特許 5792922 ショットキバリアダイオードおよびその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5792922

(24)【登録日】2015年8月14日

(45)【発行日】2015年10月14日

(54)【発明の名称】ショットキバリアダイオードおよびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 29/47 20060101AFI20150928BHJP

   H01L 29/872 20060101ALI20150928BHJP

【ＦＩ】

   H01L29/48 F

   H01L29/48 D

   H01L29/86 301D

   H01L29/86 301F

【請求項の数】4

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2009-33487(P2009-33487)

(22)【出願日】2009年2月17日

(65)【公開番号】特開2010-192555(P2010-192555A)

(43)【公開日】2010年9月2日

【審査請求日】2011年8月24日

【審判番号】不服2014-13587(P2014-13587/J1)

【審判請求日】2014年7月11日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002130

【氏名又は名称】住友電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000693

【氏名又は名称】特許業務法人ハートクラスタ

(72)【発明者】

【氏名】木山 誠

(72)【発明者】

【氏名】宮崎 富仁

【合議体】

【審判長】 小野田 誠

【審判官】 鈴木 匡明

【審判官】 綿引 隆

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−３５２０２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１４２２４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１０８８４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１１６０５７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２９／４７

Ｈ０１Ｌ ２９／８７２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

｛ 0 0 0 1｝面基板上に設けられた半導体領域と、
前記半導体領域に形成されたトレンチ部と、
前記トレンチ部の間の前記半導体領域に形成され、ショットキ接触する第１の電極と、
前記トレンチ部の側面の半導体領域、および前記トレンチ部の底の半導体領域、に形成され、それぞれショットキ接触する第２の電極とを備え、該第２の電極は前記第１の電極を覆って連続しており、
前記半導体領域において、前記トレンチ部および該トレンチ部の間を含む上部はノンドープ、または前記基板に近い下部よりも低濃度のｎ型不純物が分布し、
前記トレンチ部の側面は、異方性ウェットエッチングがなされた｛ 1-1 0 0｝面であり、前記基板の面に垂直であり、
前記第２の電極は、前記半導体領域に対して、前記第１の電極よりも高いショットキバリア高さを有している、ショットキバリアダイオード。

【請求項2】

請求項１記載のショットキバリアダイオードにおいて、
前記｛ 0 0 0 1｝面基板は、自立基板である、ショットキバリアダイオード。

【請求項3】

請求項１または２に記載のショットキバリアダイオードにおいて、
前記半導体領域は、ＧａＮからなり、
前記第１の電極は、Ａｌ，Ｗ，Ｔａ，ＭｏおよびＴｉから選ばれる１の金属からなり、
前記第２の電極は、Ｎｉ，Ｐｄ，Ｐｔ，およびＡｕから選ばれる１の金属からなる、ショットキバリアダイオード。

【請求項4】

｛ 0 0 0 1｝面基板上に半導体領域を形成し、ここで、該半導体領域の上部はノンドープ、または前記基板に近い下部よりも低濃度にｎ型不純物をドープされたものであり、
前記半導体領域の上に、第１の電極を形成する工程（ａ）と、
少なくとも前記第１の電極をマスクとして、前記半導体領域をエッチングして、｛ 1-1 0 0｝面に沿った側面を有するトレンチ部を形成する工程（ｂ）と、
前記第１の金属膜の上方、およびトレンチ部を含む半導体領域上に、第２の電極を形成する工程（ｃ）と、を含み、
前記工程（ｂ）では、ドライエッチングを行なった後、異方性ウェットエッチングを行って、前記トレンチの側面を前記基板の面に垂直になるようにし、
前記第２の電極は、前記半導体領域に対して、前記第１の電極よりも高いショットキバリア高さを有している、ショットキバリアダイオードの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、トレンチ型ショットキバリアダイオードに係り、特に、耐圧特性の改善対策に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、トレンチ構造を有する半導体デバイスとして、特許文献１や非特許文献１のショットキバリアダイオードが知られている。
非特許文献１に開示される構造では、ＳｉＣ層にトレンチ部を形成し、トレンチ部を除く領域の上に、第１の電極を設けている。そして、第１の電極およびトレンチ部を含むＳｉＣ層の全域を覆う第２の電極を設けている。つまり、デュアルメタルのショットキ電極を有するトレンチ構造を有している。
また、特許文献１には、トレンチ部の底部に、第１，第２の電極を設けている。そして、第２電極は、トレンチ部の側面を含む基板全域を覆っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】ＵＳＰ５，２６２，６６８号公報

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】IEEE Electron Device Letters, Vol.19, No.4 april, 1998

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記２つの文献の構造により、順電圧が印加されたときには、ショットキ障壁が低くなり、大電流が得られる。一方、逆電圧が印加されたときには、トレンチ側方から空乏層が伸びるピンチオフ作用を利用して、高い耐圧が得られる。

【0006】

しかしながら、上記各文献の技術では、逆電圧印加時に、トレンチ部の側部からのリーク電流を抑制するための工夫がなされていない。つまり、耐圧を改善する余地が残されている。

【0007】

本発明の目的は、トレンチ部の構造の改善により、リーク特性および耐圧特性が総合的に優れたショットキバリアダイオードを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明のショットキバリアダイオードは、｛ 0 0 0 1｝面（以下、ｃ面と称する）基板上に設けられた半導体領域と、半導体領域に形成されたトレンチ部とを備えたトレンチ型構造を有している。そして、トレンチ部の間の半導体領域に形成され、ショットキ接触する第１の電極と、トレンチ部の側面の半導体領域、およびトレンチ部の底の半導体領域、に形成され、それぞれショットキ接触する第２の電極とを備え、該第２の電極は第１の電極を覆って連続している。半導体領域において、トレンチ部および該トレンチ部の間を含む上部はノンドープ、または基板に近い下部よりも低濃度のｎ型不純物が分布し、トレンチ部の側面は、異方性ウェットエッチングがなされた｛ 1-1 0 0｝面（以下、ｍ面と称する）であり、基板の面に垂直であり、第２の電極は、半導体領域に対して、第１の電極よりも高いショットキバリア高さを有している。

【0009】

この構造により、順電圧印加時には、第１の電極と半導体領域との間の低いショットキバリアによって、オン電流が大きくなる。一方、逆電圧印加時には、トレンチ部の側部から空乏層が伸びるピンチオフ作用によって、高耐圧が得られる。これらの作用効果は、上記各文献の効果と同じであるが、本発明では、さらに以下の作用効果が得られる。
ｍ面は、被エッチング速度が遅いので、ウェットエッチングすると、異方性ウェットエッチングとなり、基板面にほぼ垂直となる。したがって、トレンチ部の側面が基板面にほぼ垂直な面となることにより、理想的なストライプ状の電界分布が得られる。これにより、電界緩和効果が高くなり、高耐圧化が可能となる。

【0010】

トレンチ部の側面が、異方性ウェットエッチングされていることにより、平滑性が極めて高くなり、上述の効果が顕著に得られる。また、パターニング時の加工ダメージも除去されるので、欠陥を介したリークパスの発生が抑制される。そして、リーク電流の低減により、耐圧がさらに向上する。

【0011】

ｃ面基板が自立基板であることにより、サファイア基板等を用いた場合のような格子不整合が生じず、半導体領域中の転位等の欠陥が減少する。よって、メサ構造の改善による効果が確実に発揮される。

【0012】

第２の電極は、半導体領域に対して、第１の電極よりも高いショットキバリアを有している。

【0013】

具体的に、半導体領域がＧａＮによって構成されている場合には、第１，第２の電極の材料は，以下のものが好ましい。第１の電極を構成する金属としては、Ａｌ，Ｗ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｔｉなどがある。第２の電極を構成する金属としては、Ｎｉ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｕなどがある。

【0014】

本発明のショットキバリアダイオードの製造方法としては、以下の手順によって行なう方法がある。まず、ｃ面基板上に半導体領域を形成し、ここで、該半導体領域の上部はノンドープ、または前記基板に近い下部よりも低濃度にｎ型不純物をドープされたものであり、該半導体領域の上に、第１の電極を形成する。次に、少なくとも第１の電極をマスクとして、半導体領域をエッチングして、ｍ面に沿った側面を有するトレンチ部を形成する。次に、第１の金属膜の上方およびトレンチ部を含む半導体領域の上に、第２の電極を形成する。前記トレンチ部の形成工程（ｂ）では、ドライエッチングを行なった後、異方性ウェットエッチングを行って、トレンチ部の側面を基板の面に垂直になるようにし、第２の電極は、半導体領域に対して、第１の電極よりも高いショットキバリア高さを有している。

【0015】

この方法により、上述の効果を発揮するショットキバリアダイオードが得られる。
また、エッチングの際、ドライエッチングを行なった後、異方性ウェットエッチングを行うことにより、加工ダメージが除去される。また、極めて平滑な側面を有するメサ部が形成される。したがって、リーク電流の小さい、極めて高耐圧のショットキバリアダイオードが得られる。

【発明の効果】

【0016】

本発明のショットキバリアダイオードまたはその製造方法によると、リーク特性および耐圧特性が総合的に優れたショットキバリアダイオードを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の実施の形態に係るＳＢＤの断面図である。

【図2】実施の形態のＳＢＤが採りうる２種類の構造の平面図である。

【図3】（ａ）〜（ｄ）は、実施の形態に係るＳＢＤの製造工程を示す断面図である。

【図4】本実施の形態に対する比較例１，２に係るＳＢＤの断面図である。

【図5】実施例のＳＢＤと、比較例１，２のＳＢＤとの順方向電圧印加時の電圧−電流特性を示す図である。

【図6】実施例のＳＢＤと、比較例１，２のＳＢＤとの逆方向電圧印加時の電圧−電流特性を示す図である。

【図7】比較例１〜３のＳＢＤの順方向電圧印加時の電圧−電流特性を示す図である。

【図8】比較例１〜３のＳＢＤの逆方向電圧印加時の電圧−電流特性を示す図である。

【図9】（ａ），（ｂ）は、ＧａＮ層のａ面方向とｍ面方向とにおける被エッチング速度の相違を示すグラフである。

【図10】（ａ），（ｂ）は、順に、ＧａＮのプラズマエッチング時の側面と、ウェットエッチング後の側面とを示すＳＥＭ写真図である。

【図11】他の実施の形態に係るＳＢＤの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

−ショットキバリアダイオードの構造−
以下、本実施の形態においては、ショットキバリアダイオード（Shottky Barrier Diode)を「ＳＢＤ」と略称する。また、デュアルメタル構造を、「ＤＭ構造」と略称する。
図１は、本発明の実施形態に係るＤＭ構造のＳＢＤの断面図である。

【0019】

ＳＢＤ１０は、ＧａＮ基板１１と、ＧａＮ基板１１の上に形成されたＧａＮ層１３（半導体領域）とを備えている。ＧａＮ基板１１は自立基板であって、その厚さは約４００μｍである。
ＧａＮ層１３の厚さは約５μｍである。ＧａＮ層１３には、深さ約２μｍのトレンチ部１４が形成されている。言い換えると、ＧａＮ層１３は、トレンチ部１４の底部から上方に突出した，高さ約2μｍのメサ部１３ａを有している。トレンチ部１４の側面１４ａは垂直な壁である。

【0020】

そして、メサ部１３ａの上、つまり、トレンチ部１４を除くＧａＮ層１３の上に、Ｔｉ／Ｐｔ膜からなる第１電極１５が形成されている。すなわち、図１の拡大図に示すように、第１電極１５は、Ｔｉ膜１５ａおよびＰｔ膜１５ｂを積層して構成されている。また、第１電極１５を覆うとともに、トレンチ部１４の側面，底部を含むＧａＮ層１３全体を覆う第２電極１６が形成されている。
ここで、第１電極１５および第２電極１６は、いずれもＧａＮに対してショットキ接触するように、処理されている。
ただし、第１電極１５と第２電極１６とは、互いにショットキ接触している必要はなく、互いにオーミック接触していてもよい。

【0021】

本実施の形態では、第１電極１５として、Ａｌ，Ｗ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｔｉなどを用いることができる。また、第２電極１６として、Ｎｉ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｕなどを用いることができる。本実施の形態では、第１電極として、ＧａＮに対するショットキバリア高さφ１が０．７３ｅＶであるＴｉを用いている。第２電極１６として、ＧａＮに対するショットキバリア高さφ２が０．９５ｅＶであるＮｉを用いている。このように、第２電極１６のショットキバリア高さφ２は、第１電極１５のショットキバリア高さφ１よりも大きい。
本発明の半導体領域は、ＧａＮ層に限定されるものではなく、ＳｉＣ層など、他の稠密六方の結晶構造を有するものであってもよい。ＧａＮ層以外の半導体を用いる場合には、第１電極１５，第２電極１６として、上記列挙した金属材料以外のものを選択することができる。ただし、いずれの場合にも、第２電極１６のショットキバリア高さφ２は、第１電極１５のショットキバリア高さφ１よりも大きいことが好ましい。

【0022】

図２（ａ），（ｂ）は、本実施の形態のＳＢＤ１０が採りうる２種類の構造の平面図である。ただし、同図において、構造の理解を容易にするために、第２電極１６の図示は省略されている。
同図の下方に示すように、ＧａＮ基板１１およびＧａＮ層１３は、稠密六方の結晶構造を有し、その面方位はｃ面（｛ 0 0 0 1｝面）である。そして、トレンチ部１４の側面１４ａは、ｍ面（｛ 1-1 0 0｝面）である。また、トレンチ部１４の側面１４ａの平面形状は、正六角形である。
図２（ａ）に示す構造では、正六角形のメサ部１３ａが形成されるように、トレンチ部１４が掘り込まれている。図２（ｂ）に示す構造では、ＧａＮ層１３に、正六角形のトレンチ部１４が掘り込まれている。上記いずれの構造であってもよい。

【0023】

なお、第１電極１５の側面は、トレンチ部１４の側面１４ａとほぼ同一面上に位置している。
また、ＧａＮ基板１１の裏面には、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕからなるオーミックの裏面電極１９が形成されている。

【0024】

ＧａＮ基板１１の本体部は、約３×１０^１８ｃｍ^−３の比較的高濃度のｎ型ドーパントを含んでいる。ＧａＮ層１３の上部（ドリフト層）は、５×１０^１５ｃｍ^−３程度の低濃度のｎ型ドーパントを含んでいる。また、ＧａＮ層１３の下部（バッファ層）は、キャリア濃度が約１×１０^１８ｃｍ^−３の濃度のｎ型ドーパントを含んでいる。

【0025】

−ＳＢＤの製造工程−
図３（ａ）〜（ｅ）は、本実施の形態に係るＳＢＤの製造工程を示す断面図である。
まず、図３（ａ）に示す工程で、ＧａＮ基板１１の上に、ＧａＮ層１３をエピタキシャル成長させる。成長に際しては、周知の有機金属気相成長法を用いる。また、ＧａＮ層１３の下部（バッファ層）にはキャリア濃度が約１×１０^１８ｃｍ^−３のｎ型ドーパントを含ませる。ＧａＮ層１３の上部（ドリフト層）にはキャリア濃度が約５×１０^１５ｃｍ^−３のｎ型ドーパントを含ませる。なお、ＧａＮ層１３の上部（ドリフト層）は、アンドープ層であってもよい。

【0026】

次に、図３（ｂ）に示す工程で、ＧａＮ層１３上にレジストマスクＲｅを形成する。レジストマスクＲｅの平面形状は、ほぼ正六角形か、または正六角形の開口を有するものである。レジストマスクＲｅの側面は、ＧａＮ層１３のｍ面に沿うように、形成されている。
なお、レジストマスクＲｅの側面が、ＧａＮ層１３のｍ面に平行でなくてもよい。レジストマスクＲｅの側面の下端部がＧａＮ層１３のｍ面に沿っていれば、エッチング工程で、側面１４ａがｍ面であるトレンチ部１４が形成される。

【0027】

次に、レジストマスクＲｅを含む基板上に、電子ビーム蒸着法（以下、ＥＢ蒸着法と略称する）を用いて、厚さ約５０ｎｍのＴｉ膜１５ａを堆積し、連続して、厚さ約５０ｎｍのＰｔ膜１５ｂを堆積する。Ｐｔ膜１５ｂは、後に行うウエットエッチにおける保護マスクの役割、および、Ｔｉ膜１５ａの酸化防止膜の役割を果たす。

【0028】

次に、図３（ｃ）に示す工程で、リフトオフ法により、レジストマスクＲｅを除去し、Ｔｉ膜１５ａおよびＰｔ膜１５ｂを積層してなる第１電極１５を形成する。

【0029】

次に、図３（ｄ）に示す工程で、第１電極１５をマスクにして、ＧａＮをエッチングする。平行平板型プラズマ装置（ＲＩＥ）を用い、エッチングガスとして、Ｃｌ２ およびＢＣｌ２ を流す。本例のエッチング条件は、電力密度が０．００４Ｗ／ｍｍ^２、チャンバ内圧力が１０mTorr〜２００mTorr、電極温度が２５℃〜４０℃、ガス流量は、Ｃｌ２ が４０ｓｃｃｍ、ＢＣｌ２ が４ｓｃｃｍである。ただし、以上の条件に限定されるものではない。ＧａＮ層１３を深さ１μｍまでエッチングした地点で、プラズマエッチングを終了する。

【0030】

これにより、図２（ａ）または（ｂ）に示す構造が形成される。トレンチ部１４の側面１４ａは、ＧａＮ結晶のｍ面（｛ 1-1 0 0｝面）である。ＧａＮ層１３におけるトレンチ部１４の深さ（メサ高さ）は、約２μｍである。この時点で、メサ部１３ａを含むＧａＮ層１３の表面部には、深さ数ｎｍ（１ｎｍ〜２０ｎｍ程度）に亘ってエッチングダメージ層が発生している。

【0031】

なお、ＧａＮ層１３のエッチングガスは、Ｃｌ_２単体でもよく、Ｃｌ_２とＡｒ、Ｃｌ_２とＮ_２、Ｃｌ_２とＢＣｌ_２、Ｎ_２、などを用いてもよい。これらのエッチングガスを用いることにより、ＧａＮ層１３に与えるダメージを極力抑制することができる。プラズマ発生装置は、ＲＩＥタイプに限定されるものではない。プラズマ発生装置として、ＩＣＰ等、他のタイプのプラズマ発生装置を用いることも可能である。

【0032】

さらに、ＧａＮのウエットエッチングを行う。その際、基板全体を、温度約８５℃の２５％ＴＭＡＨ水溶液（水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液）に浸漬する。この処理により、プラズマエッチングによって、ＧａＮ層１３の表面部に生じたダメージ層を除去する。エッチングダメージ層の深さは、用いるプラズマ発生装置やプラズマエッチングの条件によって異なる。そこで、ウエットエッチング工程は、エッチングダメージ層が実質的に除去されるまで行われる。「実質的に除去される」とは、エッチングダメージ層が、後述するリーク電流に影響を及ぼさない程度まで除去されることを意味する。

【0033】

上記ウェットエッチングを行なうためのエッチング液は、ＴＭＡＨ水溶液に限られない。エッチング液として、基板の材質（本実施の形態では，ＧａＮ）に応じて適切なものを用いることができる。ＴＭＡＨ水溶液を用いる場合でも、その濃度は２５％に限られるものではない。ＴＭＡＨ水溶液の濃度，温度等の条件も、適宜選択することができる。

【0034】

次に、図３（ｅ）に示す工程で、第１電極１５およびトレンチ部１４を含むＧａＮ層１３の全体を覆う第２電極１６を堆積する。第２電極１６は、厚さ約２００ｎｍのＮｉ膜からなり、堆積にはＥＢ蒸着法を用いている。

【0035】

さらに、ＧａＮ基板１１の裏面に、ＧａＮ基板１１にオーミック接触する裏面電極１９を形成する。裏面電極の形成手順は、以下の通りである。
蒸着前洗浄として、１０％塩酸にて３分間洗浄をした後、裏面全体に、多層膜であるＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ膜（厚さ２０ｎｍ／１００ｎｍ／２０ｎｍ／３００ｎｍ）をＥＢ蒸着法によって堆積する。その後、４５０℃，２分間の条件で、ＧａＮ基板１と裏面電極１９との合金化熱処理を行なう。上記合金化処理は、第１電極１５，第２電極１６と、ＧａＮ層１３とのショットキ接触が保たれる温度，時間で行われる。

【0036】

また、裏面電極１９を形成してから、２５％ＴＭＡＨ水溶液によるウエットエッチングを行なってもよい。その場合、ＧａＮ基板１１の裏面に、裏面電極１９を覆うように、エッチング保護膜を形成することが好ましい。エッチング保護膜としては、２５％ＴＭＡＨ水溶液に対する耐性を有する絶縁膜，たとえばシリコン酸化膜やシリコン窒化膜を用いることができる。その後、上記絶縁膜を、その材質に応じた周知のエッチング液によって除去してから、図３（ｄ）に示す工程を実施すればよい。

【0037】

次に、本実施の形態に係るＳＢＤ１０による効果について、説明する。
図４は、本実施の形態に対する比較例１，２に係るＳＢＤの断面図である。比較例１は、実施の形態１と同じ構造において、トレンチを形成せずに、ドリフト層の上に、実施の形態の第１電極１５と同じ材料からなるショットキ電極（Ｔｉ電極）を設けたものである。比較例２は、実施の形態１と同じ構造において、トレンチを形成せずに、ドリフト層の上に、実施の形態の第２電極１６と同じ材料からなるショットキ電極（Ｎｉ電極）を設けたものである。Ｔｉ電極、Ｎｉ電極共に、リフトオフ法によってパターニングされており、その形状は、直径が２００μｍの円形である。

【0038】

図５は、実施例のＳＢＤと、比較例１，２のＳＢＤとの順方向電圧印加時の電圧−電流特性を示す図である。図６は、実施例のＳＢＤと、比較例１，２のＳＢＤとの逆方向電圧印加時の電圧−電流特性を示す図である。実施例のＳＢＤは、上記実施の形態で説明した製造方法によって形成されたものである。

【0039】

図５，図６のデータから，以下のことがわかる。
比較例１は、純粋なＴｉ−ＳＢＤの特性を示し、比較例２は、純粋なＮｉ−ＳＢＤの特性を示している。比較例１，２のＳＢＤのｎ値は、いずれも１．０６である。比較例１のＳＢＤのＴｉ電極のショットキバリア高さφ１は、０．７３ｅＶである。比較例２のＳＢＤのＮｉ電極のショットキバリア高さφ１は、０．９５ｅＶである。
その結果、比較例２のＳＢＤは、比較例１のＳＢＤに比べ、逆方向電圧印加時におけるリーク電流が小さく、耐圧が大きい。反面、比較例２のＳＢＤは、比較例１のＳＢＤに比べ、順方向電圧印加時におけるオン電流が小さい。

【0040】

それに対し、実施例のＳＢＤの場合、順方向電圧印加時には、比較例１（Ｔｉ電極）とほぼ同じ電圧−電流特性が得られた。つまり、比較例２よりもオン電流が大きい。また、逆方向電圧印加時には、比較例２（Ｎｉ電極）に近い低リーク特性を示している。つまり、総合特性として、３つのサンプル中でもっとも優れた電圧−電流特性が得られた。

【0041】

さらに、実施の形態１におけるトレンチ部１４の側面１４ａ（図２参照）をａ面（｛ 1 1-2 0｝面）にしたＳＢＤを比較例３として作成した。比較例３のＳＢＤは、トレンチ部１４の側面１４ａの面方位が異なるものの、上記実施の形態で説明した手順によって形成されたものである。

【0042】

図７は、比較例１〜３のＳＢＤの順方向電圧印加時の電圧−電流特性を示す図である。図８は、比較例１〜３のＳＢＤの逆方向電圧印加時の電圧−電流特性を示す図である。
図７，図８に示されるように、比較例３のＳＢＤにおいては、逆方向電圧印加時におけるリーク電流が、実施例のＳＢＤよりも増大している。

【0043】

比較例３の電圧−電流特性は、上記特許文献１や非特許文献１のＳＢＤに近いものと考えられる。いずれのＳＢＤも、トレンチ部の側面がｍ面でないという点で共通しているからである。

【0044】

本実施の形態に係るＳＢＤ１０では、トレンチ部１４の側面をｍ面としたことにより、以下の効果を発揮することができる。ｍ面は、被エッチング速度が遅いので、プラズマエッチング時や、ウェットエッチング時に平滑面となる。その結果、リーク電流の抑制効果や耐圧向上効果が得られる。以下、その根拠について、本発明者達が行なった実験に基づき、説明する。

【0045】

図９（ａ），（ｂ）は、ＧａＮ層のａ面方向とｍ面方向とにおける被エッチング速度の相違を示すグラフである。同図において、横軸はＴＭＡＨ処理時間を表し、縦軸はパターン寸法の変化（エッチング量）を表している。図９（ａ），（ｂ）を比較すると、ａ面に比べ、ＧａＮ層のｍ面方向のエッチング量が極めて小さいことがわかる。

【0046】

図１０（ａ），（ｂ）は、順に、ＧａＮのプラズマエッチング時の側面と、ウェットエッチング後の側面とを示すＳＥＭ写真図である。図１０（ａ）に示すように、プラズマエッチングにより、ｃ面ＧａＮを、ｍ面とａ面とが現れるようにパターニングする。

【0047】

図１０（ｂ）に示すように、２時間のウェットエッチング後には、ａ面であった部分にもｍ面が現れる。ｍ面とａ面とが交差するコーナー部には、広いｍ面が現れる。ｍ面は、極めて平坦で、表面が滑らかである。

【0048】

よって、トレンチ部１４の側面１４ａがＧａＮ層１３のｍ面となるように、パターニングしておけば、平滑な側面１４ａが得られる。これにより、本実施の形態では、上記特許文献１や非特許文献１のＳＢＤに比べて、以下の効果が得られる。

【0049】

図２に示すように、ｍ面はｃ面基板の基板面（ｃ面）に対して垂直な面である。したがって、メサ部１３ａは、ＧａＮ層１３に対してほぼ垂直となる。この垂直形状により、メサ部１３ａ下端部の空乏層の広がりが理想的に均一に広がっていく。よって、電界集中する箇所が発生しにくなり、耐圧が向上する。

【0050】

また、図１０（ｂ）に示すように、トレンチ部１４の側面１４ａがａ面の場合は、凹凸が大きい。ａ面だけでなく、ｍ面以外の全ての面においても、同様である。したがって、トレンチ部１４の側面１４ａが、ｍ面以外の場合、凹凸の先端部に電界が集中しやすい。この電界の集中により、リークパスが発生しやすくなっている。
それに対し、本実施の形態では、トレンチ部１４の側面１４ａがｍ面であることにより、リークパスの発生が抑制される。リーク電流は、降伏電圧（ブレークダウン電圧）を判断する閾値のパラメータとなっている。よって、リークパスの発生が抑制されることにより、耐圧が向上する。

【0051】

また、プラズマエッチングは、エッチング能率を高くしようとすると、ダメージ層も深くなる。反面、ダメージ深さを抑制しようとすると、プラズマエッチングを緩やかな条件で行なうために、エッチング能率が悪化する。よって、プラズマエッチング後にウェットエッチングを導入することで、トレンチ部１４の形成能率も向上する。

【0052】

なお、自立ＧａＮ基板でなく、サファイア基板等上のエピタキシャル成長層を用いた場合は、上記効果が小さくなる。サファイア基板等上のＧａＮ層は、転位等の欠陥を多く含んでいるために、トレンチ構造やショットキ電極の構造を改善しても、十分な特性の向上につながらないからである。それに対し、自立のＧａＮ基板（バルク基板）を用いることで、本発明の効果をより顕著に発揮することができる。

【0053】

（他の実施の形態）
図１１は、他の実施の形態に係るＳＢＤの断面図である。図１１において、図１に示すＳＢＤ１０における各部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付して，説明を省略する。
この実施の形態においては、第１電極１５が、トレンチ１４の底面上に形成されている。そして、第２電極１６は、第１電極１５を覆うとともに、トレンチ部１４の側面１４およびメサ部１３の上面を覆っている。

【0054】

このような構造であっても、トレンチ部１４の側面１４ａがｍ面であることにより、実施の形態と基本的には同じ効果を発揮することができる。

【0055】

なお、第１電極１５と第２電極１６との間に、第３の電極が介在していてもよい。ただし、第３の電極のショットキバリア高さをφ３とすると、φ１＜φ３＜φ２であることが必要である。第３の電極は、複数個あってもよい。

【0056】

なお、トレンチ部１４の側面１４ａの形状は、必ずしも正六角形である必要はない。側面がｍ面でさえあれば、他の多角形や、櫛形に近い六角形などであっても、本発明の基本的な効果を発揮することができる。

【0057】

上記開示された本発明の実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものである。

【産業上の利用可能性】

【0058】

本発明によって製造された半導体バイスは、各種電子機器中の回路要素として利用することができる。

【符号の説明】

【0059】

１０ ショットキバリアダイオード（ＳＢＤ）
１１ ＧａＮ基板
１３ ＧａＮ層（半導体領域）
１３ａ メサ部
１４ トレンチ部
１４ａ 側面
１５ 第１電極
１６ 第２電極
１９ 裏面電極
Ｒｅ レジストマスク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】