(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化珪素半導体材料からなる基板と、
前記基板の上面に形成された炭化珪素半導体材料からなるドリフト層と、
前記ドリフト層に接して前記ドリフト層の上面の一部の領域を覆うように配置され、前記ドリフト層と接する界面をショットキー障壁として機能させるためのショットキー障壁電極とを備え、
前記ショットキー障壁電極の外周縁部領域においては、前記ドリフト層と前記ショットキー障壁電極との間に、ガードリングを介在し、前記ショットキー障壁電極が前記ガードリングによって持ち上げられた形状となっており、
前記ガードリングは、前記ショットキー障壁電極の外側から内側に向かうにつれて膜厚の薄くなる形状であり、
前記ガードリングは、前記ドリフト層とは異なる材質であって、前記ドリフト層の順方向電圧印加時の抵抗値より高く、前記ドリフト層の逆方向電圧印加時の抵抗値より低い抵抗値を有する材質を含み、
前記ガードリングは、前記ショットキー障壁電極の外側端部を酸化して形成された酸化金属層である、炭化珪素半導体装置。
【請求項２】
前記ショットキー障壁電極はチタンを含み、前記酸化金属層は、酸化チタンを含む、請求項１に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項３】
炭化珪素半導体材料からなる基板の上面に、炭化珪素半導体材料からなるドリフト層を形成するドリフト層形成工程と、
前記ドリフト層と接する界面をショットキー障壁として機能させるためのショットキー障壁電極の材料からなる電極材料膜を前記ドリフト層に接して前記ドリフト層の上面を覆うように形成する電極材料膜形成工程と、
前記電極材料膜から所望の部分を残して他を除去するエッチング工程と、
前記電極材料膜の一部を酸化させて酸化金属層からなるガードリングを形成する酸化工程とを含み、
前記エッチング工程と、前記酸化工程とは、並行して行なわれる、
炭化珪素半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭化硅素半導体材料を用いた半導体装置（以下、「炭化珪素半導体装置」という。）およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
炭化硅素半導体装置の一例として、ショットキー障壁ダイオード（Schottky barrier diode）がある。ショットキー障壁ダイオードとは、ショットキー接合の整流作用を利用したダイオードである。従来のショットキー障壁ダイオードでは、ショットキー障壁電極の外周縁部における電界集中を緩和するために、ショットキー障壁電極の外周縁部領域の構造として、イオン注入により形成したｐ型領域や、高抵抗領域が利用されている。たとえば、Material Science Forum Vols.338-342(2000) pp.1167-1170に示されるように、従来のショットキー障壁ダイオードでは、ショットキー障壁電極の周辺にＡｌ注入領域のガードリングを備えた構造を持っている。この構造では、電界が最大となる位置は、ガードリングとドリフト領域の境に形成されるｐｎ接合面になり、ショットキー障壁電極の端での電界集中は緩和される。
【０００３】
（従来例１）
（構成）
図９は、従来のショットキー障壁ダイオードの主要部分の断面図である。ｎ型のＳｉＣ基板１の上面に、不純物濃度の低いｎ型の導電性を持つＳｉＣのドリフト層２がエピタキシャル成長で形成されている。ドリフト層２の上面からドリフト層２の内部にかけて、イオン注入によりｐ型導電性ガードリング領域３が形成されている。ドリフト層２の上側には、ショットキー障壁電極４が形成されており、ショットキー障壁電極４の端５は、ｐ型導電性ガードリング領域３の上面に位置する。一方、ＳｉＣ基板１の裏側には、ｎ側電極として裏面電極６が形成されている。ｐ型導電性ガードリング領域３とドリフト層２との界面には、ｐｎ接合面７が形成されている。ショットキー障壁電極４に負電圧を印加した場合、ショットキー障壁電極４の下面に形成される電位障壁により、電子が遮断されることにより、ドリフト層２に形成される空乏層に負電圧が印加され、ダイオードとしての整流特性を示す。このとき、ショットキー障壁電極４の端５の下側には、ガードリングとしてｐ型導電性ガードリング領域３が形成されているため、ショットキー障壁電極の端５に電界集中は生じず、電界が最大となる位置はガードリングとドリフト領域の境に形成されるｐｎ接合面７になり、電界集中は緩和される。
【０００４】
（製造方法）
次に、この半導体装置の製造方法について説明する。図９に示すような従来のショットキー障壁ダイオードは、たとえば、次のように作製される。ＳｉＣ基板１上に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）結晶成長法により、不純物濃度の低いｎ型の導電性を持つドリフト層２をたとえば厚み１０μｍだけエピタキシャル成長させる。次に、表面に選択イオン注入のマスクを作製し、アクセプタ不純物としてＡｌのイオン注入を行う。次にイオン注入による結晶損傷を修復し、不純物をアクセプタとして活性化させるため、たとえばＡｒ雰囲気中で１７００℃で１時間程度のアニールを行い、ｐ型導電性ガードリング領域３を形成する。次に裏面電極６として、ＳｉＣ基板１の裏面にニッケルをスパッタ成膜法により厚み０．５μｍだけ形成したあと、オーミック電極化するため、たとえば真空中において９５０℃で１分間アニールする。続いて、良好なショットキー障壁形成のためにＳｉＣ表面の洗浄、処理を行った後、たとえばチタンをショットキー障壁電極４として成膜する。通常のパターニングによりショットキー障壁電極４を形成する。
【０００５】
（従来例２）
（構成）
さらに、従来のショットキー障壁ダイオードの他の例として、イオン注入により形成されたいわゆる高抵抗ＳｉＣ領域をガードリング領域とするショットキー障壁ダイオードを示す。図１０は、このショットキー障壁ダイオードの主要部分の断面図である。ＳｉＣ基板１、ドリフト層２、ショットキー障壁電極４、裏面電極６については、先の従来例と同様の構造である。この例では、ガードリングとして、ｐ型導電性ガードリング領域３に代えて高抵抗ガードリング領域８が形成されている。高抵抗ガードリング領域８とは、たとえばＡｒなどのイオン注入により結晶に損傷を与えることにより形成した領域である。ショットキー障壁電極４に負電圧を印加した場合、ショットキー障壁電極４の端５の下側には、高抵抗ガードリング領域８が形成されているため、電位が高抵抗ガードリング領域８の抵抗により分割される。このため、ショットキー障壁電極４の端５での電界集中は緩和される。
【０００６】
（製造方法）
次に製造方法について説明する。図１０に示すような従来のショットキー障壁ダイオードの作製工程はイオン注入のマスクの作製工程までは図９に示すものと同様である。イオン注入により、欠陥に損傷を与え、高抵抗な領域を形成する目的で、例えばＡｒイオンを３００ｋｅＶのエネルギーでイオン注入する。この後に続く工程も図９に示したものと同様である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
炭化硅素半導体材料を用いた半導体装置において、従来のショットキー障壁電極の端における電界集中を緩和する構造としては、イオン注入により形成したガードリング領域が用いられてきた。しかし、イオン注入には高価な装置が必要であり、このことが半導体装置の製造原価を高くしていた。さらに、たとえばｐ型注入によるガードリング構造では、注入後の活性化アニールが１５００℃から１８００℃と高温であるため、ショットキー障壁が形成されるべきドリフト層の表面が、変質したり、形状が凸凹になったりすることにより、良好なショットキー障壁を得ることが困難になるという問題があった。また、低温のアニール条件の場合はもちろん、高温のアニール条件の場合でも、必ずしも、完全に注入損傷が修復されず、注入による損傷が残留し、ｐｎ接合面にリーク電流が生じ、その結果ショットキー障壁ダイオードの逆方向リーク電流特性を劣化させるという問題があった。また、ｐｎ接合面を有するガードリング領域では、ショットキー障壁電極の端の電界集中は緩和されるが、その一方で、イオン注入により形成されたｐｎ接合面、特にｐｎ接合面が凸形状になる部分で電界集中がおこり、その結果ショットキー障壁ダイオードの逆方向耐圧を低下させるという問題があった。
【０００８】
また、たとえば、Ａｒイオン注入などによる、高抵抗な領域をガードリング領域として用いた構造では、高抵抗領域は、欠陥損傷による、深い準位により実現されており、ガードリング領域での再結合によるリーク電流が大きくなりショットキー障壁ダイオードの逆方向リーク電流特性を劣化させるという問題があった。
【０００９】
本発明は、これらの問題点を解決するために成されたもので、逆リーク電流の低い半導体装置を安価に提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に基づく炭化珪素半導体装置は、炭化珪素半導体材料からなる基板と、上記基板の上面に形成された炭化珪素半導体材料からなるドリフト層と、上記ドリフト層に接して上記ドリフト層の上面の一部の領域を覆うように配置され、上記ドリフト層と接する界面をショットキー障壁として機能させるためのショットキー障壁電極とを備え、上記ショットキー障壁電極の外周縁部領域においては、上記ドリフト層と上記ショットキー障壁電極との間に、ガードリングを介在し、上記ショットキー障壁電極が上記ガードリングによって持ち上げられた形状となっている。この構成を採用することにより、ショットキー障壁電極への負電圧印加時には、ショットキー障壁電極の端の下には、ガードリングが形成されているため、ショットキー障壁電極の端での電界集中は緩和され、耐圧性が向上する。しかも、ガードリングは、ドリフト層と同じ層の中に設けられるのではなく、ショットキー障壁電極をガードリングによって持ち上げるように構成されているため、ガードリングをドリフト層の上側に積層して形成することができ、従来問題のあったイオン注入などの方法をとる必要がなくなった。
【００１１】
上記発明において好ましくは、上記ガードリングは、上記ショットキー障壁電極の外側から内側に向かうにつれて膜厚の薄くなる形状である。この構成を採用することにより、ショットキー障壁電極が直接ドリフト層に接する領域とガードリングが介在する領域との境界において、構造が不連続に変化することがなく、徐々にガードリングの厚みが増す構造となっている。したがって、この境界における電界集中が生じない。このため、逆方向耐圧が低下するという問題が生じない。
【００１２】
上記発明において好ましくは、上記ガードリングは、上記ドリフト層とは異なる材質であって、上記ドリフト層の順方向電圧印加時の抵抗値より高く、上記ドリフト層の逆方向電圧印加時の抵抗値より低い抵抗値を有する材質を含む。この構成を採用することにより、電位が高抵抗ガードリング１８の抵抗により分割される。このため、ショットキー障壁電極の端での電界集中は緩和され、耐圧性が向上する。
【００１３】
上記発明において好ましくは、上記ガードリングは、上記ショットキー障壁電極の外側端部を酸化して形成された酸化金属層である。この構成を採用することにより、ガードリングが、ショットキー障壁電極の酸化により形成された酸化金属層であるため、ショットキー障壁電極とガードリングとの間に構造的に不連続な変化がなく電界集中が生じない。また、ガードリングが電極の酸化で形成されるため、ショットキー障壁電極と高抵抗層の界面における欠陥などの問題も低減される。また、ガードリングを別工程を用いて成膜する必要がない。
【００１４】
上記発明において好ましくは、上記ショットキー障壁電極はチタンを含み、上記酸化金属層は、酸化チタンを含む。この構成を採用することにより、低損失なショットキー障壁ダイオードを実現できる。チタンは、４Ｈ−ＳｉＣに対するショットキー障壁が１ｅＶ程度と１ｋＶ程度の整流素子として適しているからである。また、酸化チタンは、高抵抗層となり、ガードリングとして機能する。
【００１５】
上記発明において好ましくは、上記ガードリングは、上記ドリフト層上に成長させた半絶縁炭化珪素半導体層を含む。この構成を採用することにより、ガードリングを成長によって得ることができ、この場合、注入による損傷およびアニールによる表面の劣化がないため、良好なショットキー障壁ダイオードを実現できる。
【００１６】
上記発明において好ましくは、上記ガードリングと、上記ドリフト層とは、互いに異なる導電形を有し、上記ガードリングは、上記ドリフト層との界面にｐｎ接合面を形成する。この構成を採用することにより、ショットキー障壁電極はガードリングによって持ち上げられた形状であってガードリング形成にイオン注入が不要でありながら、ガードリングとドリフト層との間にはｐｎ接合が形成されていることから、イオン注入で形成したガードリングの場合に比べ、逆リーク電流が低減できるという効果がある。
【００１７】
上記発明において好ましくは、上記ドリフト層は、凹状の斜面を有し、上記ガードリングは、上記斜面を覆うように形成されている。この構成を採用することにより、ｐｎ接合面が凸形状になる部分での曲率半径を大きくすることができるため、ｐｎ接合面における電界集中が低減される。このように、電界集中を緩和でき、ショットキー障壁ダイオードの逆方向耐圧を向上させることができる。
【００１８】
上記目的を達成するため、本発明に基づく炭化珪素半導体装置の製造方法は、炭化珪素半導体材料からなる基板の上面に、炭化珪素半導体材料からなるドリフト層を形成するドリフト層形成工程と、上記ドリフト層と接する界面をショットキー障壁として機能させるためのショットキー障壁電極の材料からなる電極材料膜を上記ドリフト層に接して上記ドリフト層の上面を覆うように形成する電極材料膜形成工程と、上記電極材料膜から所望の部分を残して他を除去するエッチング工程と、上記電極材料膜の一部を酸化させて酸化金属層からなるガードリングを形成する酸化工程とを含み、上記エッチング工程と、上記酸化工程とは、並行して行なわれる。この方法を採用することにより、エッチングによってショットキー障壁電極を形成すると同時にガードリングも得ることができ、工程数を減らすことができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
（構成）
図１を参照して、本発明に基づく実施の形態１における炭化珪素半導体装置について説明する。図１は、炭化珪素半導体装置の一例としてのショットキー障壁ダイオードの断面図である。ｎ型のＳｉＣ基板１の上面に、不純物濃度の低いｎ型の導電性を持つＳｉＣのドリフト層２がエピタキシャル成長で形成されている。ドリフト層２の上面の一部の領域を直接覆うように、ショットキー障壁電極４が形成されている。ドリフト層２の上面のショットキー障壁電極４に直接覆われた領域を取り囲むように、ドリフト層２の上側に高抵抗ガードリング１８が形成されている。ショットキー障壁電極４は、たとえばチタンからなる。ただし、高抵抗ガードリング１８の「高抵抗」とは、ドリフト層２の順方向電圧印加時の抵抗値より高く、ドリフト層２の逆方向電圧印加時の抵抗値より低い抵抗値を有することを意味するものとする。ここでは、高抵抗ガードリング１８は、たとえば酸化チタンからなる。ショットキー障壁電極４の外周縁部領域においては、ショットキー障壁電極４は高抵抗ガードリング１８の上側に延在している。ショットキー障壁電極４の端５は、高抵抗ガードリング１８の上側に位置する。結果的に、図１に示すように、ショットキー障壁電極４の外周縁部領域においては、ショットキー障壁電極４の端５を含む部分が高抵抗ガードリング１８によって持ち上げられた形状となっている。すなわち、ドリフト層２とショットキー障壁電極４との間に、高抵抗ガードリング１８が介在する形となっている。一方、ＳｉＣ基板１の裏側には、ｎ側電極として裏面電極６が形成されている。
【００２０】
ショットキー障壁電極４に負電圧を印加した場合、ショットキー障壁電極４の下面に形成される電位障壁により、電子が遮断されることにより、ドリフト層２に形成される空乏層に負電圧が印加され、ダイオードとしての整流特性を示す。
【００２１】
（製造方法）
本実施の形態に示したショットキー障壁ダイオードは、たとえば次のように作製できる。ＳｉＣ基板１上に、ＣＶＤ結晶成長法により、不純物濃度の低いｎ型の導電性を持つドリフト層２をたとえば厚み１０μｍだけエピタキシャル成長させる。裏面電極６として、ＳｉＣ基板１の裏面にニッケルをスパッタ成膜法により厚み０．５μｍだけ形成したあと、オーミック電極化するため、たとえば真空中９５０℃で１分間アニールする。
【００２２】
ドリフト層２の表面に高抵抗ガードリング１８を形成するための材料の層として、酸化チタンを、スパッタ成膜法により厚み０．５μｍだけ形成する。通常のパターニング法と、エッチング法により、高抵抗ガードリング１８を、上方から見て環状の形状になるように形成する。ショットキー障壁電極４の材料となる電極材料膜として、チタンをスパッタ成膜法により厚み０．５μｍだけ形成した後、通常のパターニング法と、エッチング法によりショットキー障壁電極４を形成する。
【００２３】
（作用・効果）
本実施の形態における炭化珪素半導体装置では、ショットキー障壁電極４への負電圧印加時には、ショットキー障壁電極の端５の下には、高抵抗ガードリング１８が形成されているため、電位が高抵抗ガードリング１８の抵抗により分割される。このため、ショットキー障壁電極４の端５での電界集中は緩和され、耐圧性が向上する。
【００２４】
なお、ここでは、高抵抗ガードリング１８の材質として、酸化チタンを用いた例を挙げたが、上述の高抵抗の定義を満たす材質であれば、他の材質であってもよい。
【００２５】
（実施の形態２）
（構成）
図２を参照して、本発明に基づく実施の形態２における炭化珪素半導体装置について説明する。図２は、炭化珪素半導体装置の一例としてのショットキー障壁ダイオードの断面図である。ＳｉＣ基板１、ドリフト層２、ショットキー障壁電極４および裏面電極６の特徴については、実施の形態１と同様である。高抵抗ガードリング１８の材質も実施の形態１と同様である。ただし、本実施の形態では、高抵抗ガードリング１８は、ショットキー障壁電極４の外側から内側に向かうにつれて膜厚が薄くなっている。ダイオードの整流機能およびガードリングの機能については、実施の形態１と同様である。
【００２６】
（製造方法）
本実施の形態におけるショットキー障壁ダイオードは、たとえば次のように作製できる。裏面電極６の形成およびアニールまでの工程は、実施の形態１で既に説明したものと同様である。
【００２７】
次に、ドリフト層２の表面にガードリング領域１８のための材料の層として、酸化チタンを、スパッタ成膜法により０．５μｍ形成する。通常のパターニング法と、エッチング法により、高抵抗ガードリング１８を、上方から見て環状の形状になるように形成する。この高抵抗ガードリング１８の形成の際には、エッチング膜の後退を利用した緩斜面形成プロセスにより、ショットキー障壁電極４の外周縁部領域において、図２に示すように、外側から内側に向かうにつれて膜厚が薄くなるように形成する。
【００２８】
この緩斜面形成プロセスについて、図３（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。まず、図３（ａ）に示すように、高抵抗ガードリング１８となるべき材料膜３８の上において、レジストマスク３１を、斜面を有する形状に形成する。このような形状の実現は、レジストマスク３１の露光、現像条件を操作することにより可能である。ドライエッチングでは、レジストマスク３１もある割合の速度で膜厚が減少するため、レジストマスク３１の端の薄い部分からレジストマスク３１はなくなり、下に隠れていた材料膜３８が徐々に露出してくる。ドライエッチングの進行していく様子を図３（ｂ），（ｃ）に示す。最終的には、図３（ｄ）に示すように、レジストマスク３１を完全に除去した後に、材料膜３８の一部が斜面を有する形で残る。これが高抵抗ガードリング１８となる。
【００２９】
このようにして高抵抗ガードリング１８を形成した後は、ショットキー障壁電極４を形成する。ショットキー障壁電極４を形成するための工程は実施の形態１におけるものと同様である。こうして、図２に示す構造を得る。
【００３０】
（作用・効果）
本実施の形態における炭化珪素半導体装置では、ショットキー障壁電極４が直接ドリフト層２に接する領域とガードリングが介在する領域との境界において、構造が不連続に変化することがなく、徐々にガードリングの厚みが増す構造となっている。したがって、この境界における電界集中が生じない。このため、逆方向耐圧が低下するという問題が生じない。その結果、炭化珪素半導体の材料物性が限定する理想的な逆方向耐圧を持つショットキー障壁ダイオードを含む炭化珪素半導体装置を実現できる。
【００３１】
なお、本実施の形態における製造方法の説明では、ガードリングの緩斜面形成プロセスとして、エッチングマスクの後退を利用した例をしめしたが、緩斜面を形成できる方法であれば、等方性エッチングによるマスク下へのアンダーカットを利用した方法など、他の方法を利用してもよい。
【００３２】
（実施の形態３）
（構成）
図４を参照して、本発明に基づく実施の形態３における炭化珪素半導体装置について説明する。図４は、炭化珪素半導体装置の一例としてのショットキー障壁ダイオードの断面図である。ＳｉＣ基板１、ドリフト層２、ショットキー障壁電極４および裏面電極６の特徴については、実施の形態１と同様である。高抵抗ガードリング１８の材質も実施の形態１と同様である。ただし、本実施の形態では、高抵抗ガードリング１８は、チタンからなるショットキー障壁電極４の外周部分の部分的な酸化により形成された酸化金属層から構成される。ダイオードの整流機能およびガードリングの機能については、実施の形態１および２と同様である。
【００３３】
（製造方法）
本実施の形態におけるショットキー障壁ダイオードは、たとえば次のように作製できる。裏面電極６の形成およびアニールまでの工程は、実施の形態１で既に説明したものと同様である。
【００３４】
次に、ドリフト層２の表面にショットキー障壁電極４の材料となる電極材料層として、チタンを、スパッタ成膜法により厚み０．５μｍだけ形成する。次に、通常のパタニング法により、ショットキー障壁電極４のためのエッチングマスクを形成する。次にたとえば、希釈フッ酸によるエッチングにより、ショットキー障壁電極４を形成する。このとき同時に、ショットキー障壁電極４の周辺の部分の一部を酸化することにより、酸化チタンからなる高抵抗ガードリング１８を、上方から見て環状の形状となるように形成する。この場合、酸化の反応は、ＳｉＣとチタンとの界面で速く進む傾向があるため、図４に示すように、高抵抗ガードリング１８の膜厚がショットキー障壁電極４の外側から内側に向かうにつれて薄くなる形状を得ることもできる。
【００３５】
（作用・効果）
本実施の形態における炭化珪素半導体装置では、高抵抗ガードリング１８が、ショットキー障壁電極４の酸化により形成された酸化金属層であるため、ショットキー障壁電極４と高抵抗ガードリング１８との間に構造的に不連続な変化がなく電界集中が生じない。また、高抵抗ガードリング１８が電極の酸化で形成されるため、ショットキー障壁電極と高抵抗層の界面における欠陥などの問題も低減される。また、ガードリングを別工程を用いて成膜する必要がない。このように、逆方向耐圧に優れたショットキー障壁ダイオードを含む炭化珪素半導体装置を、容易に実現できる。
【００３６】
上記実施の形態１〜３では、ショットキー障壁電極４として、チタンを用いる例を示したが、順方向電圧と逆方向リーク電流の仕様に応じて、仕事関数の異なる、金、ニッケル、白金、銅などをショットキー障壁を形成する金属として用いることができる。また、上記実施の形態では、高抵抗ガードリングとして、酸化チタンを用いる例を示したが、他の高抵抗を示す金属酸化膜はもちろん他の窒化物など他の金属化合物や、他の高抵抗性を示す材料を用いることもできる。
【００３７】
上記実施の形態３では、ショットキー障壁電極４の外周部分の一部を酸化するエッチング液として、希釈フッ酸を用いる例をしめしたが、他のエッチング液はもちろん、ドライエッチングによっても同様に製造可能である。
【００３８】
（実施の形態４）
（構成）
図５を参照して、本発明に基づく実施の形態４における炭化珪素半導体装置について説明する。図５は、炭化珪素半導体装置の一例としてのショットキー障壁ダイオードの断面図である。ＳｉＣ基板１、ドリフト層２、ショットキー障壁電極４および裏面電極６の特徴については、実施の形態１と同様である。このショットキー障壁ダイオードは、ガードリングとして、これまでの実施の形態のような高抵抗ガードリング１８の代わりに、結晶成長により形成した半絶縁性ＳｉＣからなる半絶縁性ガードリング２８を備える。半絶縁性ガードリング２８の内側の端は、ショットキー障壁の端１５となっている。
【００３９】
この例では、半絶縁性ガードリング２８は、ショットキー障壁電極４の外周縁部領域において、図５に示すように、外側から内側に向かうにつれて膜厚が薄くなるように形成しているが、図１、図４に示した高抵抗ガードリング１８のような形状に形成してもよい。
【００４０】
ダイオードの整流機能およびガードリングの機能については、実施の形態１と同様である。
【００４１】
（製造方法）
本実施の形態に示したショットキー障壁ダイオードは、たとえば次のように作製できる。ＳｉＣ基板１に、ＣＶＤ結晶成長法により、不純物濃度の低いｎ型の導電性を持つドリフト層２をたとえば厚み１０μｍだけエピタキシャル成長させる。
【００４２】
次に同じく、不純物として、たとえば有機バナジウムを成長室に導入し、半絶縁性導電性を持つＳｉＣからなる半絶縁性ガードリング２８の材料となる層を成長する。次に、実施の形態１における方法と同様の方法で裏面電極６を形成する。
【００４３】
次に、上面において、通常のパターニング法と、エッチング法により、上方から見て環状の形状になるように、半絶縁性ガードリング２８を形成する。この形成の際、実施の形態２で説明したように、エッチングマスクの後退を利用したドライエッチングによる緩斜面形成プロセスを用いれば、ショットキー障壁電極４の外周部分において、図５に示すように、半絶縁性ガードリング２８の膜厚が外側から内側に向かうにつれて薄くなる形状を形成することもできる。この後のショットキー障壁電極４の形成工程は、実施の形態１と同様である。
【００４４】
（作用・効果）
本実施の形態では、高抵抗なＳｉＣ層を得るための工程として、高価な装置を必要とし、結晶に欠陥損傷を与えるイオン注入工程に代えて、結晶成長の工程を用いている。ドリフト層の作製に用いる結晶成長装置を併用することにより、安価に成長層による半絶縁性炭化硅素半導体層を得ることができる。成長層による半絶縁炭化硅素半導体層は、注入による損傷およびアニールによる表面の劣化がないため、良好なショットキー障壁ダイオードを実現できる。またドリフト層とガードリングとが同一の材料であり、境界での不連続がないことから、電界集中や、リーク電流の増加がないという効果がある。
【００４５】
また、本実施の形態で例示したように、半絶縁性ガードリング２８の膜厚が外側から内側に向かうにつれて薄くなる形状にした場合は、ショットキー障壁の端１５となるショットキー障壁電極４と半絶縁性ガードリング２８の境界において構造的に不連続がなく、この点における電界集中が生じない。このため、逆方向耐圧が低下するという問題が生じない。したがって、炭化珪素半導体の材料物性が限定する理想的な逆方向耐圧を持つショットキー障壁ダイオードを含む炭化珪素半導体装置を実現できる。
【００４６】
（実施の形態５）
（構成）
図６を参照して、本発明に基づく実施の形態５における炭化珪素半導体装置について説明する。図６は、炭化珪素半導体装置の一例としてのショットキー障壁ダイオードの断面図である。ＳｉＣ基板１、ドリフト層２、ショットキー障壁電極４および裏面電極６の特徴については、実施の形態１と同様である。このショットキー障壁ダイオードは、ガードリングとして、これまでの実施の形態のような高抵抗ガードリング１８や半絶縁性ガードリング２８の代わりに、結晶成長より形成したｐ型導電性ガードリング２３を備える。ｐ型導電性ガードリング２３の内側の端は、ショットキー障壁の端１５となっている。
【００４７】
この例では、ｐ型導電性ガードリング２３は、ショットキー障壁電極４の外周縁部領域において、図６に示すように、外側から内側に向かうにつれて膜厚が薄くなるように形成しているが、図１、図４に示した高抵抗ガードリング１８のような形状に形成してもよい。
【００４８】
ダイオードの整流機能およびガードリングの機能については、実施の形態１と同様である。
【００４９】
（製造方法）
本実施の形態に示したショットキー障壁ダイオードは、たとえば次のように作製できる。ドリフト層２をエピタキシャル成長させる工程までは、実施の形態４で説明したものと同様である。
【００５０】
次に同じく、不純物として、たとえば有機アルミニウムを成長室に導入し、ｐ型の導電性を持つｐ型導電性ガードリング２３の材料となる層を成長する。次に、実施の形態１における方法と同様の方法で裏面電極６を形成する。
【００５１】
次に、上面において、通常のパターニング法と、エッチング法により、上方から見て環状の形状になるように、ｐ型導電性ガードリング２３を形成する。この時、実施の形態４と同様に、ショットキー障壁電極４の外周部分において、図６に示すように、ｐ型導電性ガードリング２３の膜厚が外側から内側に向かうにつれて薄くなる形状を形成することもできる。この後のショットキー障壁電極４の形成工程は、実施の形態１と同様である。
【００５２】
（作用・効果）
本実施例では、ガードリングとして、成長によるＳｉＣ層を用いているので、実施の形態４と同様な効果を有するのに加え、ｐｎ接合が結晶成長により形成されていることから、イオン注入で形成したガードリングの場合に比べ、逆リーク電流が低減できるという効果がある。
【００５３】
（実施の形態６）
（構成）
図７を参照して、本発明に基づく実施の形態６における炭化珪素半導体装置について説明する。図７は、炭化珪素半導体装置の一例としてのショットキー障壁ダイオードの断面図である。ｎ型のＳｉＣ基板１の上面に、不純物濃度の低いｎ型の導電性を持つＳｉＣのドリフト層２がエピタキシャル成長で形成されている。ドリフト層２の上面には凹状のなだらかな斜面１９が設けられており、ガードリングは、この斜面１９を覆うように形成されている。このガードリングは、結晶成長により形成されたｐ型導電性ガードリング２３である。ｐｎ接合面２７は、斜面１９上に形成される。ショットキー障壁電極４は、ショットキー障壁の端１５よりも外側ではドリフト層２から離れてｐ型導電性ガードリング２３の上に乗り上がるようにして延在している。ショットキー障壁電極４の端５は、ｐ型導電性ガードリング２３の上側に位置している。
【００５４】
ダイオードの整流機能およびガードリングの機能については、実施の形態５と同様である。
【００５５】
（製造方法）
本実施の形態に示したショットキー障壁ダイオードは、たとえば次のように作製できる。ドリフト層２をエピタキシャル成長させる工程までは、実施の形態４で説明したものと同様である。
【００５６】
図８（ａ）〜（ｄ）を参照して、ｐ型導電性ガードリング２３の形成のための工程を説明する。まず、通常のパターニング法と、エッチング法により、図８（ａ）に示すように、ＳｉＣのドリフト層２にショットキー障壁電極４の形状に対応する形状の凹部を形成する。ただし、この凹部形成に当たっては、実施の形態２で説明したように、エッチングマスクの後退を利用したドライエッチングによる緩斜面形成プロセスを用いることにより、凹部の内面がなだらかな斜面１９となるようにする。この凹部の深さは、たとえば０．５５μｍとする。以下、凹部の深さが０．５５μｍである例を前提に説明する。
【００５７】
次に、図８（ｂ）に示すように、このドリフト層２の凹部を含む全面に、実施の形態５と同様に、ｐ型導電性ガードリング２３の材料となる材料膜３３を厚み０．５μｍだけ成長する。これは、ドリフト層２を成長させた続きの再成長として行なうことができる。次に、図８（ｃ）に示すようにレジストマスク３２を形成する。図８（ｄ）に示すように、レジストマスク３２を利用して、再度、通常のパターニング法と、エッチング法により、深さ０．６μｍだけ掘り下げるようにＳｉＣ層のエッチングを行い、上方から見て環状の形状になるように、ｐ型導電性ガードリング２３を形成する。このときもエッチングマスクの後退を利用したドライエッチングによる緩斜面形成プロセスを用いる。残ったレジストマスク３２を除去する。次に実施の形態１におけるものと同様の方法で、裏面電極６とショットキー障壁電極４の形成を行う。こうして、図７に示す構造を得る。
【００５８】
（作用・効果）
本実施の形態では、実施の形態５で説明した効果に加え、ｐｎ接合面２７が凸形状になる部分での曲率半径が大きくなるため、ｐｎ接合面２７における電界集中が低減される。このように、電界集中を緩和でき、ショットキー障壁ダイオードの逆方向耐圧を向上させることができる。
【００５９】
上記実施の形態５および６では、ｐ型導電性の結晶成長のための不純物としてアルミニウムを用いる例を示したが、ボロンなど他のアクセプタになる不純物を用いてもよい。また、上記実施の形態４では、半絶縁性の結晶成長のための不純物としてバナジウムを用いる例を示したが、他の深い準位を形成する不純物を用いることも当然できる。
【００６０】
上記各実施の形態では、ショットキー障壁ダイオード単体から形成される炭化珪素半導体装置の例を示したが、本発明は、ｐｎダイオードとショットキー障壁ダイオードとを組み合わせた半導体装置や、スイッチ素子とショットキー障壁ダイオードを組み合わせた炭化珪素半導体装置にも適用可能である。
【００６１】
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【００６２】
【発明の効果】
本発明によれば、ショットキー障壁電極への負電圧印加時には、ショットキー障壁電極の端の下には、高抵抗ガードリングが形成されているため、電位が高抵抗ガードリングの抵抗により分割されることにより、ショットキー障壁電極の端での電界集中は緩和され、耐圧性が向上する。しかも、ガードリングは、ドリフト層と同じ層の中に設けられるのではなく、ショットキー障壁電極をガードリングによって持ち上げるように構成されているため、ガードリングをドリフト層の上側に積層して形成することができ、従来問題のあったイオン注入などの方法をとる必要がなくなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に基づく実施の形態１における炭化珪素半導体装置の断面図である。
【図２】  本発明に基づく実施の形態２における炭化珪素半導体装置の断面図である。
【図３】  （ａ）〜（ｄ）は、本発明に基づく実施の形態２における緩斜面形成プロセスの説明図である。
【図４】  本発明に基づく実施の形態３における炭化珪素半導体装置の断面図である。
【図５】  本発明に基づく実施の形態４における炭化珪素半導体装置の断面図である。
【図６】  本発明に基づく実施の形態５における炭化珪素半導体装置の断面図である。
【図７】  本発明に基づく実施の形態６における炭化珪素半導体装置の断面図である。
【図８】  （ａ）〜（ｄ）は、本発明に基づく実施の形態６におけるｐ型導電性ガードリング形成工程の説明図である。
【図９】  従来技術に基づく炭化珪素半導体装置の断面図である。
【図１０】  従来技術に基づく炭化珪素半導体装置の断面図である。
【符号の説明】
１  ＳｉＣ基板、２  ドリフト層、３  ｐ型導電性ガードリング領域、４  ショットキー障壁電極、５  （ショットキー障壁電極の）端、６  裏面電極、７，２７  ｐｎ接合面、８  高抵抗ガードリング領域、１５  （ショットキー障壁の）端、１８  高抵抗ガードリング、１９  斜面、２３  ｐ型導電性ガードリング、２８  半絶縁性ガードリング、３１，３２  レジストマスク、３３  （ｐ型導電性ガードリングの）材料膜、３８  （高抵抗ガードリングの）材料膜。
【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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