2016162832.tif 000003
【図２】
2016162832.tif 000004
【図３】
2016162832.tif 000005
【図４】
2016162832.tif 000006
【図５】
2016162832.tif 000007
【図６】
2016162832.tif 000008
【図７】
2016162832.tif 000009
【図８】
2016162832.tif 000010
【図９】
2016162832.tif 000011
【図１０】
2016162832.tif 000012
【図１１】
2016162832.tif 000013
【図１２】
2016162832.tif 000014
【図１３】
2016162832.tif 000015
【図１４】
2016162832.tif 000016
【図１５】
2016162832.tif 000017
【図１６】
2016162832.tif 000018
【図１７】
2016162832.tif 000019
【図１８】
2016162832.tif 000020