專利名稱：肖特基勢壘二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種肖特基勢壘ニ極管，具體是涉及ー種改善肖特基勢壘ニ極管的反向浪涌電流耐量的技木。本申請主張于2011年3月7日在日本申請的特愿2011-049621號的優(yōu)先權(quán)，并在此引用其內(nèi)容。
背景技術(shù)：
肖特基勢壘ニ極管(以下簡稱“SBD”)是將半導(dǎo)體層與金屬層通過肖特基接合、利用肖特基障壁的整流作用的半導(dǎo)體元件。SBD可以比一般的PN 接合ニ極管更快速地工作，具有順向電壓下降較小的特性。具有這樣的SBD的轉(zhuǎn)換電源，例如在緊急情況下進行緊急停止吋，由η型半導(dǎo)體層向金屬層施加的逆向電壓，可能會超過SBD的耐壓上限(以下簡稱“反向浪涌電流耐量”)。如果超過反向浪涌電流耐量，則可能導(dǎo)致SBD的損壞。作為反向浪涌電流耐量的ニ極管的ー個實例，我們知道如圖I所示的采用了結(jié)勢魚肖特基(Junction Barrier Schottky :以下簡稱JBS)結(jié)構(gòu)的ニ極管。圖4所示的是以往的JBS ニ極管的ー個實例。JBS ニ極管100，例如在由SiC等構(gòu)成的半導(dǎo)體基板101的一面形成的η型半導(dǎo)體層102上，金屬層103被肖特基接合。另外，從該金屬層103的周緣附近至外側(cè)，形成有絕緣層104。而且在金屬層103與絕緣層104的連接部分、即絕緣層104的周緣部分重疊，形成由P型半導(dǎo)體構(gòu)成的護圈層105。這樣的護圈層105是通過在η型半導(dǎo)體層102注入離子等將雜質(zhì)擴散形成的，用于緩和在肖特基接合的η型半導(dǎo)體層102與金屬層103的周緣區(qū)域產(chǎn)生的電場集中。另ー方面，護圈層105的內(nèi)側(cè)、即中心區(qū)域上，被形成為JBS結(jié)構(gòu)。例如，在護圈層105的內(nèi)側(cè)，形成有多個在每一定間隔的由P型半導(dǎo)體構(gòu)成的第二半導(dǎo)體層106。在這樣的與η型半導(dǎo)體層102之間被ρη接合的第二半導(dǎo)體層106，被設(shè)計為比η型半導(dǎo)體層102與金屬層103的肖特基接合部及其周邊的絕緣層104的耐壓更低。這樣，向由第二半導(dǎo)體層106構(gòu)成的JBS吸引逆向電流(反向浪涌電流)的負(fù)荷，就可以改善肖特基接合部的反向浪涌電流耐量(例如，參照 Material Science Forum Vols. 527-529 (2006)，ppll55_1158)。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的課題但是，上述以往的JBS ニ極管，P型的第二半導(dǎo)體層由于被配置為與η型半導(dǎo)體層和金屬層的肖特基接合部鄰近，因而從肖特基接合部沿第二半導(dǎo)體層延伸有空乏層。因此就無法將第二半導(dǎo)體層的耐壓充分減小。結(jié)果是，在具有這種以往的JBS結(jié)構(gòu)的SBD中，實際上幾乎無法緩和周緣區(qū)域的電場集中，也就無法改善反向浪涌電流耐量。解決課題的手段本發(fā)明的實施方式中的肖特基勢壘ニ極管，具有內(nèi)碳化硅構(gòu)成的基板；包含在所述基板內(nèi)、由與該基板的第一面鄰接的η型半導(dǎo)體構(gòu)成的第一半導(dǎo)體層；與該第一半導(dǎo)體層肖特基接合的金屬層；與該金屬層的周緣區(qū)域相接、向外側(cè)擴展的第一絕緣層；沿該第一絕緣層和所述金屬層接觸的周緣區(qū)域、由在所述第一半導(dǎo)體層內(nèi)形成的P型半導(dǎo)體構(gòu)成的護圈層；從該護圈層向所述基板的中心區(qū)域、在所述第一半導(dǎo)體層內(nèi)、形成有多個在每個第I間隔的由P型半導(dǎo)體構(gòu)成的第二半導(dǎo)體層；位于所述基板的第一面上、在所述護圈層和與該護圈層鄰接的所述第二半導(dǎo)體層之間形成的第二絕緣層；位于所述基板的第一面上、在相互鄰接的所述第二半導(dǎo)體層之間形成的第三絕緣層。所述第二半導(dǎo)體層可以由P+型半導(dǎo)體區(qū)域和P-型半導(dǎo)體區(qū)域構(gòu)成。所述第一絕緣層、所述第二絕緣層及所述第三絕緣層，可以具有與所述第一半導(dǎo)體層重合形成的均一擴展的絕緣體進行圖形化(patterning)的結(jié)構(gòu)。所述第一絕緣層，可以是由半導(dǎo)體氧化物構(gòu)成。 所述肖特基勢壘ニ極管可以具有位于所述第一面上、與所述第二半導(dǎo)體層接合的歐姆電極。所述肖特基勢壘ニ極管可以是所述第二絕緣層在平視下包圍所述第三絕緣層、所述第一絕緣層在平視下包圍所述第二絕緣層的結(jié)構(gòu)。所述肖特基勢壘ニ極管可以是所述第一絕緣層覆蓋所述護圈層的外緣部分、所述金屬層與所述護圈層的內(nèi)緣部分相接的結(jié)構(gòu)。發(fā)明效果通過本發(fā)明的肖特基勢壘ニ極管，基于第二絕緣層、第三絕緣層，可以防止空乏層從第一半導(dǎo)體層與金屬層的肖特基接合部沿第二半導(dǎo)體層的側(cè)面延伸。因此，在第一半導(dǎo)體層與金屬層的肖特基接合部的反向浪涌電流耐量可以得到較大改善。例如，即使產(chǎn)生從第一半導(dǎo)體層向金屬層施加的逆向電壓，由于第二絕緣層、第三絕緣層抑制空乏層的延伸，電場在第二半導(dǎo)體層部集中及耐壓降低，第二半導(dǎo)體層中流通反向浪涌電流，從而可以增加反向浪涌電流耐量，因此可以防止肖特基勢壘ニ極管因逆向電壓的損傷。


圖IA是表示本發(fā)明的實施方式的肖特基勢壘ニ極管的平面圖；圖IB是表示本發(fā)明的實施方式的肖特基勢壘ニ極管的斷面圖；圖2是表示圖I的周緣區(qū)域與中心區(qū)域的邊界附近的主要部分?jǐn)U大斷面圖；圖3是表示本發(fā)明的實施方式的檢驗結(jié)果的圖表；圖4是表示以往的肖特基勢壘ニ極管的一個實例的斷面圖。
具體實施例方式下面參照附圖，對本發(fā)明的肖特基勢壘ニ極管的一個實施方式進行說明。另外，本實施方式是為了更好地理解發(fā)明主g而進行的說明，除非特別指定，本發(fā)明并不以此為限。另外，上述說明中使用的附圖，為了清楚標(biāo)示本發(fā)明的特征，將主要部分進行了放大顯示，但各構(gòu)成元素的尺寸比率等實際上并不以此為限。圖IA表示本發(fā)明的實施方式的肖特基勢壘ニ極管的平面圖。圖IB是沿圖IA的A-A線的斷面圖。該實施方式的肖特基勢壘ニ極管(以下簡稱ニ極管)10，具有由碳化硅(SiC)構(gòu)成的基板11。該基板11是由例如包含高濃度的雜質(zhì)的η+型SiC構(gòu)成的高濃度半導(dǎo)體層(η型)12和包含低濃度雜質(zhì)的η-型SiC構(gòu)成的第一半導(dǎo)體層13積層形成。另外，在以下的說明中，對于基板11的相互對向的兩個面，設(shè)第一半導(dǎo)體層13(η-型SiC層)鄰接的面為基板11的第一面(一側(cè)的主面)11a，高濃度半導(dǎo)體層(n+型SiC層)12鄰接的面為基板11的第二面(另ー側(cè)的主面)lib。在基板11的第一面(一側(cè)的主面)Ila上，在第一半導(dǎo)體層13上重合形成有被肖特基接合的金屬層(肖特基電極)14。該金屬層14由例如Mo (鑰)、Ti (鈦)等之中的一種金屬材料構(gòu)成。另外，金屬層14在基板11的第一面IIa側(cè)中，被形成在由后述的第一絕 緣層21包圍的整個區(qū)域，而且，其周緣區(qū)域被形成為與第一絕緣層21重合。基板11的第一面(一側(cè)的主面)Ila上，形成有與金屬層14的周緣區(qū)域相接井向外側(cè)擴展的第一絕緣層21。該第一絕緣層21可以是由例如硅氧化膜等形成為環(huán)狀。在第一絕緣層21與金屬層14相接的基板11的周緣區(qū)域Ae上，形成有對于第一半導(dǎo)體層13在平視下為環(huán)狀的由P型半導(dǎo)體構(gòu)成的護圈層(P型RE SURF層)15。護圈層15可以是例如將Al (鋁)離子及B (硼)作為雜質(zhì)使用的結(jié)構(gòu)。第一絕緣層21被配置為覆蓋呈環(huán)狀的護圈層15的外緣部分，護圈層15的內(nèi)緣部分不被第一絕緣層21覆蓋，與金屬層14相接。在第一半導(dǎo)體層13上，面向比護圈層15更內(nèi)側(cè)的基板11的中心區(qū)域Ac，形成有多個在每個一定間隔(第I間隔)的由P型半導(dǎo)體構(gòu)成的第二半導(dǎo)體層16。通過這樣的結(jié)構(gòu)，金屬層14與由η-型SiC構(gòu)成的第一半導(dǎo)體層13的表面、多個由P型半導(dǎo)體構(gòu)成的第二半導(dǎo)體層16、以及由P型半導(dǎo)體構(gòu)成的護圈層15接觸。而且，金屬層14對于第一半導(dǎo)體層13，被以肖特基接觸連接。另外，金屬層14對于歐姆層24、第二半導(dǎo)體16、護圈層15，是以歐姆接觸連接。其中，歐姆層24是由Ni、Ti、Al等退火形成。另ー方面，在基板11的第二面(另ー側(cè)的主面)Ilb上，形成有與高濃度半導(dǎo)體層12重合的歐姆電極18。歐姆電極18由例如Ni、Ti等的金屬材料構(gòu)成，對于由η+型SiC構(gòu)成的高濃度半導(dǎo)體層12，以歐姆接觸連接。圖2是將從ニ極管的周緣區(qū)域至中心區(qū)域的部分放大、沿積層方向的主要部分的斷面圖。護圈層15是由例如P+型區(qū)域15a和被形成為包圍該P+型區(qū)域15a的外緣的P-型區(qū)域15b構(gòu)成。另外，面向比護圈層15更內(nèi)側(cè)的基板11的中心區(qū)域Ac，多個在每一定的間隔(第I間隔)形成的第二半導(dǎo)體層16中，例如護圈層15附近的第二半導(dǎo)體層161、162，也分別由P+型區(qū)域16a和被形成為包圍該P+型區(qū)域16a的外緣的P-型區(qū)域16b構(gòu)成。另外，在基板11的第一面(一側(cè)的主面)I Ia中，形成有與構(gòu)成護圈層15的P+型區(qū)域15a接合的歐姆電極24。歐姆電極24可以由例如Ni、Ti、Al等退火形成。而且，在基板11的第一面(一側(cè)的主面)I Ia中，多個第二半導(dǎo)體層16中，形成有分別與P+型區(qū)域16a接合的歐姆電極24。這樣的歐姆電極24也可以內(nèi)例如Ni、Ti、Al等退火形成。基板11的第一面(一側(cè)的主面)Ila上，在基板11的周緣區(qū)域Ae，形成有至少橫跨護圈層15與該護圈層15鄰接的第二半導(dǎo)體層161之間的第二絕緣層22。S卩，在護圈層15和與護圈層15鄰接的第二半導(dǎo)體層161之間，形成有覆蓋了在基板11的第一面(ー側(cè)的主面)Ila上露出的第一半導(dǎo)體層13的第二絕緣層22。而且，在基板11的中心區(qū)域Ac上，形成有橫跨與護圈層15鄰接的第二半導(dǎo)體層161和與該第二半導(dǎo)體層161鄰接的第二半導(dǎo)體層162之間的第三絕緣層23。S卩，在第二半導(dǎo)體層161與第二半導(dǎo)體層162之間，形成有覆蓋了在基板11的第一面(一側(cè)的主面)Ila露出的第一半導(dǎo)體層13的第三絕緣層23。這樣，第三絕緣層23在第二半導(dǎo)體層161與第ニ半導(dǎo)體層162之間，與在基板11的第一面I Ia露出的第一半導(dǎo)體層13和金屬層14之間電氣絕緣。另外，第二絕緣層22最好形成為覆蓋至在基板11的第一面(一側(cè)的主面)Ila露出的護圈層15的P-區(qū)域15b及第ニ半導(dǎo)體層161的P-型區(qū)域16b。同樣，第三絕緣層23最好形成為覆蓋至在基板11的第一面(一側(cè)的主面)Ila露出的第二半導(dǎo)體層161的P-型區(qū)域16b及第ニ半導(dǎo)體層162的P-型區(qū)域16b。 第二絕緣層22及第三絕緣層23，可以是將例如硅氧化膜等形成為環(huán)狀。另外，第ニ絕緣層22及第三絕緣層23，可以是由金屬氧化物及樹脂等的導(dǎo)電材料構(gòu)成。另外，如圖IA所示，第一絕緣層21在平視下包圍第絕緣層22，第二絕緣層22在平視下包圍第三絕緣層23。另外，第三絕緣層23，也可以在面向基板11的中心排列的多個第二半導(dǎo)體層16之間形成為多個。另外，第一絕緣層21、第二絕緣層22及第三絕緣層23，可以是將與第一半導(dǎo)體層13重疊形成的均一擴展的絕緣體圖形化形成。下面對具有上術(shù)結(jié)構(gòu)的本實施方式的ニ極管10的作用進行說明。由P型半導(dǎo)體構(gòu)成的護圈層15，使在由肖特基接合的η型半導(dǎo)體構(gòu)成的第一半導(dǎo)體層13和金屬層14的周緣區(qū)域Ae產(chǎn)生的電場集中緩和。另ー方面，護圈層15的內(nèi)側(cè)，即在中心區(qū)域Ac每一定的間隔形成、在第一半導(dǎo)體層13之間ρη接合的多個第二半導(dǎo)體層16，被設(shè)計為比第一半導(dǎo)體層13和金屬層14的肖特基接合部及其周邊的第一絕緣層21耐壓更低。這樣，通過向多個第二半導(dǎo)體層16與第一半導(dǎo)體層13之間的ρη接合吸引逆向電流(反向浪涌電流)的負(fù)荷，就可以改善反向浪涌電流耐量。而且，在本實施方式的ニ極管10中，通過第二絕緣層22及第三絕緣層23，可以防止空乏層從第一半導(dǎo)體層13和金屬層14的肖特基接合部沿第二半導(dǎo)體層161、162的側(cè)面、即沿構(gòu)成第二半導(dǎo)體層161、162的P-型區(qū)域16b延伸。 S卩，在JBS結(jié)構(gòu)的ニ極管10中，如果空乏層從第一半導(dǎo)體層13和金屬層14的肖特基接合部延伸，ニ極管的周緣區(qū)域的電場集中就無法緩和，也就無法改善反向浪涌電流耐量。但是，通過分別在護圈層15和與其鄰接的第二半導(dǎo)體層161之間形成第二絕緣層22、以及在第二半導(dǎo)體層161和與其鄰接的第二半導(dǎo)體層162之間形成第三絕緣層23，可以阻止空乏層沿構(gòu)成第二半導(dǎo)體層161、162的P-型區(qū)域16b延伸。特別是由于第二絕緣層22、第三絕緣層23被形成為覆蓋至構(gòu)成第二半導(dǎo)體層16的P-型區(qū)域16b，因而可以切實防止空乏層沿P-型區(qū)域16b延伸。
因此，第一半導(dǎo)體層13和金屬層14的肖特基接合部的反向浪涌電流耐量可以得到較大的改善。例如，即便產(chǎn)生從第一半導(dǎo)體層13向金屬層14施加的逆向電壓，第二絕緣層22、第三絕緣層23可以抑制空乏層的延伸。其結(jié)果是，電場在第二半導(dǎo)體層部集中，第一半導(dǎo)體層13與金屬層14的肖特基接合部的耐壓變低。這樣，向該ρη接合吸引逆向電流(反向浪涌電流)的負(fù)荷，反向浪涌電流耐量增加，因此可以防止ニ極管10的損傷。實施方式 以下是驗證本發(fā)明的效果的實施方式。在該實施方式中，以Material Science Forum Vols. 353-356 (2000)，pp675_678所示結(jié)構(gòu)的JBS ニ極管為比較方式I、以同時具有日本特許第3708057號公報及MaterialScience Forum Vols. 527-529 (2006)，ppll55_l 158 的結(jié)構(gòu)的 JBS ニ極管為比較方式 2。另夕卜，以圖I所示的本發(fā)明的一個實施方式的ニ極管10為實施方式。分別對比較方式1、2及實施方式中的ニ極管的反向浪涌電流耐量進行測定，驗證結(jié)果如圖3所示。根據(jù)圖3所示的本發(fā)明的驗證結(jié)果可以確認(rèn)，與以往的JBS ニ極管即比較方式I、2相比，本發(fā)明的實施方式的ニ極管的反向浪涌電流耐量得到了大幅改善。符號說明10肖特基勢壘ニ極管11 基板13第一半導(dǎo)體層14金屬層15護圈層16第二半導(dǎo)體層21第一絕緣層22第二絕緣層23第三絕緣層
權(quán)利要求
1.ー種肖特基勢壘ニ極管，其特征在于，具有 由碳化娃構(gòu)成的基板； 包含在所述基板內(nèi)，由與該基板的第一面鄰接的η型半導(dǎo)體構(gòu)成的第一半導(dǎo)體層； 與該第一半導(dǎo)體層肖特基接合的金屬層； 與該金屬層的周緣區(qū)域相接，向外側(cè)擴展的第一絕緣層； 沿該第一絕緣層和所述金屬層接觸的周緣區(qū)域，由在所述第一半導(dǎo)體層內(nèi)形成的P型半導(dǎo)體構(gòu)成的護圈層； 從該護圈層向所述基板的中心區(qū)域，在所述第一半導(dǎo)體層內(nèi)，由在每個第I間隔形成的多個P型半導(dǎo)體構(gòu)成的第二半導(dǎo)體層； 位于所述基板的第一面上，在所述護圈層和與該護圈層鄰接的所述第二半導(dǎo)體層之間形成的第二絕緣層； 位于所述基板的第一面上，在相互鄰接的所述第二半導(dǎo)體層之間形成的第三絕緣層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的肖特基勢壘ニ極管，其特征在于 其中，所述第二半導(dǎo)體層由P+型半導(dǎo)體區(qū)域和P-型半導(dǎo)體區(qū)域構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或權(quán)利要求2所述的肖特基勢壘ニ極管，其特征在于 其中，所述第一絕緣層、所述第二絕緣層及所述第三絕緣層，具有將與所述第一半導(dǎo)體層重合形成的均一擴展的絕緣體進行圖形化的結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的肖特基勢壘ニ極管，其特征在于 其中，所述第一絕緣層，是由半導(dǎo)體氧化物構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的肖特基勢壘ニ極管，其特征在于 其中，還具有位于所述第一面上、與所述第二半導(dǎo)體層接合的歐姆電扱。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的肖特基勢壘ニ極管，其特征在于 其中，所述第二絕緣層在平視下包圍所述第三絕緣層、所述第一絕緣層在平視下包圍所述第二絕緣層。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的肖特基勢壘ニ極管，其特征在于 其中，所述第一絕緣層覆蓋所述護圈層的外緣部分，所述金屬層與所述護圈層的內(nèi)緣部分相接。
全文摘要
在基板的中心區(qū)域，形成有橫跨鄰接護圈層的第二半導(dǎo)體層和鄰接該第二半導(dǎo)體層的第二半導(dǎo)體層之間的第三絕緣層。即，在第二半導(dǎo)體層與第二半導(dǎo)體層之間，形成有覆蓋了在基板的第一面(一側(cè)的主面)露出的第一半導(dǎo)體層的第三絕緣層。這樣，第三絕緣層在第二半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層之間，使在基板11的第一面11a露出的第一半導(dǎo)體層和金屬層之間電氣絕緣。
文檔編號H01L29/872GK102683430SQ20121006743
公開日2012年9月19日 申請日期2012年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月7日
發(fā)明者前山雄介, 大澤良平, 渡部善之, 荒木克隆 申請人:新電元工業(yè)株式會社