特開 2022-129918 ショットキーバリアダイオード

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022129918

(43)【公開日】2022-09-06

(54)【発明の名称】ショットキーバリアダイオード

(51)【国際特許分類】

   H01L 29/872 20060101AFI20220830BHJP

   H01L 29/24 20060101ALI20220830BHJP

   H01L 29/06 20060101ALI20220830BHJP

   H01L 29/47 20060101ALI20220830BHJP

【ＦＩ】

H01L29/86 301F

H01L29/86 301M

H01L29/86 301D

H01L29/24

H01L29/06 301M

H01L29/06 301R

H01L29/06 301V

H01L29/48 F

H01L29/48 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021028799

(22)【出願日】2021-02-25

(71)【出願人】

【識別番号】000003067

【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100115738

【弁理士】

【氏名又は名称】鷲頭 光宏

(74)【代理人】

【識別番号】100121681

【弁理士】

【氏名又は名称】緒方 和文

(72)【発明者】

【氏名】有馬 潤

(72)【発明者】

【氏名】藤田 実

(72)【発明者】

【氏名】川崎 克己

(72)【発明者】

【氏名】平林 潤

【テーマコード（参考）】

4M104

【Ｆターム（参考）】

4M104AA03

4M104BB04

4M104BB05

4M104BB06

4M104BB07

4M104BB09

4M104BB16

4M104CC03

4M104EE03

4M104FF06

4M104FF07

4M104FF11

4M104FF26

4M104GG03

4M104GG18

4M104HH20

(57)【要約】

【課題】酸化ガリウムを用いたショットキーバリアダイオードの絶縁破壊を防止する。
【解決手段】ショットキーバリアダイオード１１は、半導体基板２０上に設けられたドリフト層３０と、アノード電極４０及びカソード電極５０とを備える。アノード電極４０の一部は、絶縁膜６３を介して外周トレンチ６１及び中心トレンチ６２内に埋め込まれる。絶縁膜６３は、外側に向かうにつれて外周トレンチ６１の深さ方向における厚みが厚くなり、これにより外周トレンチ６１に埋め込まれたアノード電極４０の外周壁Ｓ１は、外側に向かうにつれて垂直に近くなる湾曲形状を有している。その結果、逆方向電圧が印加された場合に外周トレンチ６１の外周底部に生じる電界が緩和される。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

酸化ガリウムからなる半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられた酸化ガリウムからなるドリフト層と、
前記ドリフト層とショットキー接触するアノード電極と、
前記半導体基板とオーミック接触するカソード電極と、
前記ドリフト層に設けられたトレンチの内壁を覆う絶縁膜と、を備え、
前記トレンチは、リング状に形成された外周トレンチと、前記外周トレンチに囲まれた領域に形成された中心トレンチとを含み、
前記アノード電極の一部は、前記絶縁膜を介して前記外周トレンチ及び前記中心トレンチ内に埋め込まれ、
前記絶縁膜は、外側に向かうにつれて前記外周トレンチの深さ方向における厚みが厚くなり、これにより前記外周トレンチに埋め込まれた前記アノード電極の外周壁は、外側に向かうにつれて垂直に近くなる湾曲形状を有していることを特徴とするショットキーバリアダイオード。

【請求項2】

前記外周トレンチに埋め込まれた前記アノード電極の内周壁は、前記外周壁よりも垂直に近いことを特徴とする請求項１に記載のショットキーバリアダイオード。

【請求項3】

前記外周トレンチの幅は、前記中心トレンチの幅よりも広いことを特徴とする請求項１又は２に記載のショットキーバリアダイオード。

【請求項4】

前記外周トレンチは、前記中心トレンチよりも深いことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のショットキーバリアダイオード。

【請求項5】

前記外周トレンチの外側に位置する前記ドリフト層の上面が前記絶縁膜で覆われていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のショットキーバリアダイオード。

【請求項6】

前記絶縁膜のうち少なくとも前記外周トレンチの内壁を覆う部分が多層構造を有していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のショットキーバリアダイオード。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はショットキーバリアダイオードに関し、特に、酸化ガリウムを用いたショットキーバリアダイオードに関する。

【背景技術】

【0002】

ショットキーバリアダイオードは、金属と半導体の接合によって生じるショットキー障壁を利用した整流素子であり、ＰＮ接合を有する通常のダイオードに比べて順方向電圧が低く、且つ、スイッチング速度が速いという特徴を有している。このため、ショットキーバリアダイオードはパワーデバイス用のスイッチング素子として利用されることがある。

【0003】

ショットキーバリアダイオードをパワーデバイス用のスイッチング素子として用いる場合、十分な逆方向耐圧を確保する必要があることから、シリコン（Ｓｉ）の代わりに、よりバンドギャップの大きい炭化シリコン（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、酸化ガリウム（Ｇａ_２Ｏ_３）などが用いられることがある。中でも、酸化ガリウムは、バンドギャップが４．８～４．９ｅＶと非常に大きく、絶縁破壊電界も約８ＭＶ／ｃｍと大きいことから、酸化ガリウムを用いたショットキーバリアダイオードは、パワーデバイス用のスイッチング素子として非常に有望である。酸化ガリウムを用いたショットキーバリアダイオードの例は、特許文献１に記載されている。

【0004】

特許文献１に記載されたショットキーバリアダイオードは、酸化ガリウム層に複数のトレンチを設け、絶縁膜を介してアノード電極の一部をトレンチ内に埋め込んだ構造を有している。このように、酸化ガリウム層に複数のトレンチを設ければ、逆方向電圧が印加されるとトレンチ間に位置するメサ領域が空乏層となるため、ドリフト層のチャネル領域がピンチオフされる。これにより、逆方向電圧が印加された場合のリーク電流を大幅に抑制することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１７－１９９８６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、トレンチを有する従来のショットキーバリアダイオードは、逆方向電圧が印加されると最外周に位置するトレンチの外周底部に電界が集中し、この部分において絶縁破壊が生じやすいという問題があった。

【0007】

したがって、本発明は、酸化ガリウムを用いたショットキーバリアダイオードにおいて、逆方向電圧が印加された場合に生じる電界を緩和することにより、絶縁破壊を防止することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明によるショットキーバリアダイオードは、酸化ガリウムからなる半導体基板と、半導体基板上に設けられた酸化ガリウムからなるドリフト層と、ドリフト層とショットキー接触するアノード電極と、半導体基板とオーミック接触するカソード電極と、ドリフト層に設けられたトレンチの内壁を覆う絶縁膜とを備え、トレンチは、リング状に形成された外周トレンチと外周トレンチに囲まれた領域に形成された中心トレンチとを含み、アノード電極の一部は、絶縁膜を介して外周トレンチ及び中心トレンチ内に埋め込まれ、絶縁膜は、外側に向かうにつれて外周トレンチの深さ方向における厚みが厚くなり、これにより外周トレンチに埋め込まれたアノード電極の外周壁は、外側に向かうにつれて垂直に近くなる湾曲形状を有していることを特徴とする。

【0009】

本発明によれば、外周トレンチに埋め込まれたアノード電極の外周壁が外側に向かうにつれて垂直に近くなる湾曲形状を有していることから、逆方向電圧が印加された場合に外周トレンチの外周底部に生じる電界が緩和される。

【0010】

本発明において、外周トレンチに埋め込まれたアノード電極の内周壁は、外周壁よりも垂直に近くても構わない。これによれば、中心トレンチと外周トレンチの間のメサ領域を確実にピンチオフすることが可能となる。

【0011】

本発明において、外周トレンチの幅は中心トレンチの幅よりも広くても構わない。これによれば、外周トレンチの外周底部に生じる電界をより緩和することができる。

【0012】

本発明において、外周トレンチは中心トレンチよりも深くても構わない。これによれば、外周トレンチの外周底部に生じる電界をより緩和することができる。

【0013】

本発明において、外周トレンチの外側に位置するドリフト層の上面が絶縁膜で覆われていても構わない。これによれば、ドリフト層の上面が絶縁膜によって保護される。

【0014】

本発明において、絶縁膜のうち少なくとも外周トレンチの内壁を覆う部分が多層構造を有していても構わない。これによれば、絶縁膜の膜厚や特性の調整が容易となる。

【発明の効果】

【0015】

このように、本発明によれば、逆方向電圧が印加された場合に生じる電界が緩和されることから、酸化ガリウムを用いたショットキーバリアダイオードの絶縁破壊を防止することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】図１は、本発明の第１の実施形態によるショットキーバリアダイオード１１の構成を示す模式的な平面図である。

【図2】図２は、図１に示すＡ－Ａ線に沿った略断面図である。

【図3】図３は、比較例によるショットキーバリアダイオード１０の構成を示す略断面図である。

【図4】図４は、本発明の第２の実施形態によるショットキーバリアダイオード１２の構成を示す略断面図である。

【図5】図５は、本発明の第３の実施形態によるショットキーバリアダイオード１３の構成を示す略断面図である。

【図6】図６は、本発明の第４の実施形態によるショットキーバリアダイオード１４の構成を示す略断面図である。

【図7】図７は、第４の実施形態の変形例によるショットキーバリアダイオード１４ａの構成を示す略断面図である。

【図8】図８は、本発明の第５の実施形態によるショットキーバリアダイオード１５の構成を示す略断面図である。

【図9】図９は、本発明の第６の実施形態によるショットキーバリアダイオード１６の構成を示す略断面図である。

【図10】図１０は、本発明の第７の実施形態によるショットキーバリアダイオード１７の構成を示す略断面図である。

【図11】図１１は、本発明の第８の実施形態によるショットキーバリアダイオード１８の構成を示す略断面図である。

【図12】図１２は、第８の実施形態の変形例によるショットキーバリアダイオード１８ａの構成を示す略断面図である。

【図13】図１３は、本発明の第９の実施形態によるショットキーバリアダイオード１９の構成を示す略断面図である。

【図14】図１４は、実施例１のパラメータを説明するための模式図である。

【図15】図１５は、実施例１のシミュレーション結果を示すグラフである。

【図16】図１６は、実施例２のシミュレーション結果を示すグラフである。

【図17】図１７は、実施例３のシミュレーション結果を示す表である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。

【0018】

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態によるショットキーバリアダイオード１１の構成を示す模式的な平面図である。また、図２は、図１に示すＡ－Ａ線に沿った略断面図である。

【0019】

図１及び図２に示すように、本実施形態によるショットキーバリアダイオード１１は、いずれも酸化ガリウム（β－Ｇａ_２Ｏ_３）からなる半導体基板２０及びドリフト層３０を備える。半導体基板２０及びドリフト層３０には、ｎ型ドーパントとしてシリコン（Ｓｉ）又はスズ（Ｓｎ）が導入されている。ドーパントの濃度は、ドリフト層３０よりも半導体基板２０の方が高く、これにより半導体基板２０はｎ^＋層、ドリフト層３０はｎ^－層として機能する。

【0020】

半導体基板２０は、融液成長法などを用いて形成されたバルク結晶を切断加工したものであり、その厚みは２５０μｍ程度である。半導体基板２０の平面サイズについては特に限定されないが、一般的に素子に流す電流量に応じて選択することになり、順方向の最大電流量が２０Ａ程度であれば、平面視で２．４ｍｍ×２．４ｍｍ程度とすればよい。

【0021】

半導体基板２０は、実装時において上面側に位置する上面２１と、上面２１の反対側であって、実装時において下面側に位置する裏面２２を有する。上面２１の全面にはドリフト層３０が形成されている。ドリフト層３０は、半導体基板２０の上面２１に反応性スパッタリング、ＰＬＤ法、ＭＢＥ法、ＭＯＣＶＤ法、ＨＶＰＥ法などを用いて酸化ガリウムをエピタキシャル成長させた薄膜である。ドリフト層３０の膜厚については特に限定されないが、一般的に素子の逆方向耐電圧に応じて選択することになり、６００Ｖ程度の耐圧を確保するためには、例えば７μｍ程度とすればよい。

【0022】

ドリフト層３０の上面３１には、ドリフト層３０とショットキー接触するアノード電極４０が形成されている。アノード電極４０は、例えば白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、銅（Ｃｕ）等の金属からなる。アノード電極４０は、異なる金属膜を積層した多層構造、例えば、Ｐｔ／Ａｕ、Ｐｔ／Ａｌ、Ｐｄ／Ａｕ、Ｐｄ／Ａｌ、Ｐｔ／Ｔｉ／ＡｕまたはＰｄ／Ｔｉ／Ａｕであっても構わない。一方、半導体基板２０の裏面２２には、半導体基板２０とオーミック接触するカソード電極５０が設けられる。カソード電極５０は、例えばチタン（Ｔｉ）等の金属からなる。カソード電極５０は、異なる金属膜を積層した多層構造、例えば、Ｔｉ／ＡｕまたはＴｉ／Ａｌであっても構わない。

【0023】

本実施形態においては、ドリフト層３０にトレンチ６１，６２が設けられている。トレンチ６１，６２は、いずれも平面視でアノード電極４０と重なる位置に設けられている。このうち、トレンチ６１はリング状に形成された外周トレンチであり、トレンチ６２は外周トレンチに囲まれた領域に形成された中心トレンチである。外周トレンチ６１と中心トレンチ６２が完全に分離されている必要はなく、図１に示すように、外周トレンチ６１と中心トレンチ６２がつながっていても構わない。本実施形態においては、外周トレンチ６１と中心トレンチ６２の深さは同じである。

【0024】

トレンチ６１，６２の内壁はＨｆＯ_２などからなる絶縁膜６３で覆われ、トレンチ６１，６２の内部は絶縁膜６３を介してアノード電極４０と同じ材料で埋め込まれている。本実施形態においては、ドリフト層３０に複数のトレンチ６１，６２が設けられているため、アノード電極４０の材料としては、モリブデン（Ｍｏ）や銅（Ｃｕ）などの仕事関数が低い材料であっても構わない。また、ドリフト層３０に複数のトレンチ６１，６２が設けられていることから、ドリフト層３０のドーパント濃度を４×１０^１６ｃｍ^－３程度に高めることができる。

【0025】

ドリフト層３０のうちトレンチ６１，６２によって区画される部分はメサ領域Ｍを構成する。メサ領域Ｍは、アノード電極４０とカソード電極５０との間に逆方向電圧が印加されると空乏層となるため、ドリフト層３０のチャネル領域がピンチオフされる。これにより、逆方向電圧が印加された場合のリーク電流が大幅に抑制される。

【0026】

本実施形態においては、Ａ－Ａ線に沿った外周トレンチ６１の幅をＷ１とし、中心トレンチ６２の幅をＷ２とした場合、
Ｗ１＞Ｗ２
に設定されている。ここで、外周トレンチ６１の幅Ｗ１とは径方向における幅を指し、中心トレンチ６２の幅Ｗ２とはメサ幅方向における幅を指す。

【0027】

さらに、外周トレンチ６１の内壁を覆う絶縁膜６３は、径方向における外側に向かうにつれて深さ方向（つまり垂直方向）における厚みが厚くなっている。言い換えれば、外周トレンチ６１の外周壁に対して垂直な方向（つまり水平方向）における絶縁膜６３の厚みは、深さ位置が深くなるほど厚くなる。厚みの増大は２次関数的であり、これにより外周トレンチ６１に埋め込まれたアノード電極４０の外周壁Ｓ１は、外側に向かうにつれて垂直に近くなる緩やかな湾曲形状となる。これに対し、外周トレンチ６１の内周壁に形成された絶縁膜６３の水平方向における厚みはほぼ一定であり、これにより、アノード電極４０の内周壁Ｓ２は、アノード電極４０の外周壁Ｓ１よりも垂直に近い。つまり、アノード電極４０の外周壁Ｓ１は、内周壁Ｓ２との境界近傍においては、ドリフト層３０の上面３１に対する角度が小さいものの、外側に向かうにつれてドリフト層３０の上面３１に対する角度が徐々に増大し、ドリフト層３０の上面３１近傍においてはほぼ垂直となる。これに対し、アノード電極４０の内周壁Ｓ２は、外周壁Ｓ１との境界近傍においてはやや湾曲しているものの、ほぼ垂直である。

【0028】

このように、本実施形態においては、外周トレンチ６１に埋め込まれたアノード電極４０の径方向における断面が非対称である。ここで、外周トレンチ６１の幅Ｗ１を中心トレンチ６２の幅Ｗ２よりも大きく設定している理由の一つは、アノード電極４０の外周壁Ｓ１を緩やかに湾曲させるのに十分な径方向のスペースを確保するためである。このような形状を有する絶縁膜６３は、例えば、複数のマスクを用いて多段階に成膜又はエッチングすることによって形成することができる。

【0029】

図３は、比較例によるショットキーバリアダイオード１０の構成を示す略断面図である。

【0030】

図３に示すショットキーバリアダイオード１０においては、外周トレンチ６１の壁面に対して垂直な方向における絶縁膜６３の厚みが一定である。これにより、外周トレンチ６１に埋め込まれたアノード電極４０の径方向における断面が対称形であり、外周壁Ｓ１及び内周壁Ｓ２がいずれもほぼ垂直である。このような構造の場合、アノード電極４０の外周壁Ｓ１と底面部Ｓ３の間に位置する外周底部Ａの曲率半径が小さくなるため、この部分に電界が集中し、場合によっては絶縁破壊が生じる。

【0031】

これに対し、本実施形態によるショットキーバリアダイオード１１は、外周トレンチ６１に埋め込まれたアノード電極４０の径方向における断面が非対称であり、アノード電極４０の外周壁Ｓ１自体が大きな曲率半径を有する緩やかな湾曲面を構成していることから、電界が広く分散される。本実施形態においては、外周壁Ｓ１と内周壁Ｓ２の境界部分に位置する内周底部Ｂの曲率半径については比較的小さいものの、曲率半径の大きい外周壁Ｓ１自体が電界を分散させるため、内周底部Ｂにおける電界の集中はほとんど生じない。しかも、内周壁Ｓ２については、ドリフト層３０の上面３１に対してほぼ垂直であることから、外周トレンチ６１に埋め込まれたアノード電極４０と中心トレンチ６２に埋め込まれたアノード電極４０の距離が広がりすぎることがない。このため、逆方向電圧が印加された場合に、ドリフト層３０のチャネル領域を確実にピンチオフすることができる。

【0032】

以上説明したように、本実施形態によるショットキーバリアダイオード１１は、絶縁膜６３の膜厚制御により、アノード電極４０の外周壁Ｓ１自体が大きな曲率半径を有する湾曲面を構成していることから、逆方向電圧が印加された場合であっても局所的な電界の集中が生じにくい。これにより、逆方向電圧が印加された場合に生じやすい、外周トレンチ６１の外周底部における絶縁破壊を防止することが可能となる。しかも、外周トレンチ６１と中心トレンチ６２は、幅が異なる他は互いに同じ形状を有していることから、両者を同時に形成することが可能である。

【0033】

＜第２の実施形態＞
図４は、本発明の第２の実施形態によるショットキーバリアダイオード１２の構成を示す略断面図である。

【0034】

図４に示すように、第２の実施形態によるショットキーバリアダイオード１２は、アノード電極４０がほぼ平坦な底面部Ｓ３を有している点において、第１の実施形態によるショットキーバリアダイオード１１と相違している。その他の基本的な構成は第１の実施形態によるショットキーバリアダイオード１１と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

【0035】

本実施形態が例示するように、本発明において、アノード電極４０の外周壁Ｓ１と内周壁Ｓ２の間にほぼ平坦な底面部Ｓ３が存在していても構わない。

【0036】

＜第３の実施形態＞
図５は、本発明の第３の実施形態によるショットキーバリアダイオード１３の構成を示す略断面図である。

【0037】

図５に示すように、第３の実施形態によるショットキーバリアダイオード１３は、外周トレンチ６１の深さＤ１が中心トレンチ６２の深さＤ２よりも深い点において、第１の実施形態によるショットキーバリアダイオード１１と相違している。その他の基本的な構成は第１の実施形態によるショットキーバリアダイオード１１と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

【0038】

本実施形態のように、外周トレンチ６１の深さＤ１を中心トレンチ６２の深さＤ２よりも深くすれば、アノード電極４０の外周壁Ｓ１の曲率半径がより大きくなることから、電界の集中がより緩和される。但し、外周トレンチ６１の深さＤ１が深すぎると、外周トレンチ６１の底部に位置するドリフト層３０の残膜が薄くなりすぎ、かえって電界が強くなる。このため、外周トレンチ６１の深さＤ１は、外周トレンチ６１の底部に位置するドリフト層３０の厚みが１μｍ以上となる範囲に設定することが好ましい。

【0039】

＜第４の実施形態＞
図６は、本発明の第４の実施形態によるショットキーバリアダイオード１４の構成を示す略断面図である。

【0040】

図６に示すように、第４の実施形態によるショットキーバリアダイオード１４は、外周トレンチ６１の外側に位置するドリフト層３０の上面３１が絶縁膜６３で覆われている点において、第１の実施形態によるショットキーバリアダイオード１１と相違している。その他の基本的な構成は第１の実施形態によるショットキーバリアダイオード１１と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

【0041】

本実施形態のように、絶縁膜６３をトレンチ６１，６２の内壁だけでなく、外周トレンチ６１の外側に位置するドリフト層３０の上面３１にも形成すれば、ドリフト層３０の上面３１を保護することが可能となる。

【0042】

図７は、第４の実施形態の変形例によるショットキーバリアダイオード１４ａの構成を示す略断面図である。

【0043】

図７に示すショットキーバリアダイオード１４ａにおいては、外周トレンチ６１の上部に位置するアノード電極４０の一部が除去されており、アノード電極４０が除去された部分に絶縁膜６３が設けられている。このように、本発明において、アノード電極４０の上面が平坦である必要はなく、一部が除去されていても構わない。

【0044】

＜第５の実施形態＞
図８は、本発明の第５の実施形態によるショットキーバリアダイオード１５の構成を示す略断面図である。

【0045】

図８に示すように、第５の実施形態によるショットキーバリアダイオード１５は、アノード電極４０の一部が外周トレンチ６１を超えて絶縁膜６３上に形成されている点において、第１の実施形態によるショットキーバリアダイオード１１と相違している。その他の基本的な構成は第１の実施形態によるショットキーバリアダイオード１１と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

【0046】

本実施形態が例示するように、本発明において、アノード電極４０の一部が外周トレンチ６１を超えて絶縁膜６３上に形成されていても構わない。

【0047】

＜第５の実施形態＞
図９は、本発明の第６の実施形態によるショットキーバリアダイオード１６の構成を示す略断面図である。

【0048】

図９に示すように、第６の実施形態によるショットキーバリアダイオード１６は、外周トレンチ６１内に位置するアノード電極４０の一部が除去されている点において、第１の実施形態によるショットキーバリアダイオード１１と相違している。その他の基本的な構成は第１の実施形態によるショットキーバリアダイオード１１と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

【0049】

本実施形態が例示するように、本発明において、外周トレンチ６１の内部がアノード電極４０で満たされている必要はなく、部分的に空洞が存在していても構わない。

【0050】

＜第７の実施形態＞
図１０は、本発明の第７の実施形態によるショットキーバリアダイオード１７の構成を示す略断面図である。

【0051】

図１０に示すように、第７の実施形態によるショットキーバリアダイオード１７は、外周トレンチの外周壁を覆う絶縁膜６３の一部が露出している点において、第６の実施形態によるショットキーバリアダイオード１６と相違している。その他の基本的な構成は第６の実施形態によるショットキーバリアダイオード１６と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

【0052】

本実施形態が例示するように、本発明において、外周トレンチ６１の外周壁を覆う絶縁膜６３の全てがアノード電極４０で覆われている必要はなく、一部が露出していても構わない。

【0053】

＜第８の実施形態＞
図１１は、本発明の第８の実施形態によるショットキーバリアダイオード１８の構成を示す略断面図である。

【0054】

図１１に示すように、第８の実施形態によるショットキーバリアダイオード１８は、外周トレンチ６１の外周壁の上部が絶縁膜６３で覆われることなく露出している点において、第７の実施形態によるショットキーバリアダイオード１７と相違している。その他の基本的な構成は第７の実施形態によるショットキーバリアダイオード１７と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

【0055】

本実施形態が例示するように、本発明において、外周トレンチ６１の外周壁の全てが絶縁膜６３で覆われている必要はなく、上部が部分的に露出していても構わない。

【0056】

図１２は、第８の実施形態の変形例によるショットキーバリアダイオード１８ａの構成を示す略断面図である。

【0057】

図１２に示すショットキーバリアダイオード１８ａにおいては、外周トレンチ６１の内部に位置する絶縁膜６３の上面にアノード電極４０が形成されている。このように、外周トレンチ６１内においてアノード電極４０とドリフト層３０が接しない限り、両者間に絶縁膜６３の存在しない部分があっても構わない。

【0058】

＜第９の実施形態＞
図１３は、本発明の第９の実施形態によるショットキーバリアダイオード１９の構成を示す略断面図である。

【0059】

図１３に示すように、第９の実施形態によるショットキーバリアダイオード１９は、外周トレンチ６１の内部に絶縁膜６３とは別の絶縁膜６４が設けられている点において、第１の実施形態によるショットキーバリアダイオード１１と相違している。その他の基本的な構成は第１の実施形態によるショットキーバリアダイオード１１と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

【0060】

絶縁膜６４は、ＳｉＯ_２など絶縁膜６３とは異なる絶縁材料からなり、径方向における外側に向かうにつれて深さ方向（つまり垂直方向）における厚みが厚くなっている。これに対し、絶縁膜６３の厚みは、外周トレンチ６１の内壁に対して垂直な方向においてほぼ一定である。

【0061】

このように、多層構造を有する絶縁膜によって外周トレンチ６１の内壁を覆えば、絶縁膜の膜厚や特性の調整が容易となる。

【0062】

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

【実施例0063】

＜実施例１＞
図１３に示したショットキーバリアダイオード１９と同じ構造を有する実施例１のシミュレーションモデルを想定し、アノード電極４０とカソード電極５０の間に６００Ｖの逆方向電圧を印加した場合の電界強度をシミュレーションした。半導体基板２０のドーパント濃度については１×１０^１８ｃｍ^－３とし、ドリフト層３０のドーパント濃度としては４×１０^１６ｃｍ^－３とした。ドリフト層３０の厚みは７μｍとした。また、外周トレンチ６１及び中心トレンチ６２の深さはいずれも３μｍとした。外周トレンチ６１の幅Ｗ１については１０μｍとし、中心トレンチ６２の幅Ｗ２、並びに、アノード電極４０と接する部分におけるドリフト層３０の幅、つまりメサ領域Ｍの幅については、いずれも１．５μｍとした。絶縁膜６３は厚さ５０ｎｍのＨｆＯ_２膜とした。アノード電極４０の材料はＣｕとし、カソード電極５０の材料はＴｉとＡｕの積層膜とした。そして、外周トレンチ６１の底面部及び外周壁を覆う絶縁膜６４をＳｉＯ_２膜とし、その形状を変数としてシミュレーションを行った。

【0064】

図１４は、実施例１のパラメータを説明するための模式図である。図１４に示すように、外周トレンチ６１に埋め込まれたアノード電極４０の径方向における最大幅をａ、最大深さをｂと定義した。また、外周トレンチ６１の内周壁を覆う絶縁膜６３の膜厚をｔ１、外周トレンチ６１の底面部を覆う絶縁膜６３，６４の最小膜厚をｔ２、外周トレンチ６１の外周壁を覆う絶縁膜６３，６４の最小膜厚をｔ３と定義した。

【0065】

実施例１では幅ａ及び膜厚ｔ３を変数とし、深さｂについては２．４μｍ、膜厚ｔ１については０．０５μｍ、膜厚ｔ２については０．６μｍに固定した。

【0066】

結果を図１５に示す。図１５に示すように、アノード電極４０の幅ａが中心トレンチ６２の幅Ｗ２及びメサ幅である１．５μｍ未満である場合、絶縁膜６４に加わる最大電界強度（Ｅｍａｘ）は、酸化シリコンの絶縁破壊電界強度である１０ＭＶ／ｃｍを超えた。逆に、アノード電極４０の幅ａが９．３μｍを超えると、絶縁膜６４に加わる最大電界強度は、酸化シリコンの絶縁破壊電界強度である１０ＭＶ／ｃｍを超えた。これに対し、ドリフト層３０に加わる最大電界強度は、アノード電極４０の幅ａに関わらず、酸化ガリウムの絶縁破壊電界強度である８ＭＶ／ｃｍ以下であった。

【0067】

＜比較例＞
図３に示したショットキーバリアダイオード１０と同じ構造を有する比較例１のシミュレーションモデルを想定し、実施例１と同じ条件でシミュレーションを行った。外周トレンチ６１に埋め込まれたアノード電極４０の形状は対称形であり、幅ａは９．９μｍ、深さｂは２．９５μｍ、膜厚ｔ１～ｔ３はいずれも０．０５μｍである。その結果、図３に示す外周底部Ａにおける最大電界強度は８．６ＭＶ／ｃｍであった。

【0068】

＜実施例２＞
幅ｂ及び膜厚ｔ２を変数とし、幅ａについては４．９５μｍ、膜厚ｔ１については０．０５μｍ、膜厚ｔ３については５μｍに固定した他は、実施例１と同じ条件でシミュレーションを行った。

【0069】

結果を図１６に示す。図１６に示すように、膜厚ｔ２が外周トレンチ６１の深さＤ１の１／１０未満（０．３μｍ未満）である場合、絶縁膜６４に加わる最大電界強度は、酸化シリコンの絶縁破壊電界強度である１０ＭＶ／ｃｍを超えた。逆に、アノード電極４０の深さｂが１．５μｍ未満である場合、ドリフト層３０に加わる最大電界強度は、酸化ガリウムの絶縁破壊電界強度である８ＭＶ／ｃｍを超えた。

【0070】

＜実施例３＞
外周トレンチ６１の深さＤ１を４μｍ、５μｍ又は６μｍとした他は、実施例２と同じ条件でシミュレーションを行った。

【0071】

結果を図１７に示す。図１７に示すように、膜厚ｔ２が外周トレンチ６１の深さＤ１の１／１０未満である場合、絶縁膜６４に加わる最大電界強度は、酸化シリコンの絶縁破壊電界強度である１０ＭＶ／ｃｍを超えた。また、ドリフト層３０に加わる電界強度は、外周トレンチ６１の深さＤ１が深くなるほど緩和された。

【符号の説明】

【0072】

１０～１９，１４ａ，１８ａ ショットキーバリアダイオード
２０ 半導体基板
２１ 半導体基板の上面
２２ 半導体基板の裏面
３０ ドリフト層
３１ ドリフト層の上面
４０ アノード電極
５０ カソード電極
６１ 外周トレンチ
６２ 中心トレンチ
６３，６４ 絶縁膜
Ａ 外周底部
Ｂ 内周底部
Ｍ メサ領域
Ｓ１ 外周壁
Ｓ２ 内周壁
Ｓ３ 底面部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】