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(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】P2024047430
(43)【公開日】2024-04-05
(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 20060101AFI20240329BHJP
H01L 29/06 20060101ALI20240329BHJP
H01L 21/329 20060101ALI20240329BHJP
H01L 29/24 20060101ALI20240329BHJP
【ＦＩ】
H01L29/86 301E
H01L29/86 301F
H01L29/86 301M
H01L29/86 301D
H01L29/06 301V
H01L29/06 301G
H01L29/06 301M
H01L29/86 301P
H01L29/24
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022153043
(22)【出願日】2022-09-26
(71)【出願人】
【識別番号】390005223
【氏名又は名称】株式会社タムラ製作所
(71)【出願人】
【識別番号】515277942
【氏名又は名称】株式会社ノベルクリスタルテクノロジー
(74)【代理人】
【識別番号】110002583
【氏名又は名称】弁理士法人平田国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】大塚 文雄
(57)【要約】
【課題】トレンチ構造を有するショットキーバリアダイオードであって、従来よりもさらに高い耐圧を有するショットキーバリアダイオードを提供する。
【解決手段】一実施の形態として、メサ部１１２を形成するトレンチ１１１を第１の面に有する、ワイドバンドギャップ半導体からなる第１導電型の半導体層１１と、半導体層１１のトレンチ１１１の底部に設けられた、第２導電型の不純物を含む高抵抗領域１４と、トレンチ１１１の内面のうちの少なくとも底面を覆うように設けられた、絶縁膜１５と、絶縁膜１５を介して半導体層１１上に設けられ、メサ部１１２に接続されたアノード電極１６と、半導体層１１の第１の面の反対側の第２の面上に直接又は他の層を介して設けられたカソード電極１７と、を備えた、ショットキーバリアダイオード１を提供する。
【選択図】図１
【解決手段】一実施の形態として、メサ部１１２を形成するトレンチ１１１を第１の面に有する、ワイドバンドギャップ半導体からなる第１導電型の半導体層１１と、半導体層１１のトレンチ１１１の底部に設けられた、第２導電型の不純物を含む高抵抗領域１４と、トレンチ１１１の内面のうちの少なくとも底面を覆うように設けられた、絶縁膜１５と、絶縁膜１５を介して半導体層１１上に設けられ、メサ部１１２に接続されたアノード電極１６と、半導体層１１の第１の面の反対側の第２の面上に直接又は他の層を介して設けられたカソード電極１７と、を備えた、ショットキーバリアダイオード１を提供する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
メサ部を形成するトレンチを第１の面に有する、ワイドバンドギャップ半導体からなる第１導電型の半導体層と、
前記半導体層のトレンチの底部に設けられた、前記第１導電型と異なる第２導電型の不純物を含む高抵抗領域と、
前記トレンチの内面のうちの少なくとも底面を覆うように設けられた、絶縁膜又は前記第２導電型の半導体膜と、
前記絶縁膜又は前記半導体膜を介して前記半導体層上に設けられ、前記メサ部に接続されたアノード電極と、
前記半導体層の前記第１の面の反対側の第２の面上に直接又は他の層を介して設けられたカソード電極と、
を備えた、
ショットキーバリアダイオード。
前記半導体層のトレンチの底部に設けられた、前記第１導電型と異なる第２導電型の不純物を含む高抵抗領域と、
前記トレンチの内面のうちの少なくとも底面を覆うように設けられた、絶縁膜又は前記第２導電型の半導体膜と、
前記絶縁膜又は前記半導体膜を介して前記半導体層上に設けられ、前記メサ部に接続されたアノード電極と、
前記半導体層の前記第１の面の反対側の第２の面上に直接又は他の層を介して設けられたカソード電極と、
を備えた、
ショットキーバリアダイオード。
【請求項2】
逆方向電圧を印加したときに前記半導体層内の前記トレンチの底面から深さ方向に形成される空乏層の幅をＷ、前記高抵抗領域のドナー濃度をＮｄ、前記トレンチの底面からの前記高抵抗領域の深さをＤ、前記高抵抗領域のアクセプター濃度をＮａとしたとき、Ｗ×Ｎｄ＜Ｄ×Ｎａの関係を満たす、
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】
前記ワイドバンドギャップ半導体が酸化ガリウム系半導体であり、
前記第１導電型と前記第２導電型がそれぞれｎ型とｐ型である、
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。
前記第１導電型と前記第２導電型がそれぞれｎ型とｐ型である、
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】
前記第２導電型の不純物が窒素である、
請求項３に記載のショットキーバリアダイオード。
請求項３に記載のショットキーバリアダイオード。
【請求項5】
前記トレンチが、前記メサ部と前記メサ部の周囲を囲む環状の突起を形成し、
前記突起上に、前記第２導電型の環状のガードリングが設けられた、
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。
前記突起上に、前記第２導電型の環状のガードリングが設けられた、
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6】
前記半導体層の主面の面方位が（００１）であり、
前記メサ部が、長さ方向が［０１０］のライン状の平面パターンを有し、
前記メサ部の側部の表面に前記第２導電型の不純物が含まれる、
請求項４に記載のショットキーバリアダイオード。
前記メサ部が、長さ方向が［０１０］のライン状の平面パターンを有し、
前記メサ部の側部の表面に前記第２導電型の不純物が含まれる、
請求項４に記載のショットキーバリアダイオード。
【請求項7】
前記メサ部が、意図的に添加された前記第１導電型の不純物を含まない、
請求項６に記載のショットキーバリアダイオード。
請求項６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する。
【背景技術】
【0002】
従来、ワイドバンドギャップ半導体であるＧａ２Ｏ３系半導体からなる半導体層を備え、トレンチＭＯＳ構造を有するショットキーバリアダイオードが知られている（特許文献１を参照）。
【0003】
特許文献１に記載のショットキーバリアダイオードは、ワイドバンドギャップ半導体であるＧａ２Ｏ３系半導体からなる半導体層を用いていることから高耐圧かつ低損失の特性を有し、さらに、トレンチＭＯＳ構造を有するため、半導体層の抵抗を増加することなく、より高い耐圧を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０２２－６１８８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明の目的は、トレンチ構造を有するショットキーバリアダイオードであって、従来よりもさらに高い耐圧を有するショットキー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】
【0006】
本発明の一態様は、上記目的を達成するために、下記のショットキーバリアダイオードを提供する。
【0007】
［１］メサ部を形成するトレンチを第１の面に有する、ワイドバンドギャップ半導体からなる第１導電型の半導体層と、前記半導体層のトレンチの底部に設けられた、前記第１導電型と異なる第２導電型の不純物を含む高抵抗領域と、前記トレンチの内面のうちの少なくとも底面を覆うように設けられた、絶縁膜又は前記第２導電型の半導体膜と、前記絶縁膜又は前記半導体膜を介して前記半導体層上に設けられ、前記メサ部に接続されたアノード電極と、前記半導体層の前記第１の面の反対側の第２の面上に直接又は他の層を介して設けられたカソード電極と、を備えた、ショットキーバリアダイオード。
［２］逆方向電圧を印加したときに前記半導体層内の前記トレンチの底面から深さ方向に形成される空乏層の幅をＷ、前記高抵抗領域のドナー濃度をＮｄ、前記トレンチの底面からの前記高抵抗領域の深さをＤ、前記高抵抗領域のアクセプター濃度をＮａとしたとき、Ｗ×Ｎｄ＜Ｄ×Ｎａの関係を満たす、上記［１］に記載のショットキーバリアダイオード。
［３］前記ワイドバンドギャップ半導体が酸化ガリウム系半導体であり、前記第１導電型と前記第２導電型がそれぞれｎ型とｐ型である、上記［１］又は［２］に記載のショットキーバリアダイオード。
［４］前記第２導電型の不純物が窒素である、［３］に記載のショットキーバリアダイオード。
［５］前記トレンチが、前記メサ部と前記メサ部の周囲を囲む環状の突起を形成し、前記突起上に、前記第２導電型の環状のガードリングが設けられた、上記［１］又は［２］に記載のショットキーバリアダイオード。
［６］前記半導体層の主面の面方位が（００１）であり、前記メサ部が、長さ方向が［０１０］のライン状の平面パターンを有し、前記メサ部の側部の表面に前記第２導電型の不純物が含まれる、上記［４］に記載のショットキーバリアダイオード。
［７］前記メサ部が、意図的に添加された前記第１導電型の不純物を含まない、上記［６］に記載のショットキーバリアダイオード。
［２］逆方向電圧を印加したときに前記半導体層内の前記トレンチの底面から深さ方向に形成される空乏層の幅をＷ、前記高抵抗領域のドナー濃度をＮｄ、前記トレンチの底面からの前記高抵抗領域の深さをＤ、前記高抵抗領域のアクセプター濃度をＮａとしたとき、Ｗ×Ｎｄ＜Ｄ×Ｎａの関係を満たす、上記［１］に記載のショットキーバリアダイオード。
［３］前記ワイドバンドギャップ半導体が酸化ガリウム系半導体であり、前記第１導電型と前記第２導電型がそれぞれｎ型とｐ型である、上記［１］又は［２］に記載のショットキーバリアダイオード。
［４］前記第２導電型の不純物が窒素である、［３］に記載のショットキーバリアダイオード。
［５］前記トレンチが、前記メサ部と前記メサ部の周囲を囲む環状の突起を形成し、前記突起上に、前記第２導電型の環状のガードリングが設けられた、上記［１］又は［２］に記載のショットキーバリアダイオード。
［６］前記半導体層の主面の面方位が（００１）であり、前記メサ部が、長さ方向が［０１０］のライン状の平面パターンを有し、前記メサ部の側部の表面に前記第２導電型の不純物が含まれる、上記［４］に記載のショットキーバリアダイオード。
［７］前記メサ部が、意図的に添加された前記第１導電型の不純物を含まない、上記［６］に記載のショットキーバリアダイオード。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、トレンチ構造を有するショットキーバリアダイオードであって、従来よりもさらに高い耐圧を有するショットキーバリアダイオードを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係るショットキーバリアダイオードの上面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示される切断線Ａ－Ａにおいて切断されたショットキーバリアダイオードの垂直断面図である。
【図7】図７（ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係るショットキーバリアダイオードの上面図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）に示される切断線Ｂ－Ｂにおいて切断されたショットキーバリアダイオードの垂直断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
〔第１の実施の形態〕
（ショットキーバリアダイオードの構成）
図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係るショットキーバリアダイオード１の上面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示される切断線Ａ－Ａにおいて切断されたショットキーバリアダイオード１の垂直断面図である。ショットキーバリアダイオード１は、トレンチＭＯＳ構造を有する縦型のショットキーバリアダイオードである。
（ショットキーバリアダイオードの構成）
図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係るショットキーバリアダイオード１の上面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示される切断線Ａ－Ａにおいて切断されたショットキーバリアダイオード１の垂直断面図である。ショットキーバリアダイオード１は、トレンチＭＯＳ構造を有する縦型のショットキーバリアダイオードである。
【0011】
なお、図１（ａ）では、アノード電極１６の下に位置する半導体層１１のメサ部１１２とガードリング１８の輪郭を破線で示し、また、アノード電極１６の下に位置する半導体層１１のトレンチ１１１、メサ部１１２、及びガードリング１８の位置をそれらの符号により示している。
【0012】
ショットキーバリアダイオード１は、メサ部１１２を形成するトレンチ１１１を上面に有する、酸化ガリウム系半導体からなるｎ型の半導体層１１と、半導体層１１のトレンチ１１１の底部に設けられた、ｐ型の不純物を含む高抵抗領域１４と、トレンチ１１１の内面のうちの少なくとも底面を覆うように設けられた絶縁膜１５と、絶縁膜１５を介して半導体層１１上に設けられ、メサ部１１２に接続されたアノード電極１６と、半導体層１１の下面上に直接又は他の層を介して設けられたカソード電極１７と、を備える。
【0013】
なお、半導体層１１の「上面」は、半導体層１１の主面の一方の面であって、図１（ｂ）の上側の面である。半導体層１１の「下面」は、半導体層１１の主面の他方の面であって、図１（ｂ）の下側の面であり、「上面」の反対側の面である。
【0014】
ショットキーバリアダイオード１は、図１（ａ）、（ｂ）に示されるように、サージ電流への耐性を高めるためにガードリング１８を備えることが好ましい。この場合、トレンチ１１１がメサ部１１２の周囲を囲む環状の突起１１３を形成し、その突起１１３の上に環状のガードリング１８が形成される。ガードリング１８は、ＮｉＯなどのニッケルの酸化物、Ｃｕ２Ｏ、ＣｕＯなどの銅の酸化物などのｐ型半導体からなる。
【0015】
図１（ａ）では、アノード電極１６の下に位置する半導体層１１のメサ部１１２とガードリング１８の輪郭を破線で示し、また、アノード電極１６の下に位置する半導体層１１のトレンチ１１１、メサ部１１２、及びガードリング１８の位置をそれらの符号により示している。
【0016】
半導体層１１のメサ部１１２とアノード電極１６とは、ショットキー接合を形成し、ショットキーバリアダイオード１は、このショットキー接合の整流性を利用している。ショットキーバリアダイオード１においては、アノード電極１６とカソード電極１７との間に順方向の電圧（アノード電極１６側が正電位）を印加することにより、半導体層１１から見たアノード電極１６と半導体層１１との界面のポテンシャル障壁が低下し、アノード電極１６からカソード電極１７へ電流が流れる。
【0017】
一方、アノード電極１６とカソード電極１７との間に逆方向の電圧（アノード電極１６側が負電位）を印加したときは、ショットキー障壁により、電流は流れない。このとき、アノード電極１６とメサ部１１２の界面及び絶縁膜１５とメサ部１１２の界面からメサ部１１２の内側に空乏層が拡がり、チャネルが閉じるため、リーク電流が効果的に抑制される。
【0018】
典型的には、ショットキーバリアダイオード１は、図１（ｂ）に示されるように、半導体層１１のエピタキシャル成長の下地としてのｎ型の半導体基板１０を備え、半導体層１１の下面が半導体基板１０と接触する。この場合、カソード電極１７は半導体基板１０の半導体層１１と反対側の面上に設けられる。すなわち、カソード電極１７は、半導体層１１の下面上に半導体基板１０を介して設けられる。
【0019】
半導体基板１０は、ドナーとしてのＳｉ、ＳｎなどのＩＶ族元素を含むｎ型の酸化ガリウム系半導体の単結晶からなる。半導体基板１０のドナー濃度は、例えば、１．０×１０１６ｃｍ－３以上、１．０×１０１９ｃｍ－３以下である。半導体基板１０の厚さは、例えば、４００μｍ以上、７００μｍ以下である。
【0020】
半導体層１１は、ドナーとしてのＳｉ、Ｓｎ等のＩＶ族元素を含むｎ型の酸化ガリウム系半導体の単結晶からなる。半導体層１１のドナー濃度は、半導体基板１０のドナー濃度よりも低く、例えば、１．０×１０１６ｃｍ－３以上、５．０×１０１６ｃｍ－３以下である。半導体層１１の厚さは、例えば、５μｍ以上、１５μｍ以下である。半導体層１１は、例えば、半導体基板１０上にエピタキシャル成長したエピタキシャル膜からなる。
【0021】
酸化ガリウム系半導体とは、Ｇａ２Ｏ３、又は、Ａｌ、Ｉｎの一方若しくは両方が添加されたＧａ２Ｏ３であり、（ＧａｘＡｌｙＩｎ（１－ｘ－ｙ））２Ｏ３（０＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１、０＜ｘ＋ｙ≦１）で表される組成を有する。Ｇａ２Ｏ３にＡｌを添加した場合にはバンドギャップが広がり、Ｉｎを添加した場合にはバンドギャップが狭くなる。なお、上記の酸化ガリウム系半導体の単結晶は、典型的には、β型の結晶構造を有する。例えば、酸化ガリウム系半導体の典型例であるＧａ２Ｏ３のバンドギャップエネルギーは４．５～４．９ｅＶであり、絶縁破壊電界強度は、約８．０ＭＶ／ｃｍである。
【0022】
設計耐圧に等しい逆方向電圧をショットキーバリアダイオード１に加えたときに各部に発生する電界が絶縁破壊電界より小さくなるように半導体層１１の厚さが設計されているとき、トレンチ１１１が深いほど、逆方向電圧を加えたときのアノード電極１６とメサ部１１２のショットキー界面の電界を低減することができる。一方で、トレンチ１１１が深すぎると、ショットキーバリアダイオード１のアノード電極１６とカソード電極１７の間の電気抵抗が増大する。このため、トレンチ１１１の深さは、例えば、１μｍ以上、３μｍ以下に設定される。
【0023】
トレンチ１１１の幅は、狭いほど導通損失を低減できるが、製造難度が上がるため、例えば、０．５μｍ以上、２．０μｍ以下に設定される。メサ部１１２の幅は、狭いほどメサ部１１２内の電界強度を低減できるが、製造難度が上がるため、例えば、０．５μｍ以上、２．０μｍ以下に設定される。
【0024】
メサ部１１２の平面パターンは、例えば、図１（ａ）に示されるように、ライン・アンド・スペースである。この場合、メサ部１１２のピッチ幅Ｐは、例えば、２～５μｍに設定される。
【0025】
ショットキーバリアダイオード１中の電界強度は、上述のように、メサ部１１２の幅、トレンチ１１１の深さなどの影響を受けるが、トレンチ１１１及びメサ部１１２の平面パターンにはほとんど影響を受けない。このため、半導体層１１のトレンチ１１１及びメサ部１１２の平面パターンは特に限定されない。
【0026】
高抵抗領域１４は、酸化ガリウム系半導体中で深いアクセプター準位を形成する窒素（Ｎ）などのｐ型不純物を注入することにより高抵抗化された領域である。高抵抗領域１４は電界緩和層として機能し、ショットキーバリアダイオード１の耐圧を向上させることができる。
【0027】
高抵抗領域１４の深さは、例えば、０．１μｍ以上、０．５μｍ以下であり、高抵抗領域１４のｐ型不純物の濃度、すなわちアクセプター濃度は、例えば、５．０×１０１７ｃｍ－３以上、５．０×１０１８ｃｍ－３以下である。高抵抗領域１４の電界緩和効果を効果的に発揮するためには、逆方向電圧を印加したときに半導体層１１内のトレンチ１１１の底面から深さ方向に形成される空乏層の幅をＷ、高抵抗領域１４のドナー濃度をＮｄ、トレンチ１１１の底面からの高抵抗領域１４の深さをＤ、高抵抗領域１４のアクセプター濃度をＮａとしたときに、Ｗ×Ｎｄ＜Ｄ×Ｎａの関係を満たすことが好ましい。
【0028】
絶縁膜１５は、図１（ｂ）に示されるように、トレンチ１１１の内面のうちの底面だけでなくメサ部１１２の側面も覆うように設けられることが好ましい。絶縁膜１５がメサ部１１２の側面を覆うことにより、ショットキーバリアダイオード１に逆方向電圧を印加したときにメサ部１１２が空乏化しやすくなるため、メサ部１１２内の電界がより効果的に緩和されてリーク電流が低減され、ショットキーバリアダイオード１の耐圧が向上する。なお、絶縁膜１５がメサ部１１２の側面を覆う場合、側面の全てを覆う必要はなく、例えば、メサ部１１２の上側の一部は覆わなくてもよい。
【0029】
絶縁膜１５は、例えば、ＳｉＯ２膜、又は、ＳｉＯ２膜上にＡｌ２Ｏ３膜が積層された積層膜である。絶縁膜１５がＳｉＯ２膜上にＡｌ２Ｏ３膜が積層された積層膜である場合、例えば、ＳｉＯ２膜の厚さが５０ｎｍ以上、２００ｎｍ以下であり、Ａｌ２Ｏ３膜の厚さが１０ｎｍ以上、３０ｎｍ以下である。
【0030】
アノード電極１６は、絶縁膜１５と、絶縁膜１５から露出したメサ部１１２に接触する。アノード電極１６は、典型的には、図１（ｂ）に示されるように、絶縁膜１５及び絶縁膜１５から露出したメサ部１１２の上部を覆う膜状の第１の層１６１と、第１の層１６１上の第２の層１６２を含む。例えば、第１の層１６１はＮｉ膜、Ｍｏ膜、Ｐｔ膜、Ａｕ膜、又はこれらのうちの２種以上の積層膜などの４．８ｅＶ以上の仕事関数を有する金属膜からなり、第２の層１６２はＡｕ膜、Ａｌ膜などの低抵抗の金属膜からなる。第１の層１６１の厚さは、例えば、５０ｎｍ以上、５００ｎｍ以下であり、第２の層１６２の厚さは、例えば、０．５μｍ以上、３μｍ以下である。また、第１の層１６１と第２の層１６２の間にバリアメタルとしてＴｉなどからなる層を設けてもよい。
【0031】
アノード電極１６は、アノード電極１６の平面方向の端部への電界集中を緩和するため、その平面方向の端部がフィールド絶縁膜１９の上に乗っていることが好ましい。この場合、フィールド絶縁膜１９が、トレンチ１１１の終端部近傍の底面を覆うように設けられる。フィールド絶縁膜１９は、例えば、シリコン酸化膜である。フィールド絶縁膜１９の厚さは、例えば、４００ｎｍ以上、２０００ｎｍ以下である。
【0032】
また、アノード電極１６は、ガードリング１８とオーミック接触し、半導体層１１との間に内蔵ｐｎダイオードを形成する。これにより、ショットキーバリアダイオード１にサージ電流が流れた場合に、そのサージ電流の一部を内蔵ｐｎダイオードに流すことができるので、サージ電流によるショットキーバリアダイオード１の熱破壊を防止することができる。
【0033】
カソード電極１７は、ショットキーバリアダイオード１が半導体基板１０を備える場合には、半導体基板１０とオーミック接触する。ショットキーバリアダイオード１が半導体基板１０を備えず、カソード電極１７が半導体層１１に直接接続される場合は、半導体層１１とオーミック接触する。カソード電極１７は、例えば、Ｔｉ膜上にＡｕ膜が積層された積層構造を有する。この場合、Ｔｉ膜とＡｕ膜の間にバリアメタルとしてＮｉ、Ｍｏなどからなる膜を設けてもよい。
【0034】
（ショットキーバリアの製造方法）
以下に、ショットキーバリアダイオード１の製造方法の一例を示す。
以下に、ショットキーバリアダイオード１の製造方法の一例を示す。
【0035】
図２（ａ）～（ｃ）、図３（ａ）～（ｃ）、図４（ａ）～（ｃ）、図５（ａ）～（ｃ）は、本発明の第１の実施の形態に係るショットキーバリアダイオード１の製造工程を説明するための垂直断面図である。なお、半導体基板１０の図示は省略する。
【0036】
まず、図２（ａ）に示されるように、半導体基板１０上に形成された半導体層１１上に、ＮｉＯ膜１８０とＳｉＯ２膜５１を形成し、その上にフォトレジスト５２のパターンを形成する。
【0037】
ＮｉＯ膜１８０は、スパッタにより５０ｎｍ以上、２００ｎｍ以下の厚さで形成された後、リソグラフィーとドライエッチングにより図２（ａ）に示されるパターンに加工される。ＮｉＯ膜１８０のドライエッチングに用いられるガスは、Ｃｌ２ガス、又はＢＣｌ３ガスである。ＳｉＯ２膜５１は、スパッタにより１００ｎｍ以上、２０００ｎｍ以下の厚さに形成される。フォトレジスト５２は、リソグラフィーによりメサ部１１２及びガードリング１８のパターンに加工される。
【0038】
次に、図２（ｂ）に示されるように、フォトレジスト５２をマスクとして、ドライエッチングによりＳｉＯ２膜５１をエッチングする。このドライエッチングに用いられるガスは、ＮＦ３ガス、ＣＦ４ガス、Ｃ４Ｆ８ガス、又はＣＨＦ３ガスである。
【0039】
次に、図２（ｃ）に示されるように、フォトレジスト５２を除去した後に、メサ部１１２のパターンが転写されたＳｉＯ２膜５１を覆うようにフォトレジスト５３を形成する。
【0040】
次に、図３（ａ）に示されるように、ＳｉＯ２膜５１をマスクとして、ＮｉＯ膜１８０をドライエッチングによりエッチングする。このエッチングによりガードリング１８のパターンを転写されたＮｉＯ膜１８０の一部がガードリング１８となる。なお、このドライエッチングに用いられる塩素系のエッチングガスにより酸化ガリウム系半導体からなる半導体層１１もエッチングされるため、ＮｉＯ膜１８０のパターン端ではサブトレンチが形成されるが、エッチング時間の最適化により、サブトレンチの深さを０．１μｍ以下に抑えることができる。
【0041】
次に、図３（ｂ）に示されるように、フォトレジスト５３を除去する。
【0042】
次に、図３（ｃ）に示されるように、ＳｉＯ２膜５１をマスクとして、ドライエッチングにより半導体層１１にトレンチ１１１を形成する。トレンチ１１１の深さは、１μｍ以上、３μｍ以下である。このドライエッチングに用いられるガスは、Ｃｌ２ガス、又はＢＣｌ３ガスである。
【0043】
次に、図４（ａ）に示されるように、ウエハの上方から全面に窒素イオンを注入し、その後アニールを行うことにより、トレンチ１１１の底部（底面の下に位置する部分）に高抵抗領域１４を形成する。窒素イオン注入のドーズ量は、５．０×１０１２ｃｍ－２以上、５．０×１０１３ｃｍ－２以下であり、注入エネルギーは５０ｋｅＶ以上、３５０ｋｅＶ以下である。この場合の注入の深さは０．１μｍ以上、０．５μｍ以下であり、窒素の濃度は５．０×１０１７ｃｍ－３以上、５．０×１０１８ｃｍ－３以下である。アニールは、９００℃以上、１１００℃以下の温度で、雰囲気は窒素雰囲気、又は酸素雰囲気である。
【0044】
次に、図４（ｂ）に示されるように、バッファードフッ酸を用いてＳｉＯ２膜５１を除去する。
【0045】
次に、図４（ｃ）に示されるように、フィールド絶縁膜１９としてのＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）膜と絶縁膜１５としてのＴＥＯＳ膜を形成する。フィールド絶縁膜１９は、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）によって４００ｎｍ以上、２０００ｎｍ以下の厚さに形成され、リソグラフィーとエッチングによって図４（ｃ）に示されるパターンに加工される。フィールド絶縁膜１９は、半導体層１１のトレンチの外側の部分１１４の側面と上面、及び部分１１４の近傍のトレンチ１１１の底面を覆うように形成される。
【0046】
絶縁膜１５は、ＣＶＤによって５０ｎｍ以上、２００ｎｍ以下の厚さに形成される。なお、ＴＥＯＳ膜上にＡｌ２Ｏ３膜をＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）によって１０ｎｍ以上、３０ｎｍ以下の厚さに形成し、ＴＥＯＳ膜とＡｌ２Ｏ３膜の積層膜を絶縁膜１５としてもよい。この場合、Ａｌ２Ｏ３膜は次に示すエッチバック工程のエッチングストッパ膜として機能する。
【0047】
次に、図５（ａ）に示されるように、メサ部１１２及びガードリング１８上の絶縁膜１５を除去する。メサ部１１２及びガードリング１８上の絶縁膜１５の除去は、ウエハ上の全面にレジストを２μｍ以上、３μｍ以下の厚さで塗布した後で全面にエッチングを施すレジストエッチバックによって実施される。
【0048】
レジストエッチバックは、例えば、ＣＦ４ガスなどのフッ素系エッチングガスを用いるフッ素系ドライエッチングによって実施され、メサ部１１２及びガードリング１８上のレジストがエッチングされた段階でエッチングを終了させる。このとき、絶縁膜１５がＴＥＯＳ単層膜の場合は、メサ部１１２及びガードリング１８上の絶縁膜１５もエッチングされる。絶縁膜１５がＴＥＯＳ膜とＡｌ２Ｏ３膜の積層膜である場合は、Ａｌ２Ｏ３膜がエッチングストッパとして機能するため、例えば、Ａｌ２Ｏ３膜をＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）水溶液などのアルカリ液でエッチングし、下層のＴＥＯＳ膜をフッ化水素酸などのフッ素を含む薬液でエッチングする。メサ部１１２及びガードリング１８上の絶縁膜１５を除去した後、残留したレジストを除去する。その後、エッチングダメージを回復するためのアニールとして、４００℃以上、５００℃以下の温度で熱処理を行う。
【0049】
次に、純水、過酸化水素と硫酸の混合液によりウエハの洗浄を実施した後、図５（ｂ）に示されるように、アノード電極１６の第１の層１６１としてのＭｏ膜、Ｎｉ膜、Ａｕ膜の積層膜などを蒸着によって５０ｎｍ以上、５００ｎｍ以下の厚さに形成する。
【0050】
次に、図５（ｃ）に示されるように、第１の層１６１上にＡｌ膜からなる第２の層１６２を形成する。Ａｌ膜は、スパッタによって０．５μｍ以上、３μｍ以下の厚さに形成される。Ａｌ膜の形成前に、密着層としてＴｉ膜をスパッタにより形成してもよい。また、Ａｌ膜がトレンチ１１１のメサ部１１２間の領域に完全に埋め込まれるように、Ａｌ膜を３００～４５０℃の高温で成膜してもよい。その後、第１の層１６１と第２の層１６２は、リソグラフィーとエッチングによって図５（ｃ）に示されるパターンに加工される。
【0051】
その後、ウエハ表面をレジストで保護した後、例えば、フッ化水素酸などのフッ素を含む薬液を用いてウエハ裏面、すなわち半導体基板１０の下面に形成されたＴＥＯＳ膜を除去する。そして、レジストを除去した後、半導体基板１０の下面にカソード電極１７としてのＴｉ膜とＡｕ膜の積層膜を形成する。Ｔｉ膜とＡｕ膜の間にバリアメタルとしてＮｉ膜又はＭｏ膜を設けてもよい。なお、絶縁膜１５としてＴＥＯＳ膜とＡｌ２Ｏ３膜の積層膜を用いた場合は、前述のレジストエッチバック工程におけるウェットエッチングによってウエハ裏面に形成された絶縁膜が既に除去されているので、カソード電極１７を形成する前の絶縁膜の除去工程は省略できる。
【0052】
図６（ａ）～（ｃ）は、本発明の第１の実施の形態に係るショットキーバリアダイオード１の製造工程の変形例を説明するための垂直断面図である。
【0053】
この変形例においては、まず、図３（ｃ）に示されるトレンチ１１１の形成までの工程を上記の製造方法と同様に実施する。
【0054】
次に、図６（ａ）に示されるように、バッファードフッ酸液を用いてＳｉＯ２膜５１を除去した後、ウエハの上方から全面に窒素イオンを注入し、その後アニールを行う。これにより、トレンチ１１１の底部、メサ部１１２の上部及び側部を含むウエハ表面の全領域に高抵抗領域１４が形成される。窒素イオン注入のドーズ量は、５．０×１０１２ｃｍ－２以上、５．０×１０１３ｃｍ－２以下であり、注入エネルギーは５０ｋｅＶ以上、３５０ｋｅＶ以下である。アニールは、９００℃以上、１１００℃以下の温度で、雰囲気は窒素雰囲気、又は酸素雰囲気である。
【0055】
次に、図６（ｂ）に示されるように、ウエハの斜め上方から全面にｎ型不純物としてのＳｉイオンを注入し、その後アニールを行う。このとき、メサ部１１２の上部などのＳｉが注入されたｎ型不純物注入領域６１では、前の工程で注入されたｐ型不純物である窒素がｎ型不純物であるＳｉによって打ち消される。一方で、メサ部１１２や突起１１３に遮蔽されて斜めに打ち込まれるＳｉイオンが到達しないトレンチ１１１の底部などでは窒素が打ち消されることはない。Ｓｉイオンの注入角度は、例えば、４５°である。Ｓｉイオン注入のドーズ量は、５．０×１０１２ｃｍ－２以上、５．０×１０１３ｃｍ－２以下であり、注入エネルギーは１００ｋｅＶ以上、２００ｋｅＶ以下である。アニールは、６００℃以上、１１００℃以下の温度で、雰囲気は窒素雰囲気である。なお、Ｓｉの代わりに、Ｓｎなどのｎ型不純物を注入してもよい。
【0056】
次に、図６（ｃ）に示されるように、メサ部１１２の外側の一部を除いた部分をレジスト５４で覆った後、ウエハの上方から再度窒素イオン注入を実施し、レジスト５４で覆われていない外側のメサ部１１２やトレンチ１１１の底部などを含むショットキーバリアダイオード１の終端領域に窒素を注入する。これにより、ショットキーバリアダイオード１の終端領域の電界を下げ、逆方向耐圧を向上させることができる。窒素イオン注入のドーズ量は、５．０×１０１２ｃｍ－２以上、５．０×１０１３ｃｍ－２以下であり、注入エネルギーは５０ｋｅＶ以上、３５０ｋｅＶ以下である。アニールは、９００℃以上、１１００℃以下の温度で、雰囲気は窒素雰囲気、又は酸素雰囲気である。なお、外側のメサ部１１２をレジスト５４で覆わずに窒素を注入するのは、メサ部１１２や突起１１３に遮蔽されずにメサ部１１２の外側のトレンチ１１１の底部に打ち込まれたＳｉを打ち消すためである。
【0057】
その後、レジスト５４を除去し、図４（ｃ）に示されるフィールド絶縁膜１９と絶縁膜１５を形成する工程以降の工程を上記の製造方法と同様に実施する。
【0058】
この変形例のように、トレンチ１１１の形成後にＳｉＯ２膜５１を除去することで、ドライエッチングの残渣をバッファードフッ酸液で除去した後にイオン注入を実施することができる。これにより、エッチング残渣がイオン注入によってより固くなり、除去されなくなることによる、ショットキーバリアダイオード１の特性のバラツキを防止できる。
【0059】
〔第２の実施の形態〕
本発明の第２の実施の形態は、主に、ショットキーバリアダイオードがガードリングを有しない点において第１の実施の形態と異なる。以下、第１の実施の形態と同様の点については、説明を省略又は簡略化する。
本発明の第２の実施の形態は、主に、ショットキーバリアダイオードがガードリングを有しない点において第１の実施の形態と異なる。以下、第１の実施の形態と同様の点については、説明を省略又は簡略化する。
【0060】
（ショットキーバリアダイオードの構成）
図７（ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係るショットキーバリアダイオード２の上面図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）に示される切断線Ｂ－Ｂにおいて切断されたショットキーバリアダイオード２の垂直断面図である。ショットキーバリアダイオード２は、トレンチＭＯＳ構造を有する縦型のショットキーバリアダイオードである。
図７（ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係るショットキーバリアダイオード２の上面図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）に示される切断線Ｂ－Ｂにおいて切断されたショットキーバリアダイオード２の垂直断面図である。ショットキーバリアダイオード２は、トレンチＭＯＳ構造を有する縦型のショットキーバリアダイオードである。
【0061】
なお、図７（ａ）では、アノード電極１６の下に位置する半導体層１１のメサ部１１２の輪郭を破線で示し、また、アノード電極１６の下に位置する半導体層１１のトレンチ１１１、及びメサ部１１２の位置をそれらの符号により示している。
【0062】
ショットキーバリアダイオード２は、第１の実施の形態に係るショットキーバリアダイオード１と同様に、メサ部１１２を形成するトレンチ１１１を上面に有する、酸化ガリウム系半導体からなるｎ型の半導体層１１と、半導体層１１のトレンチ１１１の底部に設けられた、ｐ型の不純物を含む高抵抗領域１４と、トレンチ１１１の内面のうちの少なくとも底面を覆うように設けられた絶縁膜１５と、絶縁膜１５を介して半導体層１１上に設けられ、メサ部１１２に接続されたアノード電極１６と、半導体層１１の下面上に直接又は他の層を介して設けられたカソード電極１７と、を備える。
【0063】
ショットキーバリアダイオード２は、ガードリング１８及びメサ部１１２の周囲を囲む環状の突起１１３を備えていない。また図７（ｂ）に示される例では、Ｓｉなどのｎ型不純物が注入されたｎ型不純物注入領域６１がメサ部１１２の上部などに設けられている。ｎ型不純物注入領域６１については、以下の製造方法の一例において説明する。
【0064】
（ショットキーバリアの製造方法）
以下に、ショットキーバリアダイオード２の製造方法の一例を示す。
以下に、ショットキーバリアダイオード２の製造方法の一例を示す。
【0065】
図８（ａ）～（ｃ）、図９（ａ）～（ｃ）、図１０（ａ）～（ｃ）は、本発明の第２の実施の形態に係るショットキーバリアダイオード２の製造工程を説明するための垂直断面図である。なお、半導体基板１０の図示は省略する。
【0066】
まず、図８（ａ）に示されるように、半導体基板１０上に形成された半導体層１１上に、ＳｉＯ２膜５１を形成し、その上にフォトレジスト５２のパターンを形成する。
【0067】
ＳｉＯ２膜５１は、スパッタにより１００ｎｍ以上、２０００ｎｍ以下の厚さに形成される。フォトレジスト５２は、リソグラフィーによりメサ部１１２のパターンに加工される。
【0068】
次に、図８（ｂ）に示されるように、フォトレジスト５２をマスクとして、ドライエッチングによりＳｉＯ２膜５１をエッチングし、さらに、フォトレジスト５２とＳｉＯ２膜５１をマスクとして、ドライエッチングにより半導体層１１にトレンチ１１１を形成する。
【0069】
ＳｉＯ２膜５１のエッチングに用いられるガスは、ＮＦ３ガス、ＣＦ４ガス、Ｃ４Ｆ８ガス、又はＣＨＦ３ガスである。半導体層１１のエッチングに用いられるガスは、Ｃｌ２ガス、又はＢＣｌ３ガスである。トレンチ１１１の深さは、１μｍ以上、３μｍ以下である。
【0070】
次に、図８（ｃ）に示されるように、フォトレジスト５２を除去し、バッファードフッ酸液によりＳｉＯ２膜５１を除去する。
【0071】
次に、図９（ａ）に示されるように、ウエハの上方から全面に窒素イオンを注入し、その後アニールを行うことにより、トレンチ１１１の底部（底面の下に位置する部分）に高抵抗領域１４を形成する。窒素イオン注入のドーズ量は、５．０×１０１２ｃｍ－２以上、５．０×１０１３ｃｍ－２以下であり、注入エネルギーは５０ｋｅＶ以上、３５０ｋｅＶ以下である。この場合の注入の深さは０．１μｍ以上、０．５μｍ以下であり、窒素の濃度は５．０×１０１７ｃｍ－３以上、５．０×１０１８ｃｍ－３以下である。アニールは、９００℃以上、１１００℃以下の温度で、雰囲気は窒素雰囲気、又は酸素雰囲気である。
【0072】
次に、図９（ｂ）に示されるように、ウエハの斜め上方から全面にｎ型不純物としてのＳｉイオンを注入し、その後アニールを行う。このとき、メサ部１１２の上部などのＳｉが注入されたｎ型不純物注入領域６１では、前の工程で注入されたｐ型不純物である窒素がｎ型不純物であるＳｉによって打ち消される。一方で、メサ部１１２に遮蔽されて斜めに打ち込まれるＳｉイオンが到達しないトレンチ１１１の底部などでは窒素が打ち消されることはない。Ｓｉイオンの注入角度は、例えば、４５°である。Ｓｉイオン注入のドーズ量は、５．０×１０１２ｃｍ－２以上、５．０×１０１３ｃｍ－２以下であり、注入エネルギーは１００ｋｅＶ以上、２００ｋｅＶ以下である。アニールは、６００℃以上、１１００℃以下の温度で、雰囲気は窒素雰囲気である。なお、Ｓｉの代わりに、Ｓｎなどのｎ型不純物を注入してもよい。
【0073】
次に、図９（ｃ）に示されるように、フィールド絶縁膜１９としてのＴＥＯＳ膜と絶縁膜１５としてのＴＥＯＳ膜を形成する。フィールド絶縁膜１９は、ＣＶＤによって４００ｎｍ以上、２０００ｎｍ以下の厚さに形成され、リソグラフィーとエッチングによって図９（ｃ）に示されるパターンに加工される。フィールド絶縁膜１９は、半導体層１１のトレンチの外側の部分１１４の側面と上面、及び部分１１４の近傍のトレンチ１１１の底面を覆うように形成される。
【0074】
絶縁膜１５は、ＣＶＤによって５０ｎｍ以上、２００ｎｍ以下の厚さに形成される。なお、ＴＥＯＳ膜上にＡｌ２Ｏ３膜をＡＬＤによって１０ｎｍ以上、３０ｎｍ以下の厚さに形成し、ＴＥＯＳ膜とＡｌ２Ｏ３膜の積層膜を絶縁膜１５としてもよい。この場合、Ａｌ２Ｏ３膜は次に示すエッチバック工程のエッチングストッパ膜として機能する。
【0075】
次に、図１０（ａ）に示されるように、メサ部１１２上の絶縁膜１５を除去する。メサ部１１２上の絶縁膜１５の除去は、ウエハ上の全面にレジストを２μｍ以上、３μｍ以下の厚さで塗布した後で全面にエッチングを施すレジストエッチバックによって実施される。
【0076】
レジストエッチバックは、例えば、ＣＦ４ガスなどのフッ素系エッチングガスを用いるフッ素系ドライエッチングによって実施され、メサ部１１２上のレジストがエッチングされた段階でエッチングを終了させる。このとき、絶縁膜１５がＴＥＯＳ単層膜の場合は、メサ部１１２上の絶縁膜１５もエッチングされる。絶縁膜１５がＴＥＯＳ膜とＡｌ２Ｏ３膜の積層膜である場合は、Ａｌ２Ｏ３膜がエッチングストッパとして機能するため、例えば、Ａｌ２Ｏ３膜をＴＭＡＨ水溶液などのアルカリ液でエッチングし、下層のＴＥＯＳ膜をフッ化水素酸などのフッ素を含む薬液でエッチングする。メサ部１１２上の絶縁膜１５を除去した後、残留したレジストを除去する。その後、エッチングダメージを回復するためのアニールとして、４００℃以上、５００℃以下の温度で熱処理を行う。
【0077】
次に、純水、過酸化水素と硫酸の混合液によりウエハの洗浄を実施した後、図１０（ｂ）に示されるように、アノード電極１６の第１の層１６１としてのＭｏ膜、Ｎｉ膜、Ａｕ膜の積層膜などを蒸着によって５０ｎｍ以上、５００ｎｍ以下の厚さに形成する。
【0078】
次に、図１０（ｃ）に示されるように、第１の層１６１上にＡｌ膜からなる第２の層１６２を形成する。Ａｌ膜は、スパッタによって０．５μｍ以上、３μｍ以下の厚さに形成される。Ａｌ膜の形成前に、密着層としてＴｉ膜をスパッタにより形成してもよい。また、Ａｌ膜がトレンチ１１１のメサ部１１２間の領域に完全に埋め込まれるように、Ａｌ膜を３００～４５０℃の高温で成膜してもよい。その後、第１の層１６１と第２の層１６２は、リソグラフィーとエッチングによって図１０（ｃ）に示されるパターンに加工される。
【0079】
その後、ウエハ表面をレジストで保護した後、例えば、フッ化水素酸などのフッ素を含む薬液を用いてウエハ裏面、すなわち半導体基板１０の下面に形成されたＴＥＯＳ膜を除去する。そして、レジストを除去した後、半導体基板１０の下面にカソード電極１７としてのＴｉ膜とＡｕ膜の積層膜を形成する。Ｔｉ膜とＡｕ膜の間にバリアメタルとしてＮｉ膜又はＭｏ膜を設けてもよい。なお、絶縁膜１５としてＴＥＯＳ膜とＡｌ２Ｏ３膜の積層膜を用いた場合は、前述のレジストエッチバック工程におけるウェットエッチングによってウエハ裏面に形成された絶縁膜が既に除去されているので、カソード電極１７を形成する前の絶縁膜の除去工程は省略できる。
【0080】
図１１は、本発明の第２の実施の形態に係るショットキーバリアダイオード２の製造工程の変形例を説明するための垂直断面図である。
【0081】
この変形例においては、まず、図９（ｂ）に示されるＳｉイオンの注入までの工程を上記の製造方法と同様に実施する。
【0082】
次に、図１１に示されるように、メサ部１１２の外側の一部を除いた部分をレジスト５４で覆った後、ウエハの上方から再度窒素イオン注入を実施し、レジスト５４で覆われていない外側のメサ部１１２やトレンチ１１１の底部などを含むショットキーバリアダイオード２の終端領域に窒素を注入する。これにより、ショットキーバリアダイオード２の終端領域の電界を下げ、逆方向耐圧を向上させることができる。窒素イオン注入のドーズ量は、５．０×１０１２ｃｍ－２以上、５．０×１０１３ｃｍ－２以下であり、注入エネルギーは５０ｋｅＶ以上、３５０ｋｅＶ以下である。アニールは、９００℃以上、１１００℃以下の温度で、雰囲気は窒素雰囲気、又は酸素雰囲気である。
【0083】
その後、レジスト５４を除去し、図９（ｃ）に示されるフィールド絶縁膜１９と絶縁膜１５を形成する工程以降の工程を上記の製造方法と同様に実施する。
【0084】
なお、半導体層１１の主面の面方位が（００１）であって、かつメサ部１１２のライン状の平面パターンの長さ方向が［０１０］（幅方向が［１００］）である場合、図９（ａ）に示される工程においてメサ部１１２に注入された窒素が側部の表面に効果的に拡散し、メサ部１１２の内部の窒素濃度が大きく低下することが本発明者らによって見出された。これは、メサ部１１２の幅方向である［１００］方向に窒素が拡散しやすいことによると考えられる。この場合、メサ部１１２に窒素が注入されることによるショットキーバリアダイオード２のオン抵抗の増加を抑えることができる。
【0085】
〔第３の実施の形態〕
本発明の第３の実施の形態は、主に、ｎ型不純物であるＳｉを半導体層に注入しない点において第２の実施の形態と異なる。以下、第１、２の実施の形態と同様の点については、説明を省略又は簡略化する。
本発明の第３の実施の形態は、主に、ｎ型不純物であるＳｉを半導体層に注入しない点において第２の実施の形態と異なる。以下、第１、２の実施の形態と同様の点については、説明を省略又は簡略化する。
【0086】
（ショットキーバリアダイオードの構成）
図１２（ａ）は、本発明の第３の実施の形態に係るショットキーバリアダイオード３の上面図である。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）に示される切断線Ｃ－Ｃにおいて切断されたショットキーバリアダイオード３の垂直断面図である。ショットキーバリアダイオード３は、トレンチＭＯＳ構造を有する縦型のショットキーバリアダイオードである。
図１２（ａ）は、本発明の第３の実施の形態に係るショットキーバリアダイオード３の上面図である。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）に示される切断線Ｃ－Ｃにおいて切断されたショットキーバリアダイオード３の垂直断面図である。ショットキーバリアダイオード３は、トレンチＭＯＳ構造を有する縦型のショットキーバリアダイオードである。
【0087】
なお、図１２（ａ）では、アノード電極１６の下に位置する半導体層１１のメサ部１１２の輪郭を破線で示し、また、アノード電極１６の下に位置する半導体層１１のトレンチ１１１、及びメサ部１１２の位置をそれらの符号により示している。
【0088】
ショットキーバリアダイオード３は、第１の実施の形態に係るショットキーバリアダイオード１と同様に、メサ部１１２を形成するトレンチ１１１を上面に有する、酸化ガリウム系半導体からなるｎ型の半導体層１１と、半導体層１１のトレンチ１１１の底部に設けられた、ｐ型の不純物を含む高抵抗領域１４と、トレンチ１１１の内面のうちの少なくとも底面を覆うように設けられた絶縁膜１５と、絶縁膜１５を介して半導体層１１上に設けられ、メサ部１１２に接続されたアノード電極１６と、半導体層１１の下面上に直接又は他の層を介して設けられたカソード電極１７と、を備える。
【0089】
また、ショットキーバリアダイオード３は、第２の実施の形態に係るショットキーバリアダイオード２と同様に、ガードリング１８及びメサ部１１２の周囲を囲む環状の突起１１３を備えていない。
【0090】
ショットキーバリアダイオード３においては、半導体層１１の主面の面方位が（００１）であって、かつメサ部１１２のライン状の平面パターンの長さ方向が［０１０］（幅方向が［１００］）である。なお、半導体基板１０の主面の面方位が（００１）である場合、その上にエピタキシャル成長により形成される半導体層１１の主面の面方位も（００１）になる。
【0091】
メサ部１１２の側部１１２ａの表面には、窒素が含まれる。このメサ部１１２の側部１１２ａの表面の窒素は、メサ部１１２に注入された窒素がメサ部１１２の幅方向である［１００］方向に拡散して、側部１１２ａの表面に集中したものである。メサ部１１２の内部１１２ｂの窒素濃度は低いため、メサ部１１２の上下方向の電気抵抗は低く、メサ部１１２に窒素が注入されることによるショットキーバリアダイオード２のオン抵抗への影響は少ない。
【0092】
また、メサ部１１２内の窒素によるショットキーバリアダイオード２のオン抵抗への影響が少ないため、ｎ型不純物であるＳｉによりメサ部１１２内の窒素を打ち消す必要がない。このため、メサ部１１２は、意図的に添加されたＳｉなどのｎ型不純物を含まない。すなわち、メサ部１１２は、Ｓｉなどのｎ型不純物が注入されたｎ型不純物注入領域６１を含まない。
【0093】
メサ部１１２に注入された窒素を効果的に側部１１２ａの表面に蓄積させて、内部１１２ｂの窒素濃度を低減させるためには、ライン・アンド・スペースの平面パターンを有する場合のメサ部１１２のピッチ幅Ｐは５μｍ以下であることが好ましい。
【0094】
（ショットキーバリアの製造方法）
以下に、ショットキーバリアダイオード３の製造方法の一例を示す。
以下に、ショットキーバリアダイオード３の製造方法の一例を示す。
【0095】
【0096】
まず、図８（ｃ）に示されるフォトレジスト５２とＳｉＯ２膜５１を除去するまでの工程を第２の実施の形態に係る製造方法と同様に実施する。
【0097】
次に、図１３（ａ）に示されるように、ウエハの上方から全面に窒素イオンを注入し、その後アニールを行うことにより、トレンチ１１１の底部に高抵抗領域１４を形成する。このとき、窒素はトレンチ１１１の上部及び側部１１２ａにも注入されるが、メサ部１１２のライン状の平面パターンの長さ方向が［０１０］であるため、アニールによりメサ部１１２の側部１１２ａの表面に窒素が拡散し、メサ部１１２の内部１１２ｂの窒素濃度は大きく低減する。
【0098】
窒素イオン注入のドーズ量は、５．０×１０１２ｃｍ－２以上、５．０×１０１３ｃｍ－２以下であり、注入エネルギーは５０ｋｅＶ以上、３５０ｋｅＶ以下である。この場合の注入の深さは０．１μｍ以上、０．５μｍ以下であり、窒素の濃度は５．０×１０１７ｃｍ－３以上、５．０×１０１８ｃｍ－３以下である。アニールは、９００℃以上、１１００℃以下の温度で、雰囲気は窒素雰囲気、又は酸素雰囲気である。
【0099】
メサ部１１２の内部１１２ｂの窒素濃度は十分に低く、ｎ型不純物の注入により打ち消す必要がないため、この後のＳｉの注入工程を省略することができる。また、Ｓｉの注入を行わないため、終端領域の電界緩和のために再度窒素を注入する工程も省略することができる。
【0100】
次に、図１３（ｂ）に示されるように、フィールド絶縁膜１９としてのＴＥＯＳ膜と絶縁膜１５としてのＴＥＯＳ膜を形成する。フィールド絶縁膜１９は、ＣＶＤによって４００ｎｍ以上、２０００ｎｍ以下の厚さに形成され、リソグラフィーとエッチングによって図１３（ｂ）に示されるパターンに加工される。フィールド絶縁膜１９は、半導体層１１のトレンチの外側の部分１１４の側面と上面、及び部分１１４の近傍のトレンチ１１１の底面を覆うように形成される。
【0101】
絶縁膜１５は、ＣＶＤによって５０ｎｍ以上、２００ｎｍ以下の厚さに形成される。なお、ＴＥＯＳ膜上にＡｌ２Ｏ３膜をＡＬＤによって１０ｎｍ以上、３０ｎｍ以下の厚さに形成し、ＴＥＯＳ膜とＡｌ２Ｏ３膜の積層膜を絶縁膜１５としてもよい。この場合、Ａｌ２Ｏ３膜は次に示すエッチバック工程のエッチングストッパ膜として機能する。
【0102】
次に、図１３（ｃ）に示されるように、メサ部１１２上の絶縁膜１５を除去する。メサ部１１２上の絶縁膜１５の除去は、ウエハ上の全面にレジストを２μｍ以上、３μｍ以下の厚さで塗布した後で全面にエッチングを施すレジストエッチバックによって実施される。
【0103】
レジストエッチバックは、例えば、ＣＦ４ガスなどのフッ素系エッチングガスを用いるフッ素系ドライエッチングによって実施され、メサ部１１２上のレジストがエッチングされた段階でエッチングを終了させる。このとき、絶縁膜１５がＴＥＯＳ単層膜の場合は、メサ部１１２上の絶縁膜１５もエッチングされる。絶縁膜１５がＴＥＯＳ膜とＡｌ２Ｏ３膜の積層膜である場合は、Ａｌ２Ｏ３膜がエッチングストッパとして機能するため、例えば、Ａｌ２Ｏ３膜をＴＭＡＨ水溶液などのアルカリ液でエッチングし、下層のＴＥＯＳ膜をフッ化水素酸などのフッ素を含む薬液でエッチングする。メサ部１１２上の絶縁膜１５を除去した後、残留したレジストを除去する。その後、エッチングダメージを回復するためのアニールとして、４００℃以上、５００℃以下の温度で熱処理を行う。
【0104】
次に、純水、過酸化水素と硫酸の混合液によりウエハの洗浄を実施した後、図１４（ａ）に示されるように、アノード電極１６の第１の層１６１としてのＭｏ膜、Ｎｉ膜、Ａｕ膜の積層膜などを蒸着によって５０ｎｍ以上、５００ｎｍ以下の厚さに形成する。
【0105】
次に、図１４（ｂ）に示されるように、第１の層１６１上にＡｌ膜からなる第２の層１６２を形成する。Ａｌ膜は、スパッタによって０．５μｍ以上、３μｍ以下の厚さに形成される。Ａｌ膜の形成前に、密着層としてＴｉ膜をスパッタにより形成してもよい。また、Ａｌ膜がトレンチ１１１のメサ部１１２間の領域に完全に埋め込まれるように、Ａｌ膜を３００～４５０℃の高温で成膜してもよい。その後、第１の層１６１と第２の層１６２は、リソグラフィーとエッチングによって図１４（ｂ）に示されるパターンに加工される。
【0106】
その後、ウエハ表面をレジストで保護した後、例えば、フッ化水素酸などのフッ素を含む薬液を用いてウエハ裏面、すなわち半導体基板１０の下面に形成されたＴＥＯＳ膜を除去する。そして、レジストを除去した後、半導体基板１０の下面にカソード電極１７としてのＴｉ膜とＡｕ膜の積層膜を形成する。Ｔｉ膜とＡｕ膜の間にバリアメタルとしてＮｉ膜又はＭｏ膜を設けてもよい。なお、絶縁膜１５としてＴＥＯＳ膜とＡｌ２Ｏ３膜の積層膜を用いた場合は、前述のレジストエッチバック工程におけるウェットエッチングによってウエハ裏面に形成された絶縁膜が既に除去されているので、カソード電極１７を形成する前の絶縁膜の除去工程は省略できる。
【0107】
〔第４の実施の形態〕
本発明の第４の実施の形態は、ショットキーバリアダイオードがジャンクションバリアショットキー（ＪＢＳ）構造を有する点において第３の実施の形態と異なる。以下、第１～３の実施の形態と同様の点については、説明を省略又は簡略化する。
本発明の第４の実施の形態は、ショットキーバリアダイオードがジャンクションバリアショットキー（ＪＢＳ）構造を有する点において第３の実施の形態と異なる。以下、第１～３の実施の形態と同様の点については、説明を省略又は簡略化する。
【0108】
（ショットキーバリアダイオードの構成）
図１５（ａ）は、本発明の第４の実施の形態に係るショットキーバリアダイオード４の上面図である。図１５（ｂ）は、図１５（ａ）に示される切断線Ｄ－Ｄにおいて切断されたショットキーバリアダイオード４の垂直断面図である。ショットキーバリアダイオード４は、トレンチ構造を有する縦型のショットキーバリアダイオードである。
図１５（ａ）は、本発明の第４の実施の形態に係るショットキーバリアダイオード４の上面図である。図１５（ｂ）は、図１５（ａ）に示される切断線Ｄ－Ｄにおいて切断されたショットキーバリアダイオード４の垂直断面図である。ショットキーバリアダイオード４は、トレンチ構造を有する縦型のショットキーバリアダイオードである。
【0109】
なお、図１５（ａ）では、アノード電極１６の下に位置する半導体層１１のメサ部１１２の輪郭を破線で示し、また、アノード電極１６の下に位置する半導体層１１のトレンチ１１１、及びメサ部１１２の位置をそれらの符号により示している。
【0110】
ショットキーバリアダイオード４は、メサ部１１２を形成するトレンチ１１１を上面に有する、酸化ガリウム系半導体からなるｎ型の半導体層１１と、半導体層１１のトレンチ１１１の底部に設けられた、ｐ型の不純物を含む高抵抗領域１４と、トレンチ１１１の内面のうちの少なくとも底面を覆うように設けられたｐ型半導体膜４０と、ｐ型半導体膜４０を介して半導体層１１上に設けられ、メサ部１１２に接続されたアノード電極１６と、半導体層１１の下面上に直接又は他の層を介して設けられたカソード電極１７と、を備える。
【0111】
本発明の第４の実施の形態に係るショットキーバリアダイオード４は、第３の実施の形態に係るショットキーバリアダイオード３において、絶縁膜１５の代わりにＮｉＯ、Ｃｕ２Ｏ、ＣｕＯなどからなるｐ型半導体膜４０を備えた、ＪＢＳ構造を有するショットキーバリアダイオードである。また、ショットキーバリアダイオード４は、第１の実施の形態に係るショットキーバリアダイオード１、又は第２の実施の形態に係るショットキーバリアダイオード２において、絶縁膜１５の代わりにｐ型半導体膜４０を備えた、ＪＢＳ構造を有するショットキーバリアダイオードであってもよい。
【0112】
ｐ型半導体膜４０は、スパッタにより成膜することができる。また、ｐ型半導体膜４０は、絶縁膜１５と同様の形状を有し、絶縁膜１５と同様にエッチバックによりメサ部１１２などの上から除去される。ｐ型半導体膜４０がＣｕ２Ｏ又はＣｕＯからなる場合は、バッファード（緩衝）フッ酸液、希釈王水、希硫酸等の酸性溶液を用いるウェットエッチングによりｐ型半導体膜４０をエッチングすることができる。ｐ型半導体膜４０がＮｉＯからなる場合は、ＢＣｌ３などの塩素を含むエッチングガスを用いるドライエッチングによりｐ型半導体膜４０をエッチングすることができる。
【0113】
ショットキーバリアダイオード４においては、メサ部１１２の外側のトレンチ１１１の底面に、ｐ型半導体膜４０とｎ型の半導体層１１からなるｐｎダイオードが形成されており、これによって高いサージ電流耐性を有する。
【0114】
（実施の形態の効果）
上記第１～４の実施の形態によれば、半導体層のトレンチの底部に高抵抗領域を設けることにより、トレンチＭＯＳ構造を有するショットキーバリアダイオードであって、従来よりもさらに高い耐圧を有するショットキーバリアダイオードを提供することができる。
上記第１～４の実施の形態によれば、半導体層のトレンチの底部に高抵抗領域を設けることにより、トレンチＭＯＳ構造を有するショットキーバリアダイオードであって、従来よりもさらに高い耐圧を有するショットキーバリアダイオードを提供することができる。
【0115】
なお、上記第１～３の実施の形態において、窒素の代わりにＭｇを用いて高抵抗領域１４を形成してもよい。Ｍｇイオンの注入条件は窒素イオンの注入条件と同様であり、ドーズ量は５．０×１０１２ｃｍ－２以上５．０×１０１３ｃｍ－２以下で、注入エネルギーは１００ｋｅＶ以上、５００ｋｅＶ以下である。この場合の高抵抗領域１４の深さは０．１μｍ以上、０．５μｍ以下であり、濃度は５．０×１０１７ｃｍ－３以上、５．０×１０１８ｃｍ－３以下である。高抵抗領域１４の電界緩和効果を効果的に発揮するためには、逆方向電圧を印加したときに半導体層１１内のトレンチ１１１の底面から深さ方向に形成される空乏層の幅をＷ、高抵抗領域１４のドナー濃度をＮｄ、トレンチ１１１の底面からの高抵抗領域１４の深さをＤ、高抵抗領域１４のアクセプター濃度をＮａとしたときに、Ｗ×Ｎｄ＜Ｄ×Ｎａの関係を満たすことが好ましい。ただし、窒素の方がＭｇよりも注入後のアニールによる拡散が小さく、高抵抗領域１４が高い抵抗を維持しやすい。また、上述のように、半導体層１１の主面の面方位が（００１）であって、かつメサ部１１２のライン状の平面パターンの長さ方向が［０１０］（幅方向が［１００］）である場合に、メサ部１１２に注入された窒素が側部の表面に効果的に拡散し、メサ部１１２の内部の窒素濃度が大きく低下するという効果が得られるが、窒素の代わりにＭｇを用いた場合は同様の効果は得られない。
【0116】
また、上記第１～４の実施の形態において絶縁膜１５に用いられるＡｌ２Ｏ３膜の代わりに、ＨｆＯ２膜、ＺｒＯ２膜、Ｙ２Ｏ３膜、Ｓｉ３Ｎ４膜、又はこれらのうちの２つ以上を含む積層膜を用いてもよい。
【0117】
また、上記第１～４の実施の形態では、ショットキーバリアダイオード１～４の半導体基板１０及び半導体層１１の材料として酸化ガリウム系半導体を用いているが、ＳｉＣなどの酸化ガリウム系半導体以外のワイドバンドギャップ半導体を用いてもよい。ここで、ワイドバンドギャップ半導体とは、３．０ｅＶ以上のバンドギャップを有する半導体を指すものとする。また、半導体基板１０及び半導体層１１に用いられるｎ型不純物とｐ型不純物も半導体層１１の材料に応じて適宜選択して用いられる。また、ショットキーバリアダイオード１～４に添加される不純物や部材の導電型（ｎ型とｐ型）は逆であってもよい。
【0118】
すなわち、本発明によれば、次のショットキーバリアダイオードを提供することができる。
［１］メサ部を形成するトレンチを第１の面に有する、ワイドバンドギャップ半導体からなる第１導電型の半導体層と、前記半導体層のトレンチの底部に設けられた、前記第１導電型と異なる第２導電型の不純物を含む高抵抗領域と、前記トレンチの内面のうちの少なくとも底面を覆うように設けられた、絶縁膜又は前記第２導電型の半導体膜と、前記絶縁膜又は前記半導体膜を介して前記半導体層上に設けられ、前記メサ部に接続されたアノード電極と、前記半導体層の前記第１の面の反対側の第２の面上に直接又は他の層を介して設けられたカソード電極と、を備えた、ショットキーバリアダイオード。
［２］逆方向電圧を印加したときに前記半導体層内の前記トレンチの底面から深さ方向に形成される空乏層の幅をＷ、前記高抵抗領域のドナー濃度をＮｄ、前記トレンチの底面からの前記高抵抗領域の深さをＤ、前記高抵抗領域のアクセプター濃度をＮａとしたとき、Ｗ×Ｎｄ＜Ｄ×Ｎａの関係を満たす、上記［１］に記載のショットキーバリアダイオード。
［３］前記ワイドバンドギャップ半導体が酸化ガリウム系半導体であり、前記第１導電型と前記第２導電型がそれぞれｎ型とｐ型である、上記［１］又は［２］に記載のショットキーバリアダイオード。
［４］前記第２導電型の不純物が窒素である、［３］に記載のショットキーバリアダイオード。
［５］前記トレンチが、前記メサ部と前記メサ部の周囲を囲む環状の突起を形成し、前記突起上に、前記第２導電型の環状のガードリングが設けられた、上記［１］又は［２］に記載のショットキーバリアダイオード。
［６］前記半導体層の主面の面方位が（００１）であり、前記メサ部が、長さ方向が［０１０］のライン状の平面パターンを有し、前記メサ部の側部の表面に前記第２導電型の不純物が含まれる、上記［４］に記載のショットキーバリアダイオード。
［７］前記メサ部が、意図的に添加された前記第１導電型の不純物を含まない、上記［６］に記載のショットキーバリアダイオード。
［１］メサ部を形成するトレンチを第１の面に有する、ワイドバンドギャップ半導体からなる第１導電型の半導体層と、前記半導体層のトレンチの底部に設けられた、前記第１導電型と異なる第２導電型の不純物を含む高抵抗領域と、前記トレンチの内面のうちの少なくとも底面を覆うように設けられた、絶縁膜又は前記第２導電型の半導体膜と、前記絶縁膜又は前記半導体膜を介して前記半導体層上に設けられ、前記メサ部に接続されたアノード電極と、前記半導体層の前記第１の面の反対側の第２の面上に直接又は他の層を介して設けられたカソード電極と、を備えた、ショットキーバリアダイオード。
［２］逆方向電圧を印加したときに前記半導体層内の前記トレンチの底面から深さ方向に形成される空乏層の幅をＷ、前記高抵抗領域のドナー濃度をＮｄ、前記トレンチの底面からの前記高抵抗領域の深さをＤ、前記高抵抗領域のアクセプター濃度をＮａとしたとき、Ｗ×Ｎｄ＜Ｄ×Ｎａの関係を満たす、上記［１］に記載のショットキーバリアダイオード。
［３］前記ワイドバンドギャップ半導体が酸化ガリウム系半導体であり、前記第１導電型と前記第２導電型がそれぞれｎ型とｐ型である、上記［１］又は［２］に記載のショットキーバリアダイオード。
［４］前記第２導電型の不純物が窒素である、［３］に記載のショットキーバリアダイオード。
［５］前記トレンチが、前記メサ部と前記メサ部の周囲を囲む環状の突起を形成し、前記突起上に、前記第２導電型の環状のガードリングが設けられた、上記［１］又は［２］に記載のショットキーバリアダイオード。
［６］前記半導体層の主面の面方位が（００１）であり、前記メサ部が、長さ方向が［０１０］のライン状の平面パターンを有し、前記メサ部の側部の表面に前記第２導電型の不純物が含まれる、上記［４］に記載のショットキーバリアダイオード。
［７］前記メサ部が、意図的に添加された前記第１導電型の不純物を含まない、上記［６］に記載のショットキーバリアダイオード。
【0119】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。また、発明の主旨を逸脱しない範囲内において上記実施の形態の構成要素を任意に組み合わせることができる。また、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
【符号の説明】
【0120】
１、２、３…ショットキーバリアダイオード、 １０…ｎ型半導体基板、 １１…半導体層、 １１１…トレンチ、 １１２…メサ部、 １１３…突起、 １４…高抵抗領域、 １５…絶縁膜、 １６…アノード電極、 １７…カソード電極、 １８…ガードリング、 ４０…ｐ型半導体膜、 ６１…ｎ型不純物注入領域
【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】
