特表 2023-532305 炭化ケイ素パワーダイオード装置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】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-07-27

(54)【発明の名称】炭化ケイ素パワーダイオード装置およびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 29/872 20060101AFI20230720BHJP

   H01L 29/861 20060101ALI20230720BHJP

   H01L 29/47 20060101ALI20230720BHJP

   H01L 21/329 20060101ALI20230720BHJP

【ＦＩ】

H01L29/86 301F

H01L29/86 301D

H01L29/86 301E

H01L29/91 K

H01L29/48 F

H01L29/48 E

H01L29/48 D

H01L29/86 301P

H01L29/48 P

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022580919

(86)(22)【出願日】2021-06-30

(85)【翻訳文提出日】2023-02-22

(86)【国際出願番号】 CN2021103440

(87)【国際公開番号】W WO2022002111

(87)【国際公開日】2022-01-06

(31)【優先権主張番号】202010626798.6

(32)【優先日】2020-07-01

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(31)【優先権主張番号】202021269885.2

(32)【優先日】2020-07-01

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(31)【優先権主張番号】202010626793.3

(32)【優先日】2020-07-01

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(31)【優先権主張番号】16/928,373

(32)【優先日】2020-07-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】522501384

【氏名又は名称】シアメン サンアン インテグレイテッド サーキット カンパニー リミテッド

【氏名又は名称原語表記】ＸＩＡＭＥＮ ＳＡＮＡＮ ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ ＣＩＲＣＵＩＴ ＣＯ．，ＬＴＤ．

(74)【代理人】

【識別番号】100116322

【弁理士】

【氏名又は名称】桑垣 衛

(72)【発明者】

【氏名】タオ、ヨンホン

(72)【発明者】

【氏名】リン、ジドン

(72)【発明者】

【氏名】ペン、ジガオ

【テーマコード（参考）】

4M104

【Ｆターム（参考）】

4M104AA03

4M104BB05

4M104BB06

4M104BB14

4M104BB16

4M104BB17

4M104BB18

4M104CC01

4M104CC03

4M104DD26

4M104DD37

4M104DD79

4M104EE05

4M104EE15

4M104EE17

4M104EE18

4M104FF11

4M104FF32

4M104FF35

4M104GG02

4M104GG03

4M104GG18

(57)【要約】

活性領域を含むＳｉＣエピタキシャル層が設けられた第１表面、及び第２表面によって形成されるＳｉＣ基板を有する炭化ケイ素パワーダイオード装置が提供される。ショットキー金属層は活性領域上に設けられ、第１電極層はショットキー金属層上に設けられる。第１オーミック接触金属層はＳｉＣ基板上に設けられ、第２電極層は第１オーミック接触金属層上に設けられる。ＳｉＣエピタキシャル層の活性領域は、複数の第１Ｐ型領域、複数の第２Ｐ型領域、およびＮ型領域を含む。第１Ｐ型領域、およびオーミック接触金属層が設けられていない第２Ｐ型領域は、第２Ｐ型領域のサイズを最小にすると共に、第１Ｐ型領域の与えられるサイズのためにＮ型領域を最大にしつつ、離隔されている。第２オーミック接触金属層は、第１Ｐ型領域とショットキー金属層との間に配置されている。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

炭化ケイ素パワーダイオード装置であって、少なくとも、
活性領域を含むＳｉＣエピタキシャル層が設けられた第１表面、及び第２表面によって形成されるＳｉＣ基板と、
前記ＳｉＣエピタキシャル層の活性領域の表面上に設けられるショットキー金属層と、
前記ショットキー金属層の表面上に設けられる第１電極層と、
前記ＳｉＣ基板の第２表面上に設けられる第１オーミック接触金属層と、
前記第１オーミック接触金属層の表面上に設けられる第２電極層と、
第２オーミック接触金属層と、を備え、
前記ＳｉＣエピタキシャル層の活性領域は、複数の第１Ｐ型領域、複数の第２Ｐ型領域、およびＮ型領域を含み、
前記第１Ｐ型領域および前記第２Ｐ型領域は、前記第２Ｐ型領域のサイズを最小にすると共に、第１Ｐ型領域の与えられるサイズのためにＮ型領域を最大にしつつ、離隔されており、
前記第２オーミック接触金属層は、第１Ｐ型領域とショットキー金属層との間に配置されており、
前記第２Ｐ型領域には、オーミック接触金属層が設けられていない、炭化ケイ素パワーダイオード装置。

【請求項2】

請求項１に記載の炭化ケイ素パワーダイオード装置において、
前記第２オーミック接触金属層は、前記第１Ｐ型領域を完全に覆う、炭化ケイ素パワーダイオード装置。

【請求項3】

請求項１に記載の炭化ケイ素パワーダイオード装置において、
前記第２オーミック接触金属層は、第１Ｐ型領域を部分的に覆う、炭化ケイ素パワーダイオード装置。

【請求項4】

請求項１に記載の炭化ケイ素パワーダイオード装置において、
前記第１Ｐ型領域および前記第２Ｐ型領域はいずれもストリップ状であり、
前記第１Ｐ型領域の幅は、前記第２Ｐ型領域の幅よりも大きい、炭化ケイ素パワーダイオード装置。

【請求項5】

請求項４に記載の炭化ケイ素パワーダイオード装置において、
前記第１Ｐ型領域の幅はそれぞれ同じであり、前記第１Ｐ型領域は等間隔で配置されている、炭化ケイ素パワーダイオード装置。

【請求項6】

請求項４に記載の炭化ケイ素パワーダイオード装置において、
前記第１Ｐ型領域の幅はすべて同じではない、炭化ケイ素パワーダイオード装置。

【請求項7】

請求項６に記載の炭化ケイ素パワーダイオード装置において、
前記第１Ｐ型領域の対向する辺の間の距離は、隣り合う第１Ｐ型領域間で同じである、炭化ケイ素パワーダイオード装置。

【請求項8】

請求項１に記載の炭化ケイ素パワーダイオード装置において、
前記第１Ｐ型領域および前記第２Ｐ型領域は、ブロック状の領域である、炭化ケイ素パワーダイオード装置。

【請求項9】

請求項８に記載の炭化ケイ素パワーダイオード装置において、
前記第１Ｐ型領域のいずれか１つの表面積は、前記第２Ｐ型領域のいずれか１つの表面積よりも大きい、炭化ケイ素パワーダイオード装置。

【請求項10】

請求項９に記載の炭化ケイ素パワーダイオード装置において、
前記第１Ｐ型領域および前記第２Ｐ型領域は、矩形領域、台形領域、正多角形領域、円形領域、不定形領域、またはこれらの組み合わせからなる、炭化ケイ素パワーダイオード装置。

【請求項11】

請求項１に記載の炭化ケイ素パワーダイオード装置において、
前記第１Ｐ型領域および前記第２Ｐ型領域は、ストライプ状の領域およびブロック状の領域の組み合わせからなる、炭化ケイ素パワーダイオード装置。

【請求項12】

請求項１１に記載の炭化ケイ素パワーダイオード装置において、
少なくとも１つの前記第１Ｐ型領域がストリップ状であり、少なくとも１つの前記第２Ｐ型領域がブロック状であり、
前記第１Ｐ型領域の１つの表面積は、前記第２Ｐ型領域の１つの表面積よりも大きい、炭化ケイ素パワーダイオード装置。

【請求項13】

請求項１１に記載の炭化ケイ素パワーダイオード装置において、
少なくとも１つの前記第１Ｐ型領域がブロック状であり、少なくとも１つの第２Ｐ型領域がストリップ状であり、
前記第１Ｐ型領域の１つの半径方向の幅は、前記第２Ｐ型領域の１つの表面幅よりも大きい、炭化ケイ素パワーダイオード装置。

【請求項14】

請求項１に記載の炭化ケイ素パワーダイオード装置において、
前記Ｎ型領域の総表面積は、前記第１Ｐ型領域および前記第２Ｐ型領域を組み合わせた領域の総表面積の１～１０倍である、炭化ケイ素パワーダイオード装置。

【請求項15】

請求項１４に記載の炭化ケイ素パワーダイオード装置において、
前記第１Ｐ型領域の表面幅は１～１０μｍであり、２以上の前記第１Ｐ型領域が存在している、炭化ケイ素パワーダイオード装置。

【請求項16】

請求項１４に記載の炭化ケイ素パワーダイオード装置において、
前記第２Ｐ型領域の表面幅は、０．１μｍ以上である、炭化ケイ素パワーダイオード装置。

【請求項17】

請求項１に記載の炭化ケイ素パワーダイオード装置において、
前記第１オーミック接触金属層および前記第２オーミック接触金属層は、チタン、ニッケル、アルミニウム、金、タンタル、またはタングステンのいずれか１つまたはこれらの組み合わせである、炭化ケイ素パワーダイオード装置。

【請求項18】

請求項１に記載の炭化ケイ素パワーダイオード装置において、
前記ショットキー金属層は、チタン、タングステン、タンタル、ニッケル、モリブデン、または白金のいずれか１つまたはこれらの組み合わせである、炭化ケイ素パワーダイオード装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体装置の技術分野に関し、より詳細には、炭化ケイ素パワーダイオード装置および炭化ケイ素パワーダイオード装置を製造するための方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来のＳｉベースのデバイスと比較して、ＳｉＣデバイスには、動作周波数がより高く、動作損失がより少なく、動作温度がより高いという特性がある。ＳｉＣパワーデバイスの代表的なデバイスとして、ＳｉＣダイオードは、電源、新エネルギー車、および他の分野において広く使用されている。

【0003】

ＳｉＣ ＳＢＤ（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｄｉｏｄｅ：ショットキーバリアダイオード）の順方向電圧は低く、動作周波数は高い。ＰｉＮダイオードの逆方向回復時間および損失は存在しない。ただし、逆阻止特性に劣るため、動作電圧は２００Ｖ未満にしかなり得ず、満足できるものではない。６５０Ｖ／１２００Ｖの高電圧分野における需要。

【0004】

ＳｉＣ ＳＢＤの改良構造として、ＳｉＣ ＪＢＳ（Ｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｓｃｈｏｔｔｋｙ：ジャンクションバリアショットキー）では、ＳＢＤデバイス構造に基づいて、活性領域にＰ型注入を行う。ＰＮ比、注入ドーピング濃度、および注入量等のパラメータを調整することによって、リーク電流が大幅に低減され、ＪＢＳデバイスの逆素子特性が改善されるほか、デバイスの信頼性の向上も可能となる。ただし、ＪＢＳは、サージ耐力および安定性に劣ることから、屋外の耐サージ・耐雷試験環境では顧客のニーズを満たせない場合がある。

【0005】

ＳｉＣ ＭＰＳ（Ｍｅｒｇｅｄ ＰｉＮ Ｓｃｈｏｔｔｋｙ：組み合わせＰｉＮショットキー）は、ＪＢＳおよびＰｉＮダイオードの特性を組み合わせた新たなダイオード構造である。これは、活性領域のＰ型注入領域上にオーミック接触を形成する。大電流条件下では、ＰｉＮダイオードのポテンシャル障壁がオンとなり、デバイスの突入電流がさらに増加して、よりハイエンドな分野のニーズを満たすことができる。

【0006】

従来技術において、ＳｉＣ ＭＰＳでは通例、複数のＰ型注入領域を活性領域に形成するとともに、オーミック接触金属を各Ｐ型注入領域上に成長させるが、既存の機器（リソグラフィ装置）およびエッチングプロセスの制約から、Ｐ型注入領域をより良好にエッチングしてオーミック接触金属の成長を促進するには、Ｐ型注入領域の面積を適切に大きくしてより良好なプロセスウィンドウを実現する必要があり、そうしなければ、過度に高いアスペクト比のため、エッチングおよび金属成長等のエッチング関連プロセスの実行が困難になり、また、デバイスの突入電流が十分に大きく電流が十分に安定することを確保するために、十分なＰ型注入領域を設定する必要があるものの、これはＮ型導電性領域の減少に直接つながり、順方向電圧の降下が大きくなるため、デバイスの伝導損失が増加する。したがって、Ｎ型導電性領域のサイズを確保する場合には、Ｐ型注入領域の数的要件と、小型化という設計の方向性と、の間に矛盾がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明の目的は、現行技術の欠点を克服して、ＭＰＳデバイスが良好な順方向サージ耐力および順方向伝導特性を有する一方で、狭隘なウィンドウによるオーミック接触プロセスの問題を回避する、炭化ケイ素パワーダイオード装置およびその作製方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の技術的解決手段は、以下の通りである。
炭化ケイ素パワーダイオード装置は、
ＳｉＣ基板と、ＳｉＣ基板の第１表面上に配設され、活性領域が設けられたＳｉＣエピタキシャル層と、を少なくとも備える。

【0009】

ＳｉＣエピタキシャル層の活性領域の表面上には、ショットキー金属層が設けられる。
ショットキー金属層の表面上には、第１電極層が設けられる。
ＳｉＣ基板の第２表面上には、第１オーミック接触金属層が設けられる。

【0010】

第１オーミック接触金属層の表面上には、第２電極層が設けられる。
活性領域は、少なくとも１つまたは複数の第１Ｐ型領域、複数の第２Ｐ型領域、およびＮ型領域を含む。第１Ｐ型領域および第２Ｐ型領域は離隔されており、第１Ｐ型領域の表面には、Ａ第２オーミック接触金属層が設けられており、第２オーミック接触金属層は、第１Ｐ型領域とショットキー金属層との間に配置されており、第２Ｐ型領域には、オーミック接触金属層が設けられていない。

【0011】

その中でも、炭化ケイ素エピタキシャル層の活性領域には、第１Ｐ型領域のサイズ（表面積を含むがこれに限定されない）が与えられ、第２Ｐ型領域のサイズ（表面積を含むがこれに限定されない）は、最小化される、および（Ｎ型領域の最大サイズを含むがこれに限定されない）。

【0012】

ここで、第１Ｐ型領域の与えられるサイズ（表面積を含むがこれに限定されない）は、第２Ｐ型領域（幅を含むがこれに限定されない）の設定のサイズ（表面積を含むがこれに限定されない）よりも大きい。

【0013】

その中でも、第２オーミック接触金属層は、第１Ｐ型領域を完全に覆う。
第２オーミック接触金属層は、第１Ｐ型領域を完全には覆わないバルク金属層である。
第１Ｐ型領域および第２Ｐ型領域はいずれもストリップ状であり、任意の第１Ｐ型領域の表面の幅は、任意の第２Ｐ型領域の幅よりも大きい。

【0014】

ここで、第１Ｐ型領域はそれぞれ、同じ幅を有し、等間隔で配置されている。
その中でも、第１Ｐ型領域の幅は、すべて同じではない。
ここで、隣り合う第１Ｐ型領域の隣り合う辺間の距離は、同じであり、すなわち、第１Ｐ型領域の対向辺間の距離は、隣り合う第１Ｐ型領域間で同じである。

【0015】

その中でも、第１Ｐ型領域および第２Ｐ型領域は、ブロック領域である。
ここで、任意の１つの第１Ｐ型領域の表面の平面積は、任意の１つの第２Ｐ型領域の表面の平面積よりも大きい。

【0016】

第１Ｐ型領域および第２Ｐ型領域は、矩形領域、台形領域、正多角形領域（正六角形等）、円形領域、不定形領域、またはこれらの組み合わせである。
ここで、第１Ｐ型領域および第２Ｐ型領域は、ストライプおよびブロック領域（たとえば、正方形領域）の組み合わせである。

【0017】

ここで、少なくとも１つの第１Ｐ型領域がストリップ状であり、少なくとも１つの第２Ｐ型領域がブロック状であり、第１Ｐ型領域の表面の平面積は、第２Ｐ型領域の表面の平面積よりも大きい。

【0018】

ここで、少なくとも１つの第１Ｐ型領域がブロック状であり、少なくとも１つの第２Ｐ型領域がバー状であり、任意の方向における第１Ｐ型領域の表面の半径方向の幅は、第２Ｐ型領域の表面の幅よりも大きい。

【0019】

Ｎ型領域の表面の総平面積は、第１Ｐ型領域の表面および第２Ｐ型領域の表面の総平面積の１～１０倍である。
その中でも、任意の第１Ｐ型領域の表面の幅の値は、１～１０μｍであり、その数は２以上である。

【0020】

その中でも、任意の第２Ｐ型領域の表面の幅は、０．１μｍ以上である。
第１オーミック接触金属層および第２オーミック接触金属層は、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｌ、Ａｕ、Ｔａ、またはＷのいずれか１つまたはこれらの組み合わせである。

【0021】

ここで、ショットキー金属層は、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｍｏ、またはＰｔのいずれか１つまたはこれらの組み合わせである。
炭化ケイ素パワーダイオード装置を製造するための方法は、
（１）Ｎ型活性領域を含むＳｉＣエピタキシャル層をＳｉＣ基板の第１表面上に成長させるステップと、
（２）保護膜をＳｉＣエピタキシャル層の表面上に堆積させ、エッチングによって複数の離間した注入ウィンドウをＮ型活性領域に開けて、Ｎ型活性領域の注入ウィンドウにイオン注入を実行するステップと、を含み、高温による活性化によって、Ｎ型活性領域は、少なくとも１つの第１Ｐ型領域と、間隔を空けて配置された複数の第２Ｐ型領域と、を形成する。

【0022】

（３）第１Ｐ型領域の表面は、金属層により全部または一部が覆われ、第２Ｐ型領域の表面は、金属層により覆われず、高温アニーリングによって、第１Ｐ型領域の表面上に第２オーミック接触金属層が形成される。

【0023】

（４）ＳｉＣエピタキシャル層は、高温でのアニーリングによってショットキー金属層を形成する金属層により覆われ、ショットキー金属層上に第１電極層が堆積される。
その中でも、ステップ（２）において、端子領域における注入領域がエッチングにより開けられ、端子領域の注入領域にイオン注入が実行され、活性化（高温活性化等）によって、端子領域が端子構造を形成する。

【0024】

その中でも、（５）第１パッシベーション層を端子構造の表面上に成長させ、第２パッシベーション層を第１パッシベーション層の表面上に形成して、エッチングによって第１電極層の接触領域を得るステップと、をさらに含み、第１オーミック接触金属層の表面上に第２電極層が堆積される。

【0025】

ここで、ステップ（３）またはステップ（５）は、ＳｉＣ基板の第２層を金属層で覆うステップと、高温アニーリングによって第１オーミック接触金属層をＳｉＣ基板の第２表面上に形成するステップと、をさらに含み、第１オーミック接触金属層の表面上に第２電極層が堆積される。

【0026】

その中でも、第１オーミック接触金属層および第２オーミック接触金属層を形成するための高温アニーリングプロセスは、８００℃ １１００℃ １１００℃で、時間が６０秒～３００秒であり、ショットキー金属層を形成する高温アニーリングプロセスは、温度が３００℃～５００℃で、時間が６０秒～３００秒である。

【0027】

その中でも、第１電極層の厚さは、２５μｍであり、第１パッシベーション層の厚さは、０．５ ３μｍであり、第２電極層の厚さは、２～５μｍである。
ここで、第１オーミック接触金属層および第２オーミック接触金属層は、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｌ、Ａｕ、Ｔａ、またはＷのいずれか１つまたはこれらの組み合わせである。

【0028】

ここで、ショットキー金属層は、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｍｏ、またはＰｔのいずれか１つまたはこれらの組み合わせである。
その中でも、第１Ｐ型領域および第２Ｐ型領域はいずれもストリップ状であり、１つの第１Ｐ型領域の表面積は、１つの第２Ｐ型領域の表面積よりも大きい。

【0029】

その中でも、第１Ｐ型領域および第２Ｐ型領域はいずれもブロック領域であり、１つの第１Ｐ型領域の表面積は、１つの第２Ｐ型領域の表面積よりも大きい。
その中でも、第１Ｐ型領域および第２Ｐ型領域は、ストリップ領域とブロック領域との組み合わせであり、第１Ｐ型領域がストリップで第２Ｐ型領域がブロック領域の場合、第１Ｐ型領域の表面積は、第２Ｐ型領域の表面積よりも大きく、第１Ｐ型領域がブロック領域で第２Ｐ型領域がストリップの場合、任意の方向における第１Ｐ型領域の表面の半径方向の幅、第２Ｐ型表面の幅。

【0030】

本発明の有益な効果は、以下の通りである。
本発明の炭化ケイ素パワーダイオード装置には、概ね２つの仕様のＰ型領域が設けられている。表面積がより大きく範囲がより幅広の第１Ｐ型領域の表面はオーミック接触金属により覆われ、表面積がより小さくより狭隘な表面積。第２Ｐ型領域の表面にはオーミック接触金属が存在しない。小電流条件下では電流が活性領域のＮ型領域を通過し、大電流条件下ではダイオードの順方向電圧が上昇し、オーミック接触に覆われた第１Ｐ型領域の表面により形成されたＰｉＮダイオード障壁がオンとなる。この領域を電流が通過可能となるため、ダイオードのサージ電流耐力が向上する。

【0031】

本発明の炭化ケイ素パワーダイオード装置の作製方法は、本発明の炭化ケイ素パワーダイオード装置の作製に用いられる。小電流条件下では、ダイオードのＮ型領域は、電流を伝達する領域である。理論上、Ｐ型領域の表面積が同じという前提の下では、Ｎ型領域の表面積が大きいほど、ダイオードの順方向電流耐力が強くなる。大電流条件下では、理論上、Ｎ型領域の表面積が同じという前提の下では、オーミック接触金属により覆われるＰ型領域の表面積が大きいほど、ダイオードのサージ耐力が強くなる。したがって、ダイオードの順方向電流耐力とサージ耐力とをどう選定するかがデバイスの構造設計の焦点であり、難しさでもある。半導体装置およびプロセスの能力の問題から、オーミック金属接触を各Ｐ型注入領域上に構成するのに必要なエッチングプロセスの精度が高すぎる。プロセスの安定性および量産可能な種類に適合するために、オーミック金属によって覆われるＰ型領域の表面の幅は０．３ｕｍよりも大きく、したがってＮ型領域の表面積の一部が無駄になる。本発明の炭化ケイ素パワーダイオード装置では、２つの異なる仕様のＰ型領域を使用し、表面積がより大きく範囲がより幅広の第１Ｐ型領域の表面はオーミック接触金属によって覆われ、表面積がより小さくより狭隘な第２Ｐ型領域。そのゾーンの表面にはオーミック接触金属が存在しない。これら２つの組み合わせによって、ダイオードの同じサージ耐力を維持しつつ、ダイオードの電流密度を高くするとともに、オン電圧の降下を抑えられる。

【図面の簡単な説明】

【0032】

【図1】第１実施形態における活性領域の模式構造図である（第２オーミック接触金属層は、第１Ｐ型領域を完全に覆う）。

【図2】第１実施形態の模式断面図である（第２オーミック接触金属層は、第１Ｐ型領域を完全に覆う）。

【図3】第１実施形態に係る活性領域の模式構造図である（第２オーミック接触金属層は、バルク金属層である）。

【図4】参考例の活性領域の構造の模式図である。

【図5】参考例の模式断面図である。

【図6】本発明のＩ‐Ｖ特性曲線と参考例とを比較した模式図である。

【図7】第２実施形態における活性領域の模式構造図である。

【図8】第３実施形態における活性領域の模式構造図である。

【発明を実施するための形態】

【0033】

図中、１０はＳｉＣ基板、２０はＳｉＣエピタキシャル層、２１は活性領域、２２は第１Ｐ型領域、２３は第２Ｐ型領域、２４はＮ型領域、２５は端子領域、２６は端子構造、３０はショットキー金属層、４０は第１電極層、５０は第１オーミック接触金属層、６０は第２電極層、７０は第２オーミック接触金属層、８１は第１パッシベーション層、８２は第２パッシベーション層である。

【0034】

以下、図面および実施形態を参照して、本発明をさらに詳しく説明する。
本発明は、順方向サージ耐力および順方向伝導特性、（オーミック金属堆積の影響を考慮する必要があるため）オーミックプロセスウィンドウを十分に狭くできない点等の、従来技術の既存のＭＰＳデバイスの欠点を解決するための、炭化ケイ素を提供する。パワーダイオード装置およびその作製方法、特にＭＰＳデバイスは、プロセス互換性の向上、複雑なプロセスの簡素化、ならびに順方向電圧の降下の抑制、高い逆電圧、および大きなサージ電流といった特性の実現を可能にする。

【0035】

第１実施形態
図１および図２に示すように、本発明の炭化ケイ素パワーダイオード装置すなわちＭＰＳデバイスは、
ＳｉＣ基板１０を少なくとも具備し、
ＳｉＣ基板１０の第１表面上には、ＳｉＣエピタキシャル層２０が設けられ、このＳｉＣエピタキシャル層２０には、活性領域２１が設けられており、
ＳｉＣエピタキシャル層２０の活性領域２１の表面上には、ショットキー金属層３０が設けられており、
ショットキー金属層３０の表面上には、第１電極層４０が配設されており、
ＳｉＣ基板１０の第２表面上には、第１オーミック接触金属層５０が設けられており、
第１オーミック接触金属層５０の表面上には、第２電極層６０が配設されており、
活性領域２１は、複数の第１Ｐ型領域２２、複数の第２Ｐ型領域２３、およびＮ型領域２４を含み、第１Ｐ型領域２２の表面には、第２オーミック接触金属層７０が設けられている、すなわち、第１Ｐ型領域２２。第２オーミック接触金属層７０は、オーミック接触である。第２オーミック接触金属層７０は、第１Ｐ型領域２２とショットキー金属層３０との間に配置されている。第２Ｐ型領域２３には、オーミック接触金属層が設けられていない。すなわち、ショットキー金属層３０によって直接覆われている。第２Ｐ型領域２２に第２オーミック接触金属層７０が設けられ、第２Ｐ型領域２３にオーミック接触金属層が設けられていない構造に基づく。その中でも、ＳｉＣエピタキシャル層２０の活性領域には、第１Ｐ型領域２２のサイズ（表面積を含むがこれに限定されない）が与えられ、第２Ｐ型領域２３のサイズ（表面積を含むがこれに限定されない）は、最小面積であって、Ｎ型領域２４のサイズ（表面積を含むがこれに限定されない）を最大化する。さらに、所与の設定における第１Ｐ型領域２２の領域サイズ（表面積を含むがこれに限定されない）は、第２Ｐ型領域２３（表面積の幅を含むがこれに限定されない）の領域サイズ（表面積を含むがこれに限定されない）よりも大きい。

【0036】

本発明においては、活性領域２１のサイズが固定されている条件下で、Ｎ型領域２４の表面の平面積が大きくなるように第１Ｐ型領域２２および第２Ｐ型領域２３の表面の総平面積を縮小でき、第２Ｐ型領域２３の幅が可能な限り狭く実装されてもよい。これにより、デバイスの総面積の増加なく、順方向電圧の降下が抑えられ、順方向伝導特性が向上する。本発明において、第１Ｐ型領域２２の範囲内で電流を通す有効範囲のサイズは、第１Ｐ型領域２２と第２オーミック接触金属層７０との重畳面積のサイズによって実際に決まる。第１Ｐ型領域２２が十分に大きいという事実に基づいて、第２オーミック接触金属層７０の形状を多様化可能であり、良好な順方向サージ耐力を満たせると同時に、第２Ｐ型領域２３を可能な限り狭隘化可能である。本発明において、第１Ｐ型領域２２と第２Ｐ型領域２３との間のサイズの関係は、以下の原理に従って選択可能である。すなわち、任意の第１Ｐ型領域２２の表面がオーミック接触の全部または一部を覆う場合、任意の１つの第２Ｐ型領域２３の表面がオーミック接触を完全に覆うものと仮定すると、第１Ｐ型領域２２を通る電流の量を第２Ｐ型領域２３よりも多くする必要がある。

【0037】

特定の実施態様において、第２オーミック接触金属層７０は、第１Ｐ型領域２２の範囲を超えて覆うような実装、第１Ｐ型領域２２と実質的に一致するような実装、第１Ｐ型領域２２よりもわずかに小さくなるような実装、またはＰ型領域２２の第１部分のみを覆うような実装が可能である。

【0038】

本実施形態において、第１Ｐ型領域２２および第２Ｐ型領域２３はいずれもストリップ状であり、任意の第１Ｐ型領域２２の表面積は、任意の第２Ｐ型領域２３の表面積よりも大きい。第１Ｐ型領域２２および第２Ｐ型領域２３がいずれもストリップ状で、第１Ｐ型領域２２と第２Ｐ型領域２３との長さの差が小さい場合は、幅の値を表すことによって、第１Ｐを決定することができる。型領域２２および第２Ｐ型領域２３の表面の平面積間の差の関係。本発明においては、隣り合う第２オーミック接触金属層７０の動作による発熱が相互に影響してデバイスの全体的な放熱に影響が及ぶことでデバイスが不安定になることを回避するために、第１Ｐ型領域２２および第２Ｐ型領域２３を交互に配置している。

【0039】

本実施形態においては、第１Ｐ型領域２２の幅が同じであり、等間隔に配置されているか、あるいは、第１Ｐ型領域２２の幅はすべてが同じではなく、隣り合う第１Ｐ型領域２２の対向する辺の間の距離が同じであり、さらに、動作によって第２オーミック接触金属層７０が発生させた熱の均一な分散によって、放熱性が向上するとともに、全体の温度上昇を効果的に制御してデバイスの安定性を確保することができる。特定の実施態様において、隣り合う第１Ｐ型領域２２間の幾何学的中心距離は、１０μｍ～３００μｍである。

【0040】

特定の実施態様において、第１Ｐ型領域２２および第２Ｐ型領域２３は、矩形ストリップ、台形ストリップ、正六角形、不定形ストリップ（くさび状もしくは長辺を有する他の不定形ストリップ）、またはこれらの組み合わせとして実装されてもよい。本実施形態において、第２オーミック接触金属層７０は、第１Ｐ型領域２２を完全に覆っており、矩形ストリップとして実装されている。

【0041】

別の実施形態として、図３に示すように、第２オーミック接触金属層７０は、第１Ｐ型領域２２を完全には覆わないブロック状金属層である。第１Ｐ型領域がそれぞれ、少なくとも１つの第２オーミック接触金属層７０によって覆われている。第２オーミック接触金属層７０がブロック状金属層である場合は、隣り合う第２オーミック接触金属層７０の中心距離が１０μｍ～３００μｍであり、また、第２オーミック接触金属層７０は、均一に配置されており、これは、均一な放熱に有利であり、全体の温度上昇を効果的に制御して、デバイスの安定性を確保することができる。

【0042】

本発明による良好な順方向サージ耐力と順方向伝導特性とのバランスをとるために、Ｎ型領域２４の表面の総平面積は、第１Ｐ型領域２２および第２Ｐ型領域２３の総平面積の１～１０倍である。Ｎ型領域２４の総平面積は、第１Ｐ型領域２２および第２Ｐ型領域２３の総平面積の３倍であることが好ましい。また、任意の１つの第１Ｐ型領域２２の表面の幅の値は１～１０μｍであり、その数は２以上であり、任意の１つの第２Ｐ型領域２３の表面の幅の値は０．１μｍ以上である。

【0043】

活性領域２１を画定する有効領域として、ＳｉＣエピタキシャル層２０には、活性領域２１を囲む端子領域２５がさらに設けられており、端子領域２５の表面上には第１パッシベーション層８１が設けられ、第１パッシベーション層８１が第１電極層４０の表面縁部を覆っている。さらに、第１パッシベーション層８１の表面が第２パッシベーション層８２を覆っている。本実施形態において、第１パッシベーション層８１は、酸化ケイ素または窒化ケイ素で構成された誘電体層であり、第２パッシベーション層８２は、ポリイミドで構成されたＰＩ層である。

【0044】

第１オーミック接触金属層５０とＳｉＣ基板１０との間および第２オーミック接触金属層７０と第１Ｐ型領域２２との間の良好なオーミック特性を確保するために、第１オーミック接触金属層５０および第２オーミック接触金属層７０は、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｌ、Ａｕ、Ｔａ、またはＷのいずれか１つまたはこれらの組み合わせである。本実施形態において、第１オーミック接触金属層５０および第２オーミック接触金属層７０は、Ｔｉ／Ｎｉ組み合わせ多層である。

【0045】

ショットキー金属とＮ型領域２４との間の良好なショットキー特性を確保するために、ショットキー金属層３０は、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｍｏ、またはＰｔのいずれか１つまたはこれらの組み合わせである。本実施形態において、ショットキー金属層３０は、Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｇ組み合わせ多層金属である。

【0046】

従来技術に基づく参考例（図４および図５に示す）と比較して、本発明は、参考例の活性領域２１と同じ面積を有し、同じ数のＰ型領域が設けられているものと仮定する。これらの領域がすべて、オーミック接触金属層を覆っている。本発明においては、第１Ｐ型領域２２のみが第２オーミック接触金属層７０によって覆われ、第２Ｐ型領域２３が第２オーミック接触金属層７０によって覆われている。

【0047】

本発明においては、参考例と同じ順方向サージ耐力を保証するために、第１Ｐ型領域２２および第２Ｐ型領域２３の平面積が参考例のＰ型領域の総平面積よりも小さく、本発明におけるＮ型領域２４の平面積が参考例のＮ型領域２４の平面積よりも大きく、本発明は、参考例よりも優れた順方向伝導特性を有する。

【0048】

実験により、大きな順方向電流を通す場合は、参考例のＰ型領域およびＮ型領域２４が大きな電流を通し得る。本発明の第２オーミック接触金属層７０およびＮ型領域２４の総平面積によって大きな電流を通すことができ、本発明は、参考例と同じ順方向サージ耐力を有する。

【0049】

小さな順方向電流を通す場合は、参考例および本発明のＮ型領域２４は、いずれも小さな電流を通し得る。本発明のＮ型領域２４の平面積が参考例よりも大きいことから、電流密度がより高くなるため、本発明は参考例よりも優れた順方向伝導特性を有する。

【0050】

図６に示すように、本発明において、小電流条件下では電流が活性領域のＮ型領域を通過し、大電流条件下ではダイオードの順方向電圧が上昇し、オーミック接触によって覆われた第１Ｐ型領域によって形成されたＰｉＮダイオード障壁が開放され、電流がこの領域を通過可能となって、ダイオードのサージ電流耐力が向上する。

【0051】

第２実施形態
本実施形態と第１実施形態との相違として、第１Ｐ型領域２２および第２Ｐ型領域２３の表面の形状が異なる。図７に示すように、本実施形態において、第１Ｐ型領域２２および第２Ｐ型領域２３エリア２３は、ブロック領域である。上記実施形態と同様に、本実施形態において、任意の第１Ｐ型領域２２の表面の平面積は、第２Ｐ型領域２３のいずれか１つの表面の平面積よりも大きい。

【0052】

特定の実施態様において、第１Ｐ型領域２２および第２Ｐ型領域２３は、矩形領域、正多角形領域、円形領域、不定形領域、またはこれらの組み合わせであり、第２オーミック接触金属層７０は通例、第１Ｐ型領域２２を完全に覆っており、第２オーミック接触金属層７０の形状は、第１Ｐ型領域２２と一致する。

【0053】

その他の部分については、第１実施形態と同じである。
第３実施形態
本実施形態と第１実施形態との相違として、第１Ｐ型領域２２および第２Ｐ型領域２３の表面の形状が異なる。図８に示すように、本実施形態において、第１Ｐ型領域２２および第２Ｐ型領域２３。エリア２３は、ストライプおよびブロック領域の組み合わせである。上記実施形態と同様に、本実施形態において、第１Ｐ型領域２２がストリップ状で、第２Ｐ型領域２３がバルク領域である場合、第１Ｐ型領域２２の表面の面積は、第２Ｐ型領域２３の表面の平面積よりも大きい。表面の平面積について、第１Ｐ型領域２２がブロック領域で、第２Ｐ型領域２３がストリップである場合、任意の方向における第１Ｐ型領域２２の表面の半径方向の幅は、第２Ｐ型領域２３の表面の幅よりも大きい。

【0054】

特定の実施態様において、第１Ｐ型領域２２および第２Ｐ型領域２３は、矩形ストリップ、台形ストリップ、不定形ストリップ、矩形領域、正多角形領域、円形領域、不定形領域、またはこれらの組み合わせであり、本実施形態においては、第１Ｐ型領域２２が矩形領域で、第２Ｐ型領域２３が矩形ストリップであり、また、第２オーミック接触金属層７０は通例、第１Ｐ型領域２２を完全に覆っており、第２オーミック接触金属層７０の形状は、第１Ｐ型領域２２と同じである。

【0055】

その他の部分については、第１実施形態と同じである。
第４実施形態
本発明は、炭化ケイ素パワーダイオード装置の作製に用いられる炭化ケイ素パワーダイオード装置を作製するための方法も提供し、そのステップは以下の通りである。

【0056】

（１）Ｎ型活性領域２１を有するＳｉＣエピタキシャル層２０をＳｉＣ基板１０の第１表面上に成長させ（具体的には、ＳｉＣ基板１０に対してＲＣＡ洗浄工程を実行する）、ＳｉＣ基板１０は、結晶形が４Ｈ‐ＳｉＣ、厚さが３５０μｍ、ドーピング濃度が１×１０^１９～１×１０^２０／ｃｍ^３であり、ＭＯＣＶＤを用いて、Ｎ型ＳｉＣ基板１０の第１表面上にＮ型ＳｉＣエピタキシャル層２０を成長させ、ＳｉＣエピタキシャル層２０は、厚さが５～８０μｍ、ドーピング濃度が１×１０^１４～５×１０^１６／ｃｍ^３である。

【0057】

（２）保護膜をＳｉＣエピタキシャル層２０の表面上に堆積させる（堆積方法としては、ＰＶＤまたはＣＶＤが可能である）。ドライエッチングを用いて、端子領域２５およびＮ型活性領域２１の注入領域に複数の離間した注入ウィンドウを開け、端子領域２５および活性領域２１の注入領域にイオン注入を実行すし、高温で活性化させた後、端子領域２５が端子構造２６を形成し、Ｎ型活性領域２１が複数の離間した第１Ｐ型領域２２および複数の第２Ｐ型領域２３を形成する。

【0058】

（３）ＳｉＣ基板１０の第２表面を金属層で覆い、第１Ｐ型領域２２の表面の全部または一部を金属層で覆い、第２Ｐ型領域の表面は金属層で覆わず、第１オーミック接触金属層５０をＳｉＣ基板１０の第２表面上に形成し、第２オーミック接触金属層７０を第１Ｐ型領域２２の表面上に形成する。

【0059】

ここでは、堆積またはスパッタリングによって金属層をＳｉＣ基板１０の第２表面上に形成し、堆積またはスパッタリングによって金属層を第１Ｐ型領域２２上に形成し、第１オーミック接触金属層５０を形成し、２‐オーミック接触金属層７０の第１高温アニーリングプロセス、その温度は８００℃～１１００℃であり、時間は６０秒～３００秒である。

【0060】

（４）金属層をＳｉＣエピタキシャル層２０の表面に被覆し、高温アニーリングによってショットキー金属層３０を形成し、第１電極層４０をショットキー金属層３０上に堆積させる。

【0061】

温度が３００℃～５００℃で時間が６０秒～３００秒の高温アニーリングプロセスにおいて、金属層をＳｉＣエピタキシャル層２０上に形成し、堆積またはスパッタリングによって、ショットキー金属層３０を形成する。続いて、２～５μｍの第１電極層４０をアノード電極としてショットキー金属層３０上に堆積させ、エッチング法によって、端子構造２６を覆うショットキー金属層３０および第１電極層４０を除去する（すなわち、作製工程においては、ショットキー金属層３０および第１電極層４０が不可避的に、端子構造２６の金属の表面に残る）。

【0062】

（５）ＣＶＤまたはＰＶＤによって、０．５～３μｍの誘電体層を第１パッシベーション層８１として端子構造２６の表面上に成長させ、２～５μｍのポリイミドを第２精製層として第１パッシベーション層８１の表面上に被覆し、湿式法またはドライエッチング法を用いて第１電極層４０の接触領域をエッチングし、２～５μｍの第２電極層６０をカソード電極として第１オーミック接触金属層５０の表面上に堆積させる。

【0063】

本実施形態において、ステップ（３）における第１オーミック接触金属層５０の作製はステップ（５）においても実行可能であり、ステップ（５）における第２電極層６０はステップ（３）において作製可能である。層５０を連続して作製した後、ステップ（３）における第１オーミック接触金属層５０の作製から間隔を空けて実行してもよい。

【0064】

ステップ（１）においては、ＳｉＣ基板１０のドーピング濃度が２×１０^１９／ｃｍ^３であるのが好ましく、ＳｉＣエピタキシャル層２０の厚さが１０μｍであるのが好ましく、ドーピング濃度が１×１０^１６／ｃｍ^３であるのが好ましい。

【0065】

ステップ（３）においては、第１オーミック接触金属層５０および第２オーミック接触金属層７０がＴｉ／Ｎｉ組み合わせ多層金属であるのが好ましく、プロセス温度が９５０℃で、時間が１００秒であるのが好ましい。

【0066】

ステップ（４）においては、ショットキー金属層３０がＴｉであるのが好ましく、プロセス温度が４５０℃で、時間が１００秒であるのが好ましく、また、第１電極層４０がＡｌで、厚さが４μｍであるのが好ましい。

【0067】

ステップ（５）においては、第１パッシベーション層８１が酸化ケイ素ＳｉＯ_２で、厚さが１．２μｍであるのが好ましく、第２パッシベーション層８２の厚さが５μｍであるのが好ましく、また、第２電極層６０が金属層用のＴｉ／Ｎｉ／Ａｇの組み合わせであるの好ましく、厚さが２μｍであるのが好ましい。

【0068】

本実施形態に記載の製造方法に基づき、第１実施形態、第２実施形態、および第３実施形態に記載の構造に従って、第１実施形態、第２実施形態、および第３実施形態に記載の炭化ケイ素パワーダイオード装置を作製可能である。

【0069】

上記実施形態は、本発明の説明のために使用しているに過ぎず、本発明を制限する意図はない。本発明の技術的本質に基づく限り、上記実施形態についての変更、改良等は、本発明の特許請求の範囲に含まれる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【国際調査報告】