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JP6545047B2 - 半導体装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置および半導体装置の製造方法 Download PDF

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JP6545047B2
JP6545047B2 JP2015172449A JP2015172449A JP6545047B2 JP 6545047 B2 JP6545047 B2 JP 6545047B2 JP 2015172449 A JP2015172449 A JP 2015172449A JP 2015172449 A JP2015172449 A JP 2015172449A JP 6545047 B2 JP6545047 B2 JP 6545047B2
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Description

本発明は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関し、特に、ショットキー電極を有する半導体装置およびショットキー電極を有する半導体装置の製造方法に関するものである。
たとえば特開2008−282972号公報によれば、n型ドリフト層およびp型層の各々に接するショットキー電極を有するジャンクションバリアショットキーダイオードが開示されている。ジャンクションバリアショットキーダイオードにおいては、逆バイアス時、言い換えればオフ状態時、にp型層から拡がる空乏層が、ショットキー電極とn型ドリフト層とによるショットキー接合部を覆う。これにより、ショットキー接合部に印加される電界が緩和される。よってオフ状態時のリーク電流が抑制される。
特開2008−282972号公報
上述したように、上記p型層、より一般的にいえばドリフト層の導電型と異なる導電型を有する層、が設けられることにより、リーク電流が抑制される。一方で、このような層が設けられる場合、ショットキーダイオードとして機能し得る部分の面積が小さくなることから、ある程度のオン抵抗の増大は避けられない。そこで、オン抵抗の増大をなるべく抑制しつつリーク電流を抑制する方法が望まれる。しかしながらそのような方法はこれまで十分に検討されてきていなかった。
本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、その一の目的は、リーク電流を抑制しつつ、オン抵抗の増大を抑制することができる半導体装置を提供することである。また他の目的は、リーク電流を抑制しつつ、オン抵抗の増大を抑制することができる半導体装置の製造方法を提供することである。またさらに他の目的は、半導体装置の簡素化された製造方法を提供することである。
本発明の一の局面に従う半導体装置は半導体層およびショットキー電極を有している。半導体層は、底面および側壁を有する複数のトレンチ領域と、複数のトレンチ領域の外の非トレンチ領域と、を有する一の面を含んでいる。半導体層は、第1の導電型を有する第1の部分と、第1の導電型と異なる第2の導電型を有し、複数のトレンチ領域および非トレンチ領域の各々に配置された第2の部分と、を含んでいる。ショットキー電極は、半導体層の一の面上に設けられており、第1の部分にショットキー接合された部分と第2の部分に接合された部分とを含んでいる。半導体層の第1の部分は、側壁のうち底面へとつながる端部をなしている。半導体層の第2の部分は、ショットキー電極に複数のトレンチ領域の底面で接する部分と、ショットキー電極に複数のトレンチ領域の間で接する部分をと含む。
本発明の他の局面に従う半導体装置は半導体層およびショットキー電極を有している。半導体層は、底面および側壁を有する複数のトレンチ領域と、複数のトレンチ領域の外の非トレンチ領域と、を有する一の面を含んでいる。半導体層は、第1の導電型を有する第1の部分と、第1の導電型と異なる第2の導電型を有し、複数のトレンチ領域に配置された第2の部分と、を含んでいる。ショットキー電極は、半導体層の一の面上に設けられており、第1の部分にショットキー接合された部分と第2の部分に接合された部分とを含んでいる。半導体層の第1の部分および第2の部分の各々は底面を部分的になしている。半導体層の第2の部分は、ショットキー電極に複数のトレンチ領域の間で接する部分を含む。少なくとも一の断面視において、半導体層のうち、ショットキー電極に複数のトレンチ領域の間で接する部分は、第1の部分および第2の部分の両方からなる。

本発明のさらに他の局面に従う半導体装置は半導体層およびショットキー電極を有している。半導体層は、底面および側壁を有する複数のトレンチ領域と、複数のトレンチ領域の外の非トレンチ領域と、を有する一の面を含んでいる。半導体層は、第1の導電型を有する第1の部分と、第1の導電型と異なる第2の導電型を有し、一の面の一部に配置された第2の部分と、を含んでいる。ショットキー電極は、半導体層の一の面上に設けられており、第1の部分にショットキー接合された部分と第2の部分に接合された部分とを含んでいる。半導体層の第1の部分は側壁の全体をなしている。半導体層の第2の部分は、ショットキー電極に複数のトレンチ領域の間で接する部分を含む。
本発明の一の局面に従う半導体装置の製造方法は次の工程を有している。一の面を有し、第1の導電型を有する半導体層が準備される。半導体層の一の面に、底面および側壁を有する複数のトレンチ領域と、複数のトレンチ領域の外の非トレンチ領域とが設けられる。複数のトレンチ領域を覆い、複数のトレンチ領域の間の非トレンチ領域の少なくとも一部を露出する第1の注入マスクが形成される。第1の注入マスクを用いた選択的なイオン注入により半導体層の一の面の一部の導電型を第1の導電型と異なる第2の導電型へ変化させる第1のイオン注入工程が行われる。側壁の全体を覆い、底面の少なくとも一部を露出する第2の注入マスクが形成される。第2の注入マスクを用いた選択的なイオン注入により半導体層の一の面の一部の導電型を第1の導電型と異なる第2の導電型へ変化させる第2のイオン注入工程が行われる。第1および第2のイオン注入工程によって、半導体層に、第1の導電型を有する第1の部分と、第2の導電型を有する第2の部分とが設けられる。半導体層の一の面上に、第1の部分にショットキー接合された部分と第2の部分に接合された部分とを含むショットキー電極が形成される。
本発明の他の局面に従う半導体装置の製造方法は次の工程を有している。素子領域と、素子領域を囲む終端領域と、を有する一の面を含み、第1の導電型を有する半導体層が準備される。半導体層の一の面に、底面および側壁を有し一の面の素子領域に配置された複数のトレンチ領域と、複数のトレンチ領域の外の非トレンチ領域とが設けられる。半導体層の一の面の素子領域の全部を露出し終端領域の少なくとも一部を覆う注入マスクが形成される。注入マスクを用いた選択的なイオン注入により半導体層の一の面の一部の導電型を第1の導電型と異なる第2の導電型へ変化させることによって、半導体層に、第1の導電型を有する第1の部分と、第2の導電型を有し一の面の素子領域に配置された第2の部分とが設けられる。半導体層の一の面上に、第1の部分にショットキー接合された部分と第2の部分に接合された部分とを含むショットキー電極が形成される。


本発明の一の局面に従う半導体装置によれば、半導体層の第1の部分は、側壁のうち底面へとつながる端部をなしている。これにより、半導体層の一の面のうちショットキー電極の形成時にダメージを受けにくい箇所である側壁のより多くの部分を、ショットキー接合に利用することができる。よって、ダメージに起因したリーク電流を抑制しつつ、オン抵抗の増大を抑制することができる。
本発明の他の局面に従う半導体装置によれば、半導体層の第1の部分および第2の部分の各々は底面を部分的になしている。第1の部分が底面をなすことにより、底面にショットキー接合を設けることができる。これにより、底面にショットキー接合が設けられない場合に比して、オン抵抗を低減することができる。一方で、第2の部分が底面をなすことにより、オフ状態において底面に印加される電界を緩和する空乏層を生成することができる。これにより、底面に設けられたショットキー接合のリーク電流が抑制される。以上から、リーク電流を抑制しつつ、オン抵抗の増大を抑制することができる。
本発明のさらに他の局面に従う半導体装置によれば、半導体層の第1の部分は側壁の全体をなしている。これにより、半導体層の一の面のうちショットキー電極の形成時にダメージを受けにくい箇所である側壁の全体を、ショットキー接合に利用することができる。よって、ダメージに起因したリーク電流を抑制しつつ、オン抵抗の増大を抑制することができる。
本発明の一の局面に従う半導体装置の製造方法によれば、注入マスクは側壁の全体を覆う。これにより、イオン注入後においても半導体層の第1の部分が側壁の全体をなす。よって、半導体層の一の面のうちショットキー電極の形成時にダメージを受けにくい箇所である側壁の全体を、ショットキー接合に利用することができる。よって、ダメージに起因したリーク電流を抑制しつつ、オン抵抗の増大を抑制することができる。
本発明の他の局面に従う半導体装置の製造方法によれば、エッチングマスクを用いた選択的なエッチングによりアライメントマーク領域およびトレンチ領域とが形成される。これにより、アライメントマーク領域およびトレンチ領域の両方を一括して形成することができる。よって製造方法を簡素化することができる。
本発明のさらに他の局面に従う半導体装置の製造方法によれば、注入マスクを用いた選択的なイオン注入により、半導体層に、第2の導電型を有し一の面の素子領域に配置された第2の部分と、第2の導電型を有し一の面の終端領域に配置された第3の部分とが設けられる。これにより、第2の部分および第3の部分の両方を一括して形成することができる。よって製造方法を簡素化することができる。
本発明の実施の形態1における半導体装置の構成を概略的に示す断面図である。 図1の部分拡大図である。 本発明の実施の形態1における半導体装置の製造方法の一工程を概略的に示す部分断面図である。 本発明の実施の形態1における半導体装置の製造方法の一工程を概略的に示す部分断面図である。 本発明の実施の形態1における半導体装置の製造方法の一工程を概略的に示す部分断面図である。 本発明の実施の形態1における半導体装置の製造方法の一工程を概略的に示す部分断面図である。 本発明の実施の形態1における半導体装置の製造方法の一工程を概略的に示す部分断面図である。 本発明の実施の形態1における半導体装置の製造方法の一工程を概略的に示す部分断面図である。 本発明の実施の形態1における半導体装置の製造方法の一工程を概略的に示す部分断面図である。 本発明の実施の形態1における半導体装置の製造方法の一工程を概略的に示す部分断面図である。 本発明の実施の形態1における半導体装置の製造方法の一工程を概略的に示す部分断面図である。 第1の比較例の半導体装置の構成を示す断面図である。 第1の比較例の半導体装置の製造方法の一工程を示す部分断面図である。 第1の比較例の半導体装置の製造方法の一工程を示す部分断面図である。 第1の比較例の半導体装置の製造方法の一工程を示す部分断面図である。 第1の比較例の半導体装置の製造方法における、ショットキー電極となる金属膜を形成するためのスパッタリング法による成膜の初期段階の様子を示す部分断面図である。 図16の工程によってショットキー電極が形成された様子を示す部分断面図である。 第2の比較例の半導体装置の構成を示す断面図である。 第2の比較例の半導体装置がオフ状態にある際の空乏層の伸展の様子を示す部分断面図である。 本発明の実施の形態1における半導体装置の製造方法における、ショットキー電極となる金属膜を形成するためのスパッタリング法による成膜の初期段階の様子を示す部分断面図である。 図20の部分拡大図である。 本発明の実施の形態2における半導体装置の構成を概略的に示す部分断面図である。 本発明の実施の形態2における半導体装置の製造方法の一工程を概略的に示す部分断面図である。 本発明の実施の形態2における半導体装置の製造方法の一工程を概略的に示す部分断面図である。 本発明の実施の形態3における半導体装置の構成を概略的に示す部分断面図である。 本発明の実施の形態4における半導体装置の構成を概略的に示す部分断面図である。 本発明の実施の形態5における半導体装置の構成を概略的に示す部分断面図である。 本発明の実施の形態6における半導体装置の構成を概略的に示す部分断面図である。 本発明の実施の形態7における半導体装置の製造方法の一工程を概略的に示す部分断面図である。 本発明の実施の形態8における半導体装置の構成を概略的に示す部分断面図である。 本発明の実施の形態8における半導体装置の製造方法の一工程を概略的に示す部分断面図である。 本発明の実施の形態8における半導体装置の製造方法の一工程を概略的に示す部分断面図である。 本発明の実施の形態8における半導体装置の製造方法の一工程を概略的に示す部分断面図である。 本発明の実施の形態8における半導体装置の製造方法の一工程を概略的に示す部分断面図である。
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
<実施の形態1>
(構成)
図1は、本実施の形態のショットキーバリアダイオード91(半導体装置)の構成を概略的に示す断面図である。図2は、図1の部分拡大図である。
ショットキーバリアダイオード91は、ダイオードとしての機能を得るための素子領域QEと、耐電圧を確保するための終端領域QTとを有している。終端領域QTは、平面レイアウトにおいて素子領域QEの外側に設けられており、好ましくは素子領域QEを囲んでいる。ショットキーバリアダイオード91は、半導体基板1と、エピタキシャル層10(半導体層)と、ショットキー電極20と、アノード電極21と、カソード電極22と、終端保護膜30とを有している。
半導体基板1は、n型(第1の導電型)を有している。エピタキシャル層10は半導体基板1上にエピタキシャル成長によって形成された層である。半導体基板1およびエピタキシャル層10はエピタキシャル基板を構成している。エピタキシャル層10は、半導体基板1に接する下面と、この下面と反対の上面SF(一の面)とを有している。上面SFは、底面BSおよび側壁SWを有するトレンチ領域RTと、トレンチ領域RTの外の非トレンチ領域RNとを有している。非トレンチ領域RNは、トレンチ領域RTよりも高い位置で平坦な面をなしている。底面BSは、非トレンチ領域RNにおおよそ平行な面である。側壁SWは、非トレンチ領域RNに対しておおよそ垂直な面である。トレンチ領域RTは、典型的には上面SF上に周期的に配列されており、たとえば0.5〜10μm程度の深さを有している。
エピタキシャル層10は、n-ドリフト層11(第1の部分)と、ダメージ不活性層12(第2の部分)と、終端構造13(第3の部分)とを含んでいる。n-ドリフト層11(第1の部分)は、n型を有しており、好ましくは半導体基板1の不純物濃度よりも低い不純物濃度を有している。ダメージ不活性層12は、p型(第1の導電型と異なる第2の導電型)を有しおり、素子領域QEに配置されている。終端構造13は、p型を有しており、終端領域QTに配置されている。終端構造13は、たとえばFLR(Field Limiting Ring)構造を有している。
本実施の形態においては、エピタキシャル層10のダメージ不活性層12はトレンチ領域RTおよび非トレンチ領域RNの各々に配置されている。具体的には、ダメージ不活性層12は素子領域QEにおいて、上面SFのうち側壁SW以外の部分のすべてをなしている。言い換えれば、ダメージ不活性層12は素子領域QEにおいて、上面SFのうち半導体基板1の表面(図中、上面)におおよそ平行な部分のすべてをなしている。側壁SWは、非トレンチ領域RNへとつながる端部EAと、底面BSへとつながる端部EBとを有している。端部EAをダメージ不活性層12がなしている。端部EBをn-ドリフト層11がなしている。
ショットキー電極20は、エピタキシャル層10の上面SF上に設けられている。具体的には、ショットキー電極20は、トレンチ領域RTの底面BSと、トレンチ領域RTの側壁SWと、非トレンチ領域RNとの各々を覆っている。これによりショットキー電極20は、n-ドリフト層11にショットキー接合された部分と、ダメージ不活性層12に接合された部分とを含んでいる。ショットキー電極20は、たとえばTi(チタン)から作られている。アノード電極21はショットキー電極20上に直接設けられている。カソード電極22は、半導体基板1の下面上に直接設けられている。カソード電極22は半導体基板1を介してエピタキシャル層10のn-ドリフト層11に電気的に接続されている。
終端保護膜30は、エピタキシャル層10の上面SFを終端領域QTにおいて覆っている。終端保護膜30は、絶縁体から作られており、たとえばポリイミドから作られている。
(製造方法)
図3〜図11は、ショットキーバリアダイオード91の製造方法の工程を概略的に示す部分断面図である。なお各図の左側は、最終的にショットキーバリアダイオード91(図1)となる装置領域を示す。また各図の右側は、最終的にはショットキーバリアダイオード91を構成しない無効領域を示す。無効領域は、たとえば、アライメントマークの配置およびダイシングのために利用される。
図3を参照して、半導体基板1上にエピタキシャル成長によってエピタキシャル層10が形成される。これにより、上面SFを有し、n型を有するエピタキシャル層10が準備される。言い換えれば、半導体基板1およびエピタキシャル層10を有するエピタキシャル基板が準備される。エピタキシャル層10は、そのままn-ドリフト層11(図1)となる部分を含んでおり、この時点ではダメージ不活性層12および終端構造13(図1)は設けられていない。
図4を参照して、エピタキシャル層10の上面SF上に、無効領域において開口部を有するエッチングマスク41が形成される。エッチングマスク41を用いたエッチングにより、無効領域においてエピタキシャル層10の上面SF上にアライメントマーク領域RAとしての凹部が形成される。アライメントマーク領域RAは、さらなる写真製版が行われる際における重ね合わせ用のマークとして使用し得るものである。次にエッチングマスク41が除去される。
図5を参照して、エピタキシャル層10の上面SF上に、写真製版を用いて、開口部を有する注入マスク42が形成される。注入マスク42を用いたイオン注入によりエピタキシャル層10に終端構造13が設けられる。次に注入マスク42が除去される。
図6を参照して、エピタキシャル層10の上面SF上に、写真製版を用いて、開口部を有するエッチングマスク43が形成される。図7を参照して、エッチングマスク43を用いたエッチングにより、装置領域においてトレンチ領域RTとしての凹部が形成される。エッチングされないことにより平坦なまま保たれた領域は非トレンチ領域RNとなる。言い換えれば、エピタキシャル層10の上面SFに、底面BSおよび側壁SWを有するトレンチ領域RTと、トレンチ領域RTの外の非トレンチ領域RNとが設けられる。エッチング方法としては、たとえばRIE(Reactive Ion Etching)を用い得る。さらに図8を参照して、上記エッチングマスク43が除去される。
図9を参照して、エピタキシャル層10の上面SF上に、写真製版を用いて、素子領域QEを露出しかつ終端領域QTを覆う注入マスク44が形成される。注入マスク44を用いたイオン注入によりエピタキシャル層10にp型のダメージ不活性層12が設けられる。注入されるイオンは、アクセプタとなるものであり、たとえばAl(アルミニウム)イオンである。ここで、トレンチ領域RTの側壁SWは、非トレンチ領域RNに対しておおよそ垂直であることから、イオン注入を受けにくい。このため側壁SWは、注入マスク44によって覆われていなくても、p型に変化させられることなくn型のまま維持され得る。次に注入マスク42が除去される。
図10を参照して、金属膜の成膜と、それに続くパターニングとにより、ショットキー電極20が形成される。本実施の形態においては、金属膜の成膜にスパッタリング法が用いられる。
図11を参照して、ショットキー電極20上にアノード電極21が形成される。終端保護膜30が形成される。カソード電極22が形成される。次に、無効領域を利用して装置領域を切り出すダイシングが行われる。以上により、ショットキーバリアダイオード91(図1)が得られる。
(比較例)
図12は、第1の比較例のショットキーバリアダイオード90aの構成を示す断面図である。ショットキーバリアダイオード90aは、ショットキーバリアダイオード91(図1)と異なり、エピタキシャル層10の上面SFにトレンチ領域RTおよびダメージ不活性層12が設けられていない。
図13〜図15は、ショットキーバリアダイオード90aの製造方法の工程を示す部分断面図である。図13を参照して、まず前述したショットキーバリアダイオード91の製造方法における図5の工程までとほぼ同様の方法により、アライメントマーク領域RAおよび終端構造13が設けられたエピタキシャル基板が準備される。図14を参照して、金属膜の成膜と、それに続くパターニングとにより、ショットキー電極20が形成される。金属膜の成膜にはスパッタリング法が用いられる。次に、ショットキー電極20上にアノード電極21が形成される。終端保護膜30が形成される。カソード電極22が形成される。次に、無効領域を利用して装置領域を切り出すダイシングが行われる。以上により、ショットキーバリアダイオード90a(図12)が得られる。
図16は、ショットキーバリアダイオード90aの製造方法における、ショットキー電極20となる金属膜を形成するためのスパッタリング法による成膜の初期段階の様子を示す部分断面図である。図17は、図16の工程によってショットキー電極20が形成された様子を示す部分断面図である。スパッタリング法においては、スパッタターゲット50から飛散した金属粒子51がエピタキシャル層10の表面へと入射することで成膜が進行する。成膜の初期段階においては、金属粒子51の運動エネルギーによってエピタキシャル層10の表面にダメージDGが加わりやすい。この結果、エピタキシャル層10とショットキー電極20との界面にダメージDGが存在し得る。ダメージDGは、ショットキーバリアダイオード90aに高い逆バイアス電圧が印加された場合、すなわちオフ状態の場合、に発生するリーク電流の増加の要因となり得る。
ダメージDGを低減する単純な方法としては、金属粒子51の運動エネルギーを低減することが考えられる。このためには、スパッタリング法においてプラズマに印加されるエネルギーを低減することが考えられる。たとえば、プラズマに印加されるエネルギーを1/10に低減することにより、リーク電流を1/10に低減することができた事例もあった。しかしながら、スパッタリング法においてはプラズマを励起する必要があり、そのためには、ある程度以上の印加エネルギー量が必要である。よって、金属粒子51の運動エネルギーの低減のみによってリーク電流を十分に低減することは困難である。
図18は、第2の比較例のショットキーバリアダイオード90bの構成を示す断面図である。ショットキーバリアダイオード90bは、逆バイアスが印加された際、すなわちオフ状態の際、のリーク電流が抑制される構造を有するジャンクションバリアショットキーダイオードである。具体的にはショットキーバリアダイオード90bのエピタキシャル層10は、終端構造13よりも内側において、ショットキー電極20にショットキー接合されるn-ドリフト層に加えて、このn-ドリフト層とpn接合をなすp層14を有している。
図19は、ショットキーバリアダイオード90bがオフ状態にある際に、p層14からn-ドリフト層中へ空乏層DLが伸展する様子を示す部分断面図である。空乏層DLにより覆われることで、ダメージDGが存在し得るショットキー接合箇所に印加される電界が緩和される。その結果、リーク電流が抑制される。しかしながら、ショットキー接合箇所の全体を空乏層DLによって覆うためには、エピタキシャル層10の上面SFの多くの割合にp層14が設けられなければならない。このため実効的なショットキー接合の面積が小さくなるので、オン抵抗が高くなってしまう。
以上のように、比較例のショットキーバリアダイオード90aおよび90bでは、リーク電流を抑制しつつオン抵抗の増大を抑制することは困難である。
(効果)
図20は、本実施の形態における、ショットキー電極20(図10)となる金属膜を形成するためのスパッタリング法による成膜の初期段階の様子を示す部分断面図である。図中、金属粒子51a〜51cのそれぞれは、非トレンチ領域RN、底面BSおよび側壁SWに入射する金属粒子を表している。図21は、金属粒子51cの周辺の拡大図である。
本実施の形態においても、金属粒子51aおよび51bによって、比較例(図16)の場合と同様、エピタキシャル層10の表面にダメージが生じ得る。すなわち非トレンチ領域RNおよび底面BSにダメージが生じ得る。一方で、金属粒子51cによる側壁SWへのダメージは比較的小さい。この理由は、金属粒子51cの速度Vcのうち、側壁SWに沿った速度成分Vvが比較的大きく、側壁SWに垂直な速度成分Vhが比較的小さいためである。
ショットキーバリアダイオード91(図1)においては、ダメージ不活性層12が設けられることによって非トレンチ領域RNおよび底面BSにはショットキー障壁が現れない。すなわち非トレンチ領域RNおよび底面BSにはショットキーバリアダイオード構造が設けられない。このため、上述したように非トレンチ領域RNおよび底面BSにダメージが存在しても、それに起因したリーク電流の増大が避けられる。一方で、側壁SWは、端部EB(図2)も含めその広い範囲が、ダメージ不活性層12ではなくn-ドリフト層11によって構成されている。よって側壁SWには、オン抵抗の低いショットキーバリアダイオード構造が設けられる。また、上述したように側壁SWにはダメージが生じにくいことから、このショットキーバリアダイオード構造のリーク電流は十分に小さい。
次にショットキーバリアダイオード91(図1)の動作について、以下に説明する。
カソード電極22よりアノード電極21の方が電圧が高い状態、すなわちオン状態の時、ダイオード電流がアノード電極21からカソード電極22に流れる。ここで、ショットキー接合構造(ショットキー電極20とトレンチ側壁SWとによる接合構造)の閾値電圧(電流が流れ始める電圧)は1.0V程度であり、pn接合構造(ショットキー電極20と底面BSおよび非トレンチ領域RNの各々との接合構造)の閾値電圧は2.0V以上である。このため、両閾値電圧の間の電圧、たとえば1.5V程度、が実際に使用される電圧とされる限り、pn接合構造には電流が流れずショットキー接合構造にのみ電流が流れる。
カソード電極22よりアノード電極21の方が電圧が低い状態、すなわちオン状態の時、ショットキー接合構造およびpn接合構造から伸びる空乏層によって電圧が保持される。この時、上述したように、ショットキー電極20の形成時にダメージを受けやすい非トレンチ領域RNおよび底面BSには、ダメージ不活性層12が配置されていることによって電界が印加されない。このため、ダメージに起因したリーク電流が生じない。つまり、エピタキシャル層10の表面のうちダメージを受けやすい箇所が、ダメージ不活性層12により不活性化される。これにより、ショットキーバリアダイオード91に高電圧が印加されたオフ状態において、エピタキシャル層10のダメージに起因したリーク電流を抑制することができる。
特に、エピタキシャル層10のn-ドリフト層11は、側壁SWのうち底面BSへとつながる端部EB(図2)をなしている。これにより、エピタキシャル層10の上面SFのうちショットキー電極20の形成時、特に成膜の初期、にダメージを受けにくい箇所である側壁SWのより多くの部分を、ショットキー接合に利用することができる。よって、ダメージに起因したリーク電流を抑制しつつ、オン抵抗の増大を抑制することができる。
<実施の形態2>
(構成)
図22は、本実施の形態のショットキーバリアダイオード92(半導体装置)の構成を概略的に示す部分断面図である。ショットキーバリアダイオード92とショットキーバリアダイオード91(図2:実施の形態1)との間では、ダメージ不活性層12の配置が異なっている。ショットキーバリアダイオード92において、ショットキーバリアダイオード91と同様に、ダメージ不活性層12は上面SFの一部に配置されている。一方で、ショットキーバリアダイオード92においては、ダメージ不活性層12が側壁SWの外にのみ設けられている。すなわちダメージ不活性層12は側壁SWには設けられていない。これにより、エピタキシャル層10のn-ドリフト層11は側壁SWの全体をなしている。よって側壁SWの端部EAおよび端部EBの両方をダメージ不活性層12ではなくn-ドリフト層11がなしている。また底面BSの両端(図中、右端および左端)の両方をダメージ不活性層12ではなくn-ドリフト層11がなしている。また非トレンチ領域RNのうちトレンチ領域RTへとつながる端部をn-ドリフト層11がなしている。
なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態1の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
(製造方法)
まず、実施の形態1における図3〜図8の工程と同様の工程が行われる。次に、ダメージ不活性層12(図22)を形成する工程が行われる。具体的には、以下の工程が行われる。
図23を参照して、エピタキシャル層10の上面SFを部分的に覆い、側壁SWの全体を覆う注入マスク44aが形成される。注入マスク44aを用いた選択的なイオン注入によりエピタキシャル層10の上面SFの一部の導電型をp型へ変化させることによって、エピタキシャル層10の一部が非トレンチ領域RNにおけるダメージ不活性層12(図22)とされ、その残りがn-ドリフト層11とされる。言い換えれば、エピタキシャル層10に、n-ドリフト層11と、非トレンチ領域RNにおけるダメージ不活性層12とが設けられる。次に注入マスク44aが除去される。
図24を参照して、エピタキシャル層10の上面SFを部分的に覆い、側壁SWの全体を覆う注入マスク44bが形成される。注入マスク44aを用いた選択的なイオン注入によりエピタキシャル層10の上面SFの一部の導電型をp型へ変化させることによって、エピタキシャル層10の一部がトレンチ領域RTにおけるダメージ不活性層12(図22)とされ、その残りがn-ドリフト層11とされる。言い換えれば、エピタキシャル層10に、n-ドリフト層11と、トレンチ領域RTにおけるダメージ不活性層12とが設けられる。
なお注入マスク44a(図23)の開口部と、注入マスク44b(図24)の開口部との両方に対応する開口部を有する注入マスクを用いたイオン注入により、図23および図24の工程が一括して行われてもよい。すなわち非トレンチ領域RN上のダメージ不活性層12と、底面BS上のダメージ不活性層12との両方が一括して形成されてもよい。特に、写真製版において非トレンチ領域RNの位置と底面BSの位置との両方でフォトレジストの同時露光が可能な場合は、写真製版によりそのような注入マスクを容易に形成することができる。よってイオン注入工程を簡素化することができる。
(効果)
本実施の形態のショットキーバリアダイオード92によれば、エピタキシャル層10のn-ドリフト層11は側壁SWの全体をなしている。これにより、エピタキシャル層10の上面SFのうちショットキー電極20の形成時にダメージを受けにくい箇所である側壁SWの全体を、ショットキー接合に利用することができる。よって、ダメージに起因したリーク電流を抑制しつつ、オン抵抗の増大を抑制することができる。
また本実施の形態によれば、トレンチ領域RTの底面BSの端は、ダメージ不活性層12ではなく、n-ドリフト層11がなしている。仮に底面BSの端をダメージ不活性層12がなしている場合、そこから延びる空乏層に起因したJFET(Junction Field Effect Transistor)抵抗により、オン抵抗が大きく増大し得る。本実施の形態によれば、このようなオン抵抗の増大を避けることができる。
本実施の形態の製造方法によれば、注入マスク44aおよび注入マスク44bの各々は側壁SWの全体を覆う。これにより、イオン注入後においてもエピタキシャル層10のn-ドリフト層11が側壁SWの全体をなす。よって、エピタキシャル層10の上面SFのうちショットキー電極20の形成時にダメージを受けにくい箇所である側壁SWの全体を、ショットキー接合に利用することができる。よって、ダメージに起因したリーク電流を抑制しつつ、オン抵抗の増大を抑制することができる。
なお仮に注入マスクが側壁SWの全体を覆わないとすると、注入量条件などのイオン注入条件によっては、側壁SWに不要なp型層が形成されることがあり得る。この場合、p型層が形成された箇所はショットキーダイオードとして動作しないため、ショットキーダイオードの実効的な面積が小さくなってしまう。側壁SW上の不要なp型層は犠牲酸化法などにより除去することができる場合もあるが、工程の負担が増大する。
<実施の形態3>
図25は、本実施の形態のショットキーバリアダイオード93(半導体装置)の構成を概略的に示す部分断面図である。ショットキーバリアダイオード93とショットキーバリアダイオード91(図2:実施の形態1)との間では、ダメージ不活性層12の配置が異なっている。ショットキーバリアダイオード93において、ショットキーバリアダイオード91と同様に、ダメージ不活性層12は上面SFの一部に配置されている。一方で、ショットキーバリアダイオード93においては、エピタキシャル層10のn-ドリフト層11およびダメージ不活性層12の各々はトレンチ領域RTの底面BSを部分的になしている。またエピタキシャル層10のn-ドリフト層11およびダメージ不活性層12の各々は非トレンチ領域RNを部分的になしている。言い換えれば、底面BSおよび非トレンチ領域RNの各々の表面に、2つ以上のダメージ不活性層12が、断面視(図25の視野)において互いに離れて配置されている。なおダメージ不活性層12の間の間隔は一定である必要はない。
なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態1の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
本実施の形態によれば、エピタキシャル層10のn-ドリフト層11およびダメージ不活性層12の各々は底面BSを部分的になしている。n-ドリフト層11が底面BSをなすことにより、底面BSにもショットキー接合を設けることができる。これによりオン抵抗をより低減することができる。一方で、ダメージ不活性層12が底面BSをなすことにより、オフ状態において底面BSに印加される電界を緩和する空乏層を生成することができる。これにより、底面BSに設けられたショットキー接合のリーク電流が抑制される。以上から、リーク電流を抑制しつつ、オン抵抗の増大をより抑制することができる。
またエピタキシャル層10のn-ドリフト層11およびダメージ不活性層12の各々は非トレンチ領域RNを部分的になしている。n-ドリフト層11が非トレンチ領域RNをなすことにより、非トレンチ領域RNにもショットキー接合を設けることができる。これによりオン抵抗をより低減することができる。一方で、ダメージ不活性層12が非トレンチ領域RNをなすことにより、オフ状態において非トレンチ領域RNに印加される電界を緩和する空乏層を生成することができる。これにより、非トレンチ領域RNに設けられたショットキー接合のリーク電流が抑制される。以上から、リーク電流を抑制しつつ、オン抵抗の増大をより抑制することができる。
<実施の形態4>
図26は、本実施の形態のショットキーバリアダイオード94(半導体装置)の構成を概略的に示す部分断面図である。ショットキーバリアダイオード94と、ショットキーバリアダイオード92または93(図22または図25:実施の形態2または3)との間では、ダメージ不活性層12の配置が異なっている。ショットキーバリアダイオード94において、ショットキーバリアダイオード92またはショットキーバリアダイオード93と同様に、エピタキシャル層10のn-ドリフト層11およびダメージ不活性層12の各々は底面BSを部分的になしている。一方で、ショットキーバリアダイオード94においては、ショットキーバリアダイオード93(図25)と異なり、エピタキシャル層10のn-ドリフト層11は側壁SWの全体をなしている。また、ショットキーバリアダイオード94においては、ダメージ不活性層12はトレンチ領域RTに配置されており、非トレンチ領域RNには配置されていない。
なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態2または3の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
本実施の形態によれば、実施の形態3と同様、エピタキシャル層10のn-ドリフト層11およびダメージ不活性層12の各々は底面BSを部分的になしている。n-ドリフト層11が底面BSをなすことにより、底面BSにショットキー接合を設けることができる。これにより、底面BSにショットキー接合が設けられない場合に比して、オン抵抗を低減することができる。一方で、ダメージ不活性層12が底面BSをなすことにより、オフ状態において底面BSに印加される電界を緩和する空乏層を生成することができる。これにより、底面BSに設けられたショットキー接合のリーク電流が抑制される。以上から、リーク電流を抑制しつつ、オン抵抗の増大を抑制することができる。
また実施の形態2と同様、エピタキシャル層10のn-ドリフト層11は側壁SWの全体をなしている。これにより、エピタキシャル層10の上面SFのうちショットキー電極20の形成時にダメージを受けにくい箇所である側壁SWの全体を、ショットキー接合に利用することができる。よって、ダメージに起因したリーク電流を抑制しつつ、オン抵抗の増大を抑制することができる。
<実施の形態5>
図27は、本実施の形態のショットキーバリアダイオード95(半導体装置)の構成を概略的に示す部分断面図である。本実施の形態においては、トレンチ領域RTの側壁SWは、非トレンチ領域RNに対して、垂直ではなく斜めになっている。言い換えれば、トレンチ領域RTは深さ方向(図中、下方向)に向かってテーパー形状を有している。
なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態4の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
本実施の形態によれば、側壁SWは非トレンチ領域RNに対して斜めになっている。これにより側壁SWの面積が大きくなる。よって、側壁SWを利用したショットキー接合の面積を大きくすることにより、オン抵抗を低減することができる。
なお図27においては、ショットキーバリアダイオード94(図24:実施の形態4)に斜めの側壁SWが適用された構成が示されているが、ショットキーバリアダイオード91〜93(図2、図22および図25:実施の形態3)に斜めの側壁SWが適用されてもよい。
<実施の形態6>
図28は、本実施の形態のショットキーバリアダイオード96(半導体装置)の構成を概略的に示す部分断面図である。ショットキーバリアダイオード96においては、エピタキシャル層10のダメージ不活性層12はコンタクト部12Cおよび低濃度部12Lを有している。コンタクト部12Cはショットキー電極20に接している。低濃度部12Lは、コンタクト部12Cの不純物濃度よりも低い不純物濃度を有している。好ましくは、コンタクト部12Cは、平面レイアウトにおいてダメージ不活性層12の各々の中心に配置されている。
なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態4の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
本実施の形態によれば、ダメージ不活性層12は、ショットキー電極20に接するコンタクト部12Cを有している。これによりショットキー電極20とダメージ不活性層12との間のコンタクト抵抗が低減される。よって、ショットキーバリアダイオード96にサージ電流が印加されることでn-ドリフト層11およびダメージ不活性層12によるpn接合ダイオード構造に順方向電流が流れる場合に、そのオン抵抗が低減される。よって、サージ電流に対する耐性を向上させることができる。
なおショットキーバリアダイオード96(図28)は、ショットキーバリアダイオード94(図24:実施の形態4)のダメージ不活性層12がコンタクト部12Cおよび低濃度部12Lを有する構成に対応するが、ショットキーバリアダイオード91〜93または95(図2、図22、図25または図27:実施の形態1〜3または5)においてダメージ不活性層12がコンタクト部および低濃度部を有してもよい。
<実施の形態7>
本実施の形態においては、ショットキーバリアダイオード91(図1)が、実施の形態1の製造方法と部分的に異なる方法によって製造される。まず実施の形態1と同様にエピタキシャル層10(図3)が形成される。
図29を参照して、次に、エピタキシャル層10の上面SFを部分的に覆うエッチングマスク48が形成される。エッチングマスク48を用いた選択的なエッチングによりエピタキシャル層10の上面SFに凹部が形成される。これによって、凹部に含まれるアライメントマーク領域RAと、凹部に含まれるトレンチ領域RTと、凹部の外の非トレンチ領域RNと、が設けられる。次にエッチングマスク48が除去される。
アライメントマーク領域RAによるアライメントを用いて、エピタキシャル層10の上面SFを部分的に覆う注入マスク42(図5)が形成される。注入マスク42を用いた選択的なイオン注入によりエピタキシャル層10の上面SFの一部の導電型をp型へ変化させることによって、エピタキシャル層10に、p型を有する終端構造13が設けられる。
アライメントマーク領域RAによるアライメントを用いて、エピタキシャル層10の上面SFを部分的に覆う注入マスク44(図9)が形成される。注入マスク44を用いた選択的なイオン注入によりエピタキシャル層10の上面SFの一部の導電型をp型へ変化させることによって、エピタキシャル層10に、n型を有するn-ドリフト層11と、p型を有するダメージ不活性層12とが設けられる。
この後、実施の形態1とほぼ同様の工程(図10および図11)が行われる。これによりショットキーバリアダイオード91(図1)が得られる。
本実施の形態の製造方法によれば、エッチングマスク48(図29)を用いた選択的なエッチングによりアライメントマーク領域RAおよびトレンチ領域RTとが形成される。これにより、アライメントマーク領域RAおよびトレンチ領域RTの両方を一括して形成することができる。よって製造方法を簡素化することができる。
なお上記においては実施の形態1のショットキーバリアダイオード91の製造方法の簡素化について説明したが、実施の形態2〜6のショットキーバリアダイオード91〜96の製造方法も同様に簡素化され得る。
<実施の形態8>
(構成)
図30は、本実施の形態のショットキーバリアダイオード97(半導体装置)の構成を概略的に示す部分断面図である。ショットキーバリアダイオード97は、ショットキーバリアダイオード91のダメージ不活性層12および終端構造13のそれぞれの代わりに、ダメージ不活性層12S(第2の部分)および終端構造13S(第3の部分)を有している。ダメージ不活性層12Sおよび終端構造13Sは、互いにほぼ同じ厚さを有している。厚さ以外の特徴については、ダメージ不活性層12Sおよび終端構造13Sのそれぞれは、ダメージ不活性層12および終端構造13とおおよそ同様である。
(製造方法)
図31を参照して、まず実施の形態1と同様の方法(図3)により、エピタキシャル層10が準備される。エピタキシャル層10は、素子領域QEと、素子領域QEを囲む終端領域QTと、を有する上面SFを含んでいる。次にエピタキシャル層10の上面SFにトレンチ領域RTが形成される。すなわち、上面SFに、素子領域QEに配置されたトレンチ領域RTと、トレンチ領域RTの外の非トレンチ領域RNとが設けられる。
図32を参照して、上面SFの素子領域QEおよび終端領域QTの各々を部分的に覆う注入マスク42Sが形成される。注入マスク42Sを用いた選択的なイオン注入によりエピタキシャル層10の上面SFの一部の導電型をp型へ変化させることによって、エピタキシャル層10に、n型を有するn-ドリフト層11と、p型を有し上面SFの素子領域QEに配置されたダメージ不活性層12Sと、p型を有し上面SFの終端領域QTに配置された終端構造13Sとが設けられる。次に注入マスク42Sが除去される。
次に、図33および図34のそれぞれに示す工程が、実施の形態1の図10および図11とほぼ同様の方法により行われる。これによりショットキーバリアダイオード97(図30)が得られる。
本実施の形態の製造方法によれば、注入マスク42Sを用いた選択的なイオン注入により、エピタキシャル層10に、p型を有し上面SFの素子領域QEに配置されたダメージ不活性層12と、p型を有し上面SFの終端領域QTに配置された終端構造13Sとが設けられる。これにより、ダメージ不活性層12Sおよび終端構造13Sの両方を一括して形成することができる。よって製造方法が簡素化される。
なお上記各実施の形態においては半導体装置として電力用半導体装置であるショットキーバリアダイオードについて説明したが、半導体装置は、ショットキーバリアダイオードの機能のみを有するものに限定されるわけではない。すなわち、半導体装置は、上記において説明されたショットキーバリアダイオード構造を含むものであればよい。
またショットキー電極のための成膜の方法はスパッタリング法に限定されるものではない。成膜される材料の粒子がエピタキシャル層の表面に対しておおよそ垂直に入射する傾向があり、かつその粒子の運動エネルギーによってエピタキシャル層の表面に対してダメージが生じ得る方法が用いられる限り、スパッタリング法が用いられる場合と同様の効果が得られる。
また典型的な場合として第1の導電型がn型であり第2の導電型がp型の場合について説明したが、これらの導電型が逆とされてもよい。
本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
RA アライメントマーク領域、BS 底面、QE 素子領域、SF 上面(一の面)、RN 非トレンチ領域、QT 終端領域、RT トレンチ領域、SW 側壁、1 半導体基板、10 エピタキシャル層(半導体層)、11 n-ドリフト層(第1の部分)、12,12S ダメージ不活性層(第2の部分)、12C コンタクト部、12L 低濃度部、13,13S 終端構造(第3の部分)、14 p層、20 ショットキー電極、21 アノード電極、22 カソード電極、30 終端保護膜、41,43,48 エッチングマスク、42,42S,44,44a,44b 注入マスク、50 スパッタターゲット、51,51a〜51c 金属粒子、91〜97 ショットキーバリアダイオード(半導体装置)。

Claims (9)

  1. 底面および側壁を有する複数のトレンチ領域と、前記複数のトレンチ領域の外の非トレンチ領域と、を有する一の面を含み、第1の導電型を有する第1の部分と、前記第1の導電型と異なる第2の導電型を有し、前記複数のトレンチ領域および前記非トレンチ領域の各々に配置された第2の部分と、を含む半導体層と、
    前記半導体層の前記一の面上に設けられ、前記第1の部分にショットキー接合された部分と前記第2の部分に接合された部分とを含むショットキー電極と、
    を備え、前記半導体層の前記第1の部分は、前記側壁のうち前記底面へとつながる端部をなしており、前記半導体層の前記第2の部分は、前記ショットキー電極に前記複数のトレンチ領域の前記底面で接する部分と、前記ショットキー電極に前記複数のトレンチ領域の間で接する部分とを含む、半導体装置。
  2. 前記半導体層の前記第1の部分および前記第2の部分の各々は前記底面を部分的になしている、請求項1に記載の半導体装置。
  3. 底面および側壁を有する複数のトレンチ領域と、前記複数のトレンチ領域の外の非トレンチ領域と、を有する一の面を含み、第1の導電型を有する第1の部分と、前記第1の導電型と異なる第2の導電型を有し、前記複数のトレンチ領域に配置された第2の部分と、を含む半導体層と、
    前記半導体層の前記一の面上に設けられ、前記第1の部分にショットキー接合された部分と前記第2の部分に接合された部分とを含むショットキー電極と、
    を備え、前記半導体層の前記第1の部分および前記第2の部分の各々は前記底面を部分的になしており、前記半導体層の前記第2の部分は、前記ショットキー電極に前記複数のトレンチ領域の間で接する部分を含み、少なくとも一の断面視において、前記半導体層のうち、前記ショットキー電極に前記複数のトレンチ領域の間で接する部分は、前記第1の部分および前記第2の部分の両方からなる、半導体装置。
  4. 底面および側壁を有する複数のトレンチ領域と、前記複数のトレンチ領域の外の非トレンチ領域と、を有する一の面を含み、第1の導電型を有する第1の部分と、前記第1の導電型と異なる第2の導電型を有し、前記一の面の一部に配置された第2の部分と、を含む半導体層と、
    前記半導体層の前記一の面上に設けられ、前記第1の部分にショットキー接合された部分と前記第2の部分に接合された部分とを含むショットキー電極と、
    を備え、前記半導体層の前記第1の部分は前記側壁の全体をなしており、前記半導体層の前記第2の部分は、前記ショットキー電極に前記複数のトレンチ領域の間で接する部分を含む半導体装置。
  5. 前記側壁は前記非トレンチ領域に対して斜めになっている、請求項1から4のいずれか1項に記載の半導体装置。
  6. 前記半導体層の前記第2の部分は、前記ショットキー電極に接するコンタクト部と、前記コンタクト部の不純物濃度よりも低い不純物濃度を有する低濃度部とを含む、請求項1から5のいずれか1項に記載の半導体装置。
  7. 少なくとも一の断面視において、前記半導体層のうち、前記ショットキー電極に前記複数のトレンチ領域の間で接する部分は、前記第2の部分のみからなる、請求項1、2および4のいずれか1項に記載の半導体装置。
  8. 一の面を有し、第1の導電型を有する半導体層を準備する工程と、
    前記半導体層の前記一の面に、底面および側壁を有する複数のトレンチ領域と、前記複数のトレンチ領域の外の非トレンチ領域とを設ける工程と、
    前記複数のトレンチ領域を覆い、前記複数のトレンチ領域の間の前記非トレンチ領域の少なくとも一部を露出する第1の注入マスクを形成する工程と、
    前記第1の注入マスクを用いた選択的なイオン注入により前記半導体層の前記一の面の一部の導電型を前記第1の導電型と異なる第2の導電型へ変化させる第1のイオン注入工程と、
    前記側壁の全体を覆い、前記底面の少なくとも一部を露出する第2の注入マスクを形成する工程と、
    前記第2の注入マスクを用いた選択的なイオン注入により前記半導体層の前記一の面の一部の導電型を前記第1の導電型と異なる第2の導電型へ変化させる第2のイオン注入工程と、
    を備え、前記第1および第2のイオン注入工程によって、前記半導体層に、前記第1の導電型を有する第1の部分と、前記第2の導電型を有する第2の部分とが設けられ、さらに
    前記半導体層の前記一の面上に、前記第1の部分にショットキー接合された部分と前記第2の部分に接合された部分とを含むショットキー電極を形成する工程と、
    を備える、半導体装置の製造方法。
  9. 素子領域と、前記素子領域を囲む終端領域と、を有する一の面を含み、第1の導電型を有する半導体層を準備する工程と、
    前記半導体層の前記一の面に、底面および側壁を有し前記一の面の前記素子領域に配置された複数のトレンチ領域と、前記複数のトレンチ領域の外の非トレンチ領域とを設ける工程と、
    前記半導体層の前記一の面の前記素子領域の全部を露出し前記終端領域の少なくとも一部を覆う注入マスクを形成する工程と、
    前記注入マスクを用いた選択的なイオン注入により前記半導体層の前記一の面の一部の導電型を前記第1の導電型と異なる第2の導電型へ変化させることによって、前記半導体層に、前記第1の導電型を有する第1の部分と、前記第2の導電型を有し前記一の面の前記素子領域に配置された第2の部分とを設ける工程と、
    前記半導体層の前記一の面上に、前記第1の部分にショットキー接合された部分と前記第2の部分に接合された部分とを含むショットキー電極を形成する工程と、
    を備える、半導体装置の製造方法。
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