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(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】6592950
(24)【登録日】2019年10月4日
(45)【発行日】2019年10月23日
(54)【発明の名称】炭化ケイ素半導体装置の製造方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/329 20060101AFI20191010BHJP
H01L 29/872 20060101ALI20191010BHJP
H01L 29/41 20060101ALI20191010BHJP
H01L 29/47 20060101ALI20191010BHJP
H01L 21/28 20060101ALI20191010BHJP
H01L 29/06 20060101ALI20191010BHJP
H01L 29/868 20060101ALI20191010BHJP
H01L 29/861 20060101ALI20191010BHJP
H01L 21/22 20060101ALI20191010BHJP
H01L 21/265 20060101ALI20191010BHJP
【ＦＩ】
H01L29/86 301P
H01L29/44 Y
H01L29/48 P
H01L29/48 E
H01L29/48 D
H01L21/28 301B
H01L29/86 301D
H01L29/86 301E
H01L29/06 301F
H01L29/06 301G
H01L29/06 301V
H01L29/91 B
H01L29/91 F
H01L29/91 K
H01L29/06 301M
H01L21/22 E
H01L21/265 Z
【請求項の数】11
【全頁数】16
(21)【出願番号】特願2015-89132(P2015-89132)
(22)【出願日】2015年4月24日
(65)【公開番号】特開2016-207881(P2016-207881A)
(43)【公開日】2016年12月8日
【審査請求日】2018年2月14日
(73)【特許権者】
【識別番号】000005234
【氏名又は名称】富士電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000877
【氏名又は名称】龍華国際特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】吉川 功
(72)【発明者】
【氏名】中澤 治雄
(72)【発明者】
【氏名】井口 研一
(72)【発明者】
【氏名】関 康和
【審査官】
杉山 芳弘
(56)【参考文献】
【文献】
特開２０１３−１２０８２２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平０８−２６４４６８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表２０１４−５３０４８４（ＪＰ，Ａ）
【文献】
国際公開第２００９／１１６４４４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】
特開２００３−１０１０３９（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１４−０７８６６０（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００６−０３２４５６（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平０４−２５０６１７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０１Ｌ ２１／３２９
Ｈ０１Ｌ ２９／８７２
Ｈ０１Ｌ ２９／０６
Ｈ０１Ｌ ２１／２２
Ｈ０１Ｌ ２１／２６５
Ｈ０１Ｌ ２１／２８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１導電型の炭化ケイ素基板の一方の主面に、前記炭化ケイ素基板よりも低濃度である第１導電型のドリフト層を形成する段階と、
前記ドリフト層のおもて面側において、レーザードーピング技術により、第２導電型である電界制御領域を形成する段階と、
前記ドリフト層に接して、ショットキー電極を形成する段階と、
前記炭化ケイ素基板の他方の主面に、カソード電極を形成する段階と
を備え、
前記電界制御領域は、
前記ドリフト層と前記ショットキー電極とが接触する領域の外周部に形成された、リング状の電界緩和領域と、
前記電界緩和領域よりも内周側に選択的に形成されたジャンクションバリア領域と、
リング状の前記電界緩和領域よりも外周側に設けられた、フィールドリミッティングリングと、
前記フィールドリミッティングリングよりも外周側に設けられた、リング状のチャネルストッパ領域と、
を含み、
前記電界制御領域は１回の同じ工程で形成される炭化ケイ素半導体装置の製造方法。
前記ドリフト層のおもて面側において、レーザードーピング技術により、第２導電型である電界制御領域を形成する段階と、
前記ドリフト層に接して、ショットキー電極を形成する段階と、
前記炭化ケイ素基板の他方の主面に、カソード電極を形成する段階と
を備え、
前記電界制御領域は、
前記ドリフト層と前記ショットキー電極とが接触する領域の外周部に形成された、リング状の電界緩和領域と、
前記電界緩和領域よりも内周側に選択的に形成されたジャンクションバリア領域と、
リング状の前記電界緩和領域よりも外周側に設けられた、フィールドリミッティングリングと、
前記フィールドリミッティングリングよりも外周側に設けられた、リング状のチャネルストッパ領域と、
を含み、
前記電界制御領域は１回の同じ工程で形成される炭化ケイ素半導体装置の製造方法。
【請求項2】
前記第１導電型のドリフト層を形成する段階の後、かつ、前記電界制御領域を形成する段階の前に、１以上のトレンチを、前記ドリフト層の前記おもて面との角度が９０度をなすように形成する段階をさらに備え、
前記フィールドリミッティングリングは、前記１以上のトレンチに形成され、
前記電界制御領域を形成する段階は、レーザー照射方向を前記ドリフト層に対して傾けて、かつ、複数回レーザーを照射することで、前記フィールドリミッティングリングを形成する段階を含む、
請求項１に記載の炭化ケイ素半導体装置の製造方法。
前記フィールドリミッティングリングは、前記１以上のトレンチに形成され、
前記電界制御領域を形成する段階は、レーザー照射方向を前記ドリフト層に対して傾けて、かつ、複数回レーザーを照射することで、前記フィールドリミッティングリングを形成する段階を含む、
請求項１に記載の炭化ケイ素半導体装置の製造方法。
【請求項3】
前記ドリフト層に接して、絶縁膜を形成する段階と、
前記絶縁膜を形成する段階の後に、前記チャネルストッパ領域および前記絶縁膜に接して、チャネルストッパ電極を形成する段階と、
前記ショットキー電極を形成する段階の後に、前記ショットキー電極に接してアノード電極を形成する段階と
をさらに備え、
前記チャネルストッパ電極と前記アノード電極との間は、前記絶縁膜で覆われている
請求項１または２に記載の炭化ケイ素半導体装置の製造方法。
前記絶縁膜を形成する段階の後に、前記チャネルストッパ領域および前記絶縁膜に接して、チャネルストッパ電極を形成する段階と、
前記ショットキー電極を形成する段階の後に、前記ショットキー電極に接してアノード電極を形成する段階と
をさらに備え、
前記チャネルストッパ電極と前記アノード電極との間は、前記絶縁膜で覆われている
請求項１または２に記載の炭化ケイ素半導体装置の製造方法。
【請求項4】
前記フィールドリミッティングリングに接続するフィールドプレート電極を形成する段階をさらに備える
請求項１から３のいずれか一項に記載の炭化ケイ素半導体装置の製造方法。
請求項１から３のいずれか一項に記載の炭化ケイ素半導体装置の製造方法。
【請求項5】
選択的に形成された前記ジャンクションバリア領域にオーミック接続するオーミック電極を形成する段階と、
前記オーミック電極を形成する段階の後に、前記ショットキー電極および前記オーミック電極に接して、アノード電極を形成する段階と
をさらに備える
請求項１から４のいずれか一項に記載の炭化ケイ素半導体装置の製造方法。
前記オーミック電極を形成する段階の後に、前記ショットキー電極および前記オーミック電極に接して、アノード電極を形成する段階と
をさらに備える
請求項１から４のいずれか一項に記載の炭化ケイ素半導体装置の製造方法。
【請求項6】
前記ショットキー電極および前記オーミック電極は同一の材料である、請求項５に記載の炭化ケイ素半導体装置の製造方法。
【請求項7】
前記オーミック電極および前記アノード電極は同一の材料である、請求項５または６に記載の炭化ケイ素半導体装置の製造方法。
【請求項8】
前記レーザードーピング技術により、第２導電型である前記電界制御領域を形成する段階は、
複数の開口を有するマスク層を前記ドリフト層に形成する段階と、
アルミニウムを含むガスに前記ドリフト層を曝した状態において、前記ドリフト層にレーザーを照射することにより、前記複数の開口を通じて前記ドリフト層にアルミニウムを注入する段階と
を有する
請求項１から７のいずれか一項に記載の炭化ケイ素半導体装置の製造方法。
複数の開口を有するマスク層を前記ドリフト層に形成する段階と、
アルミニウムを含むガスに前記ドリフト層を曝した状態において、前記ドリフト層にレーザーを照射することにより、前記複数の開口を通じて前記ドリフト層にアルミニウムを注入する段階と
を有する
請求項１から７のいずれか一項に記載の炭化ケイ素半導体装置の製造方法。
【請求項9】
前記レーザードーピング技術により、第２導電型である前記電界制御領域を形成する段階は、
前記ドリフト層にアルミニウム層を堆積させる段階と、
前記アルミニウム層をパターニングして、複数のパターンを形成する段階と、
前記複数のパターンにレーザーを照射することにより、前記複数のパターンを通じて前記ドリフト層にアルミニウムを注入する段階と
を有する
請求項１から７のいずれか一項に記載の炭化ケイ素半導体装置の製造方法。
前記ドリフト層にアルミニウム層を堆積させる段階と、
前記アルミニウム層をパターニングして、複数のパターンを形成する段階と、
前記複数のパターンにレーザーを照射することにより、前記複数のパターンを通じて前記ドリフト層にアルミニウムを注入する段階と
を有する
請求項１から７のいずれか一項に記載の炭化ケイ素半導体装置の製造方法。
【請求項10】
前記レーザードーピング技術により、第２導電型である前記電界制御領域を形成する段階は、
前記複数のパターンを除去する段階をさらに有する
請求項９に記載の炭化ケイ素半導体装置の製造方法。
前記複数のパターンを除去する段階をさらに有する
請求項９に記載の炭化ケイ素半導体装置の製造方法。
【請求項11】
前記電界制御領域を形成する段階のレーザードーピング技術におけるレーザー光源は、ＫｒＦ、ＡｒＦ、ＸｅＦおよびＸｅＣｌ、ならびに、ＹＡＧ３ωのいずれかである
請求項１から１０のいずれか一項に記載の炭化ケイ素半導体装置の製造方法。
請求項１から１０のいずれか一項に記載の炭化ケイ素半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、炭化ケイ素半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
従来、イオン注入により、炭化ケイ素（以下、ＳｉＣと表記する）基板のおもて面全体にｐ型不純物を注入することが知られている（例えば、特許文献１〜４）。また、レーザーを用いて、ＳｉＣ基板のおもて面全体にｐ型不純物を注入することが知られている（例えば、特許文献５〜６および非特許文献１）。［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］ 特開２００７−２２７６５５号公報
［特許文献２］ 特開２０００−２７７４４８号公報
［特許文献３］ 特開平０８−１４８４４３号公報
［特許文献４］ 特開２０１３−２３２５５３号公報
［特許文献５］ 特開平０８−２６４４６８号公報
［特許文献６］ 特開２００４−１５８７０２号公報
［非特許文献１］ 応用物理 第７０巻第２号（２００１）１８８頁〜１９０頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
レーザーを用いることにより、イオン注入の場合と比較してより低温のプロセスで、ＳｉＣ基板にｐ型不純物を注入することができる。しかし、レーザーを用いてＳｉＣ基板にｐ型不純物を注入する場合、不純物の濃度制御が困難である。
【課題を解決するための手段】
【0004】
本発明の第１の態様においては、第１導電型の炭化ケイ素基板の一方の主面に、炭化ケイ素基板よりも低濃度である第１導電型のドリフト層を形成する段階と、ドリフト層のおもて面側において、レーザードーピング技術により、第２導電型である電界制御領域を形成する段階と、ドリフト層に接して、ショットキー電極を形成する段階と、炭化ケイ素基板の他方の主面に、カソード電極を形成する段階とを備える炭化ケイ素半導体装置の製造方法を提供する。
【0005】
第２導電型である電界制御領域は、ドリフト層とショットキー電極とが接触する領域の外周部に形成された、リング状の電界緩和領域を含んでよい。
【0006】
第２導電型である電界制御領域は、電界緩和領域よりも内周側に選択的に形成された複数のジャンクションバリア領域を含んでよい。
【0007】
第２導電型である電界制御領域は、リング状の電界緩和領域よりも外周側に設けられた、１以上のフィールドリミッティングリングを含んでよい。
【0008】
炭化ケイ素半導体装置の製造方法は、第１導電型のドリフト層を形成する段階の後、かつ、電界制御領域を形成する段階の前に、１以上のトレンチを形成する段階をさらに備えてよい。１以上のフィールドリミッティングリングは、１以上のトレンチに形成されてよい。
【0009】
第２導電型である電界制御領域は、１以上のフィールドリミッティングリングよりも外周側に設けられた、リング状のチャネルストッパ領域を含んでよい。炭化ケイ素半導体装置の製造方法は、ドリフト層に接して、絶縁膜を形成する段階と、絶縁膜を形成する段階の後に、チャネルストッパ領域および絶縁膜に接して、チャネルストッパ電極を形成する段階と、ショットキー電極を形成する段階の後に、ショットキー電極に接してアノード電極を形成する段階とをさらに備えてよい。チャネルストッパ電極とアノード電極との間は、絶縁膜で覆われていてよい。
【0010】
炭化ケイ素半導体装置の製造方法は、１以上のフィールドリミッティングリングに接続するフィールドプレート電極を形成する段階をさらに備えてよい。
【0011】
炭化ケイ素半導体装置の製造方法は、選択的に形成された複数のジャンクションバリア領域にオーミック接続するオーミック電極を形成する段階と、オーミック電極を形成する段階の後に、ショットキー電極およびオーミック電極に接して、アノード電極を形成する段階とをさらに備えてよい。
【0012】
ショットキー電極およびオーミック電極は同一の材料であってよい。オーミック電極およびアノード電極は同一の材料であってよい。
【0013】
レーザードーピング技術により、第２導電型である電界制御領域を形成する段階は、複数の開口を有するマスク層をドリフト層に形成する段階と、アルミニウムを含むガスにドリフト層を曝した状態において、ドリフト層にレーザーを照射することにより、複数の開口を通じてドリフト層にアルミニウムを注入する段階とを有してよい。
【0014】
レーザードーピング技術により、第２導電型である電界制御領域を形成する段階は、ドリフト層にアルミニウム層を堆積させる段階と、アルミニウム層をパターニングして、複数のパターンを形成する段階と、複数のパターンにレーザーを照射することにより、複数のパターンを通じてドリフト層にアルミニウムを注入する段階とを有してよい。
【0015】
レーザードーピング技術により、第２導電型である電界制御領域を形成する段階は、複数のパターンを除去する段階をさらに有してよい。
【0016】
電界制御領域を形成する段階のレーザードーピング技術におけるレーザー光源は、ＫｒＦ、ＡｒＦ、ＸｅＦおよびＸｅＣｌ、ならびに、ＹＡＧ３ωのいずれかであってよい。
【0017】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】第１実施例に係るＳｉＣ‐ＳＢＤ１００の断面図である。
【図2】ＳｉＣ‐ＳＢＤ１００を示す上面図である。
【図3】ＳｉＣ‐ＳＢＤ１００の製造フロー２００を示す図である。
【図4A】ドリフト層１４に接してマスク層２０を形成する段階を示す図である。
【図4B】マスク層２０に複数の開口２１を形成する段階を示す図である。
【図4C】レーザー２２を照射することによりドリフト層１４にアルミニウムを注入する段階を示す図である。
【図4D】マスク層２０を除去した後の状態を示す図である。
【図5A】Ａｌ層２４を堆積する段階を示す図である。
【図5B】Ａｌ層２４に複数のパターンを形成する段階を示す図である。
【図5C】レーザー２２を照射することによりドリフト層１４にアルミニウムを注入する段階を示す図である。
【図5D】Ａｌ層２４の複数のパターンを除去した後の状態を示す図である。
【図6】第２実施例に係るＳｉＣ‐ＳＢＤ１１０の断面図である。
【図7A】耐圧構造部６２にトレンチ４８を形成する段階を示す図である。
【図7B】トレンチ４８にフィールドリミッティングリング３６を形成する段階を示す図である。
【図7C】耐圧構造部６２に絶縁膜４４を形成する段階を示す図である。
【図8】トレンチ４８の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【0020】
図１は、第１実施例に係るＳｉＣ‐ＳＢＤ１００の断面図である。なお、ＳｉＣ‐ＳＢＤは、ＳｉＣショットキーバリアダイオード（ＳｉＣ Ｓｃｈｏｔｔｋｙ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｄｉｏｄｅ）を意味する。本例のＳｉＣ‐ＳＢＤ１００は、ＳｉＣ基板１２、ドリフト層１４を有する。ＳｉＣ‐ＳＢＤ１００は、ドリフト層１４のおもて面側にショットキー電極４２、アノード電極５２、絶縁膜４４およびチャネルストッパ電極４６を有し、ＳｉＣ基板１２の裏面側にカソード電極５４を有する。
【0021】
ＳｉＣ基板１２は第１導電型の不純物を有し、本例において第１導電型はｎ型である。ドリフト層１４は、ＳｉＣ基板１２の一方の主面にエピタキシャル法により形成されたＳｉＣエピタキシャル層である。本例において、ＳｉＣ基板１２の一方の主面は、ＳｉＣ‐ＳＢＤ１００のおもて面側である。ドリフト層１４は、ＳｉＣ基板１２よりも低濃度である第１導電型の不純物を有するｎ−型の層である。
【0022】
ドリフト層１４は、おもて面側に電界制御領域３０を有する。電界制御領域３０は第２導電型であり、本例では第２導電型は高濃度のｐ型である。電界制御領域３０は、レーザードーピング技術により形成された領域である。電界制御領域３０は、ジャンクションバリア領域３２、電界緩和領域３４、フィールドリミッティングリング３６、および、チャネルストッパ領域３８を含む。
【0023】
現在のレーザードーピング技術では、ＳｉＣ層に高濃度のｐ型領域を形成する際に、不純物の濃度制御が困難である。それゆえ、動作時の電流の大部分がＰＮ接合を流れるマージドｐｉｎ‐ショットキーバリア（Ｍｅｒｇｅｄ ｐｉｎ Ｓｃｈｏｔｔｋｙ）ダイオードおよびｐｉｎダイオード等は、レーザードーピング技術で作成することが困難である。加えて、ｐ型不純物の濃度制御が必要であるジャンクションターミネーションエクステンション（Ｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ）およびリサーフ（Ｒｅｓｕｒｆ）構造なども、レーザードーピング技術で作成することが困難である。それゆえ、これらは本願発明には含まれない。
【0024】
ｐ型不純物の濃度制御がほとんど必要ない領域にレーザードーピング技術を適用することが好適である。例えば、のダイオード構造としては、動作時の電流の大部分が、金属とｎ型ＳｉＣとのショットキー接合を流れるＳＢＤおよびＪＢＳ（Ｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｓｃｈｏｔｔｋｙ Ｂａｒｒｉｅｒ）ダイオードが好適である。また耐圧構造としては、ｐ型不純物の濃度制御がほとんど必要ないフィールドリミッティングリング３６、フィールドリミッティングリング３６とフィールドプレートとの併用構造、または、絶縁膜がアノード電極５２とチャネルストッパ電極４６との間に設けられるチャネルストッパ構造等が好適である。
【0025】
電界緩和領域３４は、ドリフト層１４とショットキー電極４２とが接触する接触領域１６の最も外周側の領域、および、接触領域１６よりも外周側の領域である外周部１８に形成される。本明細書では、活性部６０の中央部１０に近い側を内周側と称し、ＳｉＣ‐ＳＢＤ１００の端部１１に近い側を外周側と称する。なお、電界緩和領域３４は、活性部６０と耐圧構造部６２との境界を規定してよい。
【0026】
電界緩和領域３４は、ドリフト層１４とＰＮ接合を形成する。ＳｉＣ‐ＳＢＤ１００に高電圧が印加時された場合に、ドリフト層１４とショットキー電極４２との接合界面の空乏層は、ドリフト層１４と電界緩和領域３４とのＰＮ接合系面の空乏層に接続する。これにより空乏層は、活性部６０から外周側の耐圧構造部６２へ広がることができる。したがって、高電圧印加時の電界集中が緩和されるので、ＳｉＣ‐ＳＢＤ１００の耐圧が向上する。
【0027】
ジャンクションバリア領域３２は、活性部６０に位置する。ジャンクションバリア領域３２は、電界緩和領域３４よりも内周側に選択的に形成された領域である。選択的に形成とは、活性部６０において特定の形状を有して形成されることを意味する。本例のジャンクションバリア領域３２は、紙面垂直方向に長手部を有する矩形形状である。複数のジャンクションバリア領域３２は、長手部方向において平行に、かつ、離間して設けられる。
【0028】
ジャンクションバリア領域３２は、電界緩和領域３４と同様にドリフト層１４とＰＮ接合を形成する。これにより、高電圧印加時に空乏層を活性部６０全体に渡って広げることができるので、ＳｉＣ‐ＳＢＤ１００の耐圧が向上する。
【0029】
フィールドリミッティングリング３６は、電界緩和領域３４よりも外周側に設けられた領域である。１以上のフィールドリミッティングリング３６は、互いに離間して設けられる。フィールドリミッティングリング３６も、電界緩和領域３４と同様にドリフト層１４とＰＮ接合を形成する。これにより、高電圧印加時に空乏層を耐圧構造部６２にまで広げることができるので、ＳｉＣ‐ＳＢＤ１００の耐圧が向上する。
【0030】
ドリフト層１４の１以上のフィールドリミッティングリング３６に接して、絶縁膜４４が設けられる。本例の絶縁膜４４は酸化ケイ素（ＳｉＯ２）膜であるが、他の絶縁膜を用いてもよい。絶縁膜４４の内周側は電界緩和領域３４とショットキー電極４２との間に設けられ、外周側はチャネルストッパ領域３８とチャネルストッパ電極４６との間に設けられる。絶縁膜４４は、チャネルストッパ電極４６とアノード電極５２との間を覆う。
【0031】
チャネルストッパ領域３８は、フィールドリミッティングリング３６よりも外周側に設けられる。本例のチャネルストッパ領域３８は、ＳｉＣ‐ＳＢＤ１００の最も外周側である端部１１に接して設けられる。チャネルストッパ領域３８は、チャネルストッパ電極４６との接触抵抗を低減する機能を有する。
【0032】
チャネルストッパ電極４６は、チャネルストッパ領域３８および絶縁膜４４に接する。チャネルストッパ電極４６は、ＳｉＣ基板１２およびドリフト層１４の端部１１ならびにチャネルストッパ領域３８を介してカソード電極５４と同電位となる。なお、ＳｉＣ基板１２およびドリフト層１４の端部１１はダイシングにより形成された欠陥がキャリアとなるので、導電性を有する。ＳｉＣ‐ＳＢＤ１００に逆電圧を印加した場合にチャネルストッパ電極４６とカソード電極５４とは同電位となり、チャネルストッパ電極４６の内周側端部において空乏層の伸びが制限される。したがって、逆電圧印加時に端部１１まで空乏層が伸びないので、耐圧を維持することができる。
【0033】
ショットキー電極４２は、活性部６０において、電界制御領域３０以外のドリフト層１４とショットキー接合を形成する。ショットキー電極４２に接してアノード電極５２が設けられる。また、ＳｉＣ基板１２の裏面に、カソード電極５４が設けられる。
【0034】
図２は、ＳｉＣ‐ＳＢＤ１００を示す上面図である。図２は、図１のＩＩ‐ＩＩの位置におけるおもて面側を示す図である。なお、ショットキー電極４２、絶縁膜４４、チャネルストッパ電極４６およびアノード電極５２は、図２では省略している。
【0035】
上述の様に、ジャンクションバリア領域３２は、所定の方向に長手部を有する矩形形状の領域である。電界緩和領域３４は、活性部６０における複数のジャンクションバリア領域３２を囲むリング状の領域である。電界緩和領域３４よりも外周側に１以上のフィールドリミッティングリング３６が設けられ、１以上のフィールドリミッティングリング３６よりも外周側にチャネルストッパ領域３８が設けられる。フィールドリミッティングリング３６およびチャネルストッパ領域３８は、共に耐圧構造部６２に設けられるリング状の領域である。
【0036】
図３は、ＳｉＣ‐ＳＢＤ１００の製造フロー２００を示す図である。本例の製造フロー２００は、工程Ｓ１から工程Ｓ６を有する。工程Ｓ１において、第１導電型のＳｉＣ基板１２のおもて面に、ＳｉＣ基板１２よりも低濃度である第１導電型のドリフト層１４を形成する。ドリフト層１４はエピタキシャル法により形成してよい。ｋＶ級高耐圧のＳｉＣ‐ＳＢＤ１００とするべく、ドリフト層１４の厚みは５μｍ以上６０μｍ以下であってよく、不純物濃度は１Ｅ１４ｃｍ−３以上１Ｅ１６ｃｍ−３以下であってよい。なお、Ｅは１０の冪を意味する。例えばＥ１４は１０の１４乗を意味する。
【0037】
工程Ｓ２において、ドリフト層１４のおもて面側において、レーザードーピング技術により、第２導電型である電界制御領域３０を形成する。上述の様に、電界制御領域３０は、電界緩和領域、ジャンクションバリア領域、フィールドリミッティングリングおよびチャネルストッパ領域を含む。第２導電型の不純物の濃度は、１Ｅ２０ｃｍ−３以上１Ｅ２１ｃｍ−３以下としてよい。なお、レーザードーピング技術の詳細は、図４Ａ〜図４Ｄおよび図５Ａ〜図５Ｄにおいて後述する。
【0038】
工程Ｓ３において、耐圧構造部６２のドリフト層１４に接して、絶縁膜４４を形成する。工程Ｓ４において、活性部６０のドリフト層１４に接して、ショットキー電極４２を形成する。ショットキー電極４２は、例えば金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、またはモリブデン（Ｍｏ）等である。
【0039】
工程Ｓ５において、チャネルストッパ領域３８および絶縁膜４４に接するチャネルストッパ電極４６と、ショットキー電極４２に接するアノード電極５２とを形成する。チャネルストッパ電極４６としてＮｉを、アノード電極５２としてＮｉ、アルミニウム（Ａｌ）またはＡｌ‐Ｓｉ合金をそれぞれスパッタリング形成した後パターニングすることにより形成してよい。工程Ｓ６において、ＳｉＣ基板１２の裏面に、カソード電極５４を形成する。例えばＮｉおよびＡｕを順にスパッタリングすることによりカソード電極５４を形成する。
【0040】
図４Ａ〜図４Ｄは、気相レーザードーピングの例を示す図である。図４Ａ〜図４Ｄは、電界制御領域３０を形成する段階（図３の工程Ｓ２）に対応する。図４Ａは、ドリフト層１４に接してマスク層２０を形成する段階を示す図である。マスク層２０は酸化ケイ素であってよい。例えば、テトラメトキシシランおよび酸素のガスを用いたプラズマＣＶＤ法により、当該酸化ケイ素を形成する。
【0041】
図４Ｂは、マスク層２０に複数の開口２１を形成する段階を示す図である。既知のフォトリソグラフィー法およびエッチング法を適用して、マスク層２０をパターニングして、複数の開口２１を形成する。
【0042】
図４Ｃは、レーザー２２を照射することによりドリフト層１４にＡｌを注入する段階を示す図である。本例では、ドリフト層１４を水素（Ｈ２）とトリメチルアルミ（（ＣＨ３）３Ａｌ）とを含むガスに曝した状態において、ドリフト層１４にレーザー２２を照射する。本例では、約１．５Ｊ／ｃｍ２のエネルギーを有するレーザー２２を４，０００ショット照射する。これにより、複数の開口２１を通じてドリフト層１４にＡｌを注入する。なお、レーザー２２のレーザー光源としては、ＫｒＦ、ＡｒＦ、ＸｅＦおよびＸｅＣｌ、ならびに、ＹＡＧ３ωのいずれかを用いてよい。また、必要に応じてＳｉＣ基板を加熱してもよい。
【0043】
図４Ｄは、マスク層２０を除去した後の状態を示す図である。これにより、電界制御領域３０が完成したので、図３の工程Ｓ３以降を実施してよい。本例では、レーザードーピング技術により電界制御領域３０を形成するので、イオン注入後の１，５００℃以上の熱アニール工程を経ることなく、低温のプロセスでＳｉＣ‐ＳＢＤ１００のｐ型不純物領域を形成することができる。上述の様に、レーザードーピング技術は不純物の濃度制御が困難であるが、レーザードーピング技術を不純物の濃度制御がほとんど必要ない電界制御領域３０の形成に適用するので、レーザードーピング技術を用いても高耐圧なＳｉＣ‐ＳＢＤ１００を製造することができる。
【0044】
図５Ａ〜図５Ｄは、固相レーザードーピングの例を示す図である。図５Ａ〜図５Ｄは、電界制御領域３０を形成する段階（図３の工程Ｓ２）の他の例である。図５Ａは、Ａｌ層２４を堆積する段階を示す図である。例えば、Ａｌをスパッタリングすることにより、ドリフト層１４に接してＡｌ層２４を２００ｎｍの厚さだけ堆積させる。
【0045】
図５Ｂは、Ａｌ層２４に複数のパターンを形成する段階を示す図である。既知のフォトリソグラフィー法およびエッチング法を適用して、Ａｌ層２４をパターニングすることにより、複数のパターンを形成してよい。本例において、Ａｌ層２４の複数のパターンは、電界制御領域３０を上面視した形状に対応する。つまり、複数のパターンは、図２に示したように、ジャンクションバリア領域３２の矩形形状、ならびに、電界緩和領域３４、フィールドリミッティングリング３６およびチャネルストッパ領域３８のリング形状と同一のパターンである。
【0046】
図５Ｃは、レーザー２２を照射することによりドリフト層１４にＡｌを注入する段階を示す図である。Ａｌ層２４の複数のパターンにレーザー２２を照射する。本例では、約３．５Ｊ／ｃｍ２のエネルギーを有するレーザー２２を１ショット照射する。これにより、複数のパターンを通じてドリフト層１４にＡｌを注入する。なお、レーザー２２のレーザー光源は、気相レーザードーピングの例と同じ光源を用いてよい。また、必要に応じてＳｉＣ基板を加熱してもよい。
【0047】
図５Ｄは、Ａｌ層２４の複数のパターンを除去した後の状態を示す図である。これにより、電界制御領域３０が完成するので、図３の工程Ｓ３以降を実施してよい。固相レーザードーピングの例においても、気相レーザードーピングの例と同じ効果を得ることができる。
【0048】
図６は、第２実施例に係るＳｉＣ‐ＳＢＤ１１０の断面図である。本例では、ジャンクションバリア領域３２にオーミック接続するオーミック電極４３と、フィールドリミッティングリング３６に接続するフィールドプレート電極４７とを有する点で、第１実施例と異なる。その他の点は、第１実施例と同様である。
【0049】
本例の製造フローでは、絶縁膜４４を形成する段階（図３の工程Ｓ３）の直後に、フィールドリミッティングリング３６に接する絶縁膜４４の部分に開口を設ける。これにより、フィールドリミッティングリング３６は絶縁膜４４により覆われず外部に開放される。その後、フィールドリミッティングリング３６に接続するフィールドプレート電極４７を形成する。
【0050】
また、本例の製造フローでは、ショットキー電極４２を形成する段階（図３の工程Ｓ４）の直前もしくは直後に、複数のジャンクションバリア領域３２にオーミック接続するオーミック電極４３を形成する。なお変形例として、ショットキー電極４２およびオーミック電極４３を同時に同一の材料で形成してもよい。一例において、ショットキー電極４２およびオーミック電極４３は、ともにＮｉであってよい。更なる変形例として、フィールドプレート電極４７、ショットキー電極４２およびオーミック電極４３を同じ材料で同時に作成してもよい。
【0051】
そして、ショットキー電極４２およびオーミック電極４３を形成した後に、両者に接してアノード電極を形成する。なお、オーミック電極４３およびアノード電極５２は同一の材料で形成してもよい。一例において、両者ともにＮｉであってよい。
【0052】
本例では、オーミック電極４３とジャンクションバリア領域３２とが電気的に接続する。これにより、ＳｉＣ‐ＳＢＤ１１０の順方向に過電圧がかかった場合に、ジャンクションバリア領域３２からドリフト層１４へ少数キャリア（本例では電子）を注入することにより順電圧を下げることができる。それゆえ、サージ耐量を向上させることができる。また、本例では、フィールドプレート電極４７とフィールドリミッティングリング３６電気的に接続する。なお、フィールドプレート電極４７は、絶縁膜４４を介してドリフト層１４と重なる重なり領域５６を有する。当該重なり領域５６は、ＭＯＳ構造として機能するので、ドリフト層１４における空乏層の延び方を制御することができる。なお、本例は、第１実施例にオーミック電極４３およびフィールドプレート電極４７を適用する例であるが、いずれか一方だけを実施例１に適用してもよい。
【0053】
図７Ａから図７Ｃは、トレンチ４８にフィールドリミッティングリング３６を形成する例を示す図である。図７Ａは、耐圧構造部６２にトレンチ４８を形成する段階を示す図である。当該段階は、ドリフト層１４を形成する段階（図３の工程Ｓ１）の後、かつ、電界制御領域３０を形成する段階（図３の工程Ｓ２）の前に行われる。
【0054】
トレンチ４８は、既知のフォトリソグラフィー法およびエッチング法を適用して形成することができる。本例のトレンチ４８は、ドリフト層１４のおもて面１５からトレンチ４８の底部まで１μｍの深さを有する。なお、深さ１μｍは例示に過ぎず、目的とする半導体装置の性能に応じて適宜変更してよい。本例では、トレンチ４８の側壁４９とドリフト層１４のおもて面１５とが角度αを成すように形成される。図４Ａ〜図４Ｄの気相レーザードーピングおよび図５Ａ〜図５Ｄの固相レーザードーピングにおいては、ｐ型不純物であるＡｌがドリフト層１４のおもて面側から裏面側へ拡散する。それゆえ、角度αが小さい方が、側壁４９に高濃度のｐ型不純物領域を形成しやすい。角度αは、３０度以上８０度以下であってよく、より好ましくは５５度以上７５度以下としてよい。
【0055】
図７Ｂは、トレンチ４８にフィールドリミッティングリング３６を形成する段階を示す図である。当該段階は、電界制御領域３０を形成する段階（図３の工程Ｓ２）に対応する。本例のフィールドリミッティングリング３６の底部は、第１および第２実施例よりも深い（つまり、より裏面側に位置する）ので、より深い位置に空乏層を形成することができる。また、側壁４９から内周側および外周側へ空乏層が広がりやすくなる。したがって、第１および第２実施例と比較して、より高い電界遮蔽効果および電界緩和効果を得ることができる。
【0056】
図７Ｃは、耐圧構造部６２に絶縁膜４４を形成する段階を示す図である。当該段階は、絶縁膜４４を形成する段階（図３の工程Ｓ３）に対応する。絶縁膜４４の被覆性は下地のラフネスの影響を受けるので、絶縁膜４４はトレンチ４８の直上の部分に凹部を有してもよい。なお、本例は、フィールドリミッティングリング３６をトレンチ４８に形成する例を示したが、ジャンクションバリア領域３２、電界緩和領域３４およびフィールドリミッティングリング３６の１以上をトレンチ４８に形成してもよい。
【0057】
図８は、トレンチ４８の他の例を示す図である。本例のトレンチ４８は、トレンチ４８の側壁４９とドリフト層１４のおもて面１５とが９０度を成すように形成されている。本例のトレンチ４８も、ドリフト層１４のおもて面１５からトレンチ４８の底部まで１μｍの深さを有する。レーザー照射方向をドリフト層１４に対して傾けて、かつ、複数回レーザーを照射することで、本例のフィールドリミッティングリング３６を形成してよい。本例においても、第１および第２実施例と比較してより深い位置に空乏層を形成することができる。それゆえ、第１および第２実施例と比較して、より高い電界遮蔽効果および電界緩和効果を得ることができる。
【0058】
なお、本明細書の実施例では、第１導電型がｎ型であり、第２導電型がｐ型である。ただし、他の例では、第１導電型がｐ型であり、第２導電型がｎ型であってもよい。
【0059】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【0060】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順序で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【0061】
１０・・中央部、１１・・端部、１２・・ＳｉＣ基板、１４・・ドリフト層、１５・・おもて面、１６・・接触領域、１８・・外周部、２０・・マスク層、２１・・開口、２２・・レーザー、２４・・Ａｌ層、３０・・電界制御領域、３２・・ジャンクションバリア領域、３４・・電界緩和領域、３６・・フィールドリミッティングリング、３８・・チャネルストッパ領域、４２・・ショットキー電極、４３・・オーミック電極、４４・・絶縁膜、４６・・チャネルストッパ電極、４７・・フィールドプレート電極、４８・・トレンチ、４９・・側壁、５２・・アノード電極、５４・・カソード電極、５６・・重なり領域、６０・・活性部、６２・・耐圧構造部、１００・・ＳｉＣ‐ＳＢＤ、１１０・・ＳｉＣ‐ＳＢＤ、２００・・製造フロー