JPH01266759A - ショットキバリア半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 彦」しヒΔ利」じど艷 本発明は、高耐圧のショットキバリア半導体装置に関す
る。

の　・と　目が　゛　しようと　る暗 ショットキバリアダイオードは、良好な高速応答性（高
速スイッチング特性）及び低電力損失等の利点を生かし
て、高周波整流回路等に広く利用されている。しかし、
ショットキバリアダイオードでは、バルク耐圧（ショッ
トキバリアの中央部での耐圧）に比べて周辺耐圧（ショ
ットキバリアの周辺での耐圧）が顕著に低下する現象が
認められ、このため、高耐圧のものを得るのが難しい。

周辺耐圧を向上する方法の１つとして、特開昭５６−３
６１５９号公報に示されているように。

ショットキバリアの中央部のバリア電極とショットキバ
リアの周辺部のバリア電極とを異なる金属で構成し、前
記周辺部でのバリアハイトφｂを中央部でのバリアハイ
トφｂより大きくするバリア電極構造がいわゆる周辺φ
ｂ大の構造として知られている。この構造はバリアハイ
トφｂが大きいと逆電圧も一般的に大きくなるので、周
辺耐圧の向上を計ることができる。しかし、この構造で
は。

従来の一般的なバリア電極構造と同様に、バリア電極の
接着強度不足に伴う信頼性の低下が問題になることがあ
る。また、形成されるショットキバリアの特性がバラツ
キ易いという問題もある。

一方、Ｔｉ（チタン）、Ｃｒ（クロム）等の極薄のｗｔ
層を介してＡＱ（アルミニウム）層等を形成したバリア
電極構造が知られている。Ｔｉ、Ｃｒ等の極薄の薄層が
ショットキバリアの形成にどのように関与しているかは
明らかではないが、形成されるショットキバリアはＡＱ
等のバリア金属単独によるものに近い、この構造では、
ＴｉやＣｒが半導体表面とのなじみの良い金属であるた
め、安定してショットキバリアが形成されるとともにバ
リア金属の接着強度が著しく向上し、特性良好かつ高信
頼性のショットキバリア半導体装置を提供できる。しか
し、ＴｉやＣｒの極薄の薄層を介在させることは耐圧と
は実質的に無関係であり、別に高耐圧化への課題を解決
する必要がある。

そこで本発明の目的は、バリア電極の接着強度が大きく
、特性が良好で、かつ周辺耐圧の向上したショットキバ
リア半導体装置を提供することにある。

を　°するための− 本発明のショットキバリア半導体装置は、半導体領域上
に隣接して被覆されかつ半導体領域との間にショットキ
バリアを形成できる第１の物質から成る第１のバリア電
極と、第１のバリア電極上に隣接して被覆されかつ半導
体領域との間に第１の物質よりバリアハイトの小さいシ
ョットキバリアを形成できる第２の物質からなる第２の
バリア電極とを含む。第１のバリア電極は、第２のバリ
ア電極の周辺部の下部にかつ周辺部に沿って環状に形成
された肉厚部と、周辺部の内側の下部に形成された肉薄
部とを有する。肉厚部に面して形成されるショットキバ
リアのバリアハイトは肉薄部に面して形成されるショッ
トキバリアのバリアハイトより大きい。

作−−−一部 第１のバリア電極の肉薄部と半導体領域との間には第２
のバリア電極に基づくショットキバリアのバリアハイト
φｂに近いショットキバリアが形成される。また、第１
のバリア電極の肉厚部と半導体領域との間には第１のバ
リア電極に基づくショットキバリアのバリアハイトφｂ
に近いショットキバリアが形成される。この場合、肉厚
部に面して形成されるショットキバリアのバリアハイト
φｂは、肉薄部に面して形成されるショットキバリアの
バリアハイトφｂより大きい、したがって、バリア電極
の周辺ではバリアハイトφｂが大きく、周辺耐圧の高い
バリア電極構造が形成される。

また、第２の物質より半導体領域への接着性の・良好な
第１の物質を選ぶことにより、バリア電極の接着強度を
大きくできるし、特性のバラツキの少ないショットキバ
リアを形成することができる。

去−」１−剣一 以下、第１図及び第２図に基づいて本発明の実施例であ
る電力用ショットキバリアダイオード及びその製造方法
を説明する。

第１図は本発明による一実施例としてのショットキバリ
アダイオードの断面図を示す。また、第２図はこのショ
ットキバリアダイオードの各製造工程でのダイオードチ
ップの断面図を示す。まず、第２図（Ａ）に示すＧａＡ
ｓ　（砒化ガリウム）からなる半導体基板１を用意する
。半導体基板１は、厚さ約３００ＩｉｆｆＩ、不純物濃
度約２　Ｘ　１０”Ｃ！ｌ−３（７）ｎ十形領域２の上
に、厚さ約１５μｓ、不純物濃度約２　Ｘ　１０”ｃｎ
−３のｎ影領域３をエピタキシャル成長させたものであ
る。

次に、半導体基板１の上面の全域に真空蒸着により約４
００人（０、（１４ＬＬＩ）　（７）　Ｔｉ　（チタン
）薄層を形成し、フォトエツチングによりこのＴｉ薄層
の一部を環状に残存させて、第２図（Ｂ）に示すように
Ｔｉ薄Ｍ４を形成する。その後、半導体基板１の裏面全
域には真空蒸着により、Ａｕ（金）−Ｇｅ（ゲルマニウ
ム）合金層とＡｕ層を重ねて形成し、オーミック電極５
を形成する。

続いて、半導体基板１の上面全域に真空蒸着により約５
ｏ人（０，００５＋ｕ＋＋）　ノＴｉ薄層を形成し。

フォトエツチングにより素子周辺領域からこのＴｉ薄層
の一部を除去して、第２図（Ｃ）に示すＴｉ薄層６を形
成する。’ｒｉｇ５４も極薄であるが。

Ｔｉ薄層６は更に極薄である。更に、半導体基板１の上
面全域に真空蒸着により約２ｕＪＩのＡＱ（アルミニウ
ム）層を形成し、フォトエツチングにより素子周辺領域
からこのＡＱＭを除去して、第２図（Ｄ）に示すように
ＡＱＭ７を形成する。

ＡＱＭ７の形成後、空気中で、２７５℃、１５分間の熱
処理を行う、この結果、素子周辺領域に露出していたＴ
ｉ薄ＮＩ６は酸化されて、第２図（Ｅ）に示すようにチ
タン酸化物薄層８となる。Ａｕ層７の下部のＴｉ薄層６
は酸化されずに、Ｔｉ薄層６ａとして残存する。厳密に
は、Ｔｉ薄層４のうちＡＱＭ７に被覆されていない部分
の表層部も酸化されていると考えられるが、簡略化のた
め図示しない。チタン酸化物薄層８は、シート抵抗約１
００ＭΩ／口で、半絶縁性と言えるレベルの高抵抗層で
ある。ＡＱＭ７とＴｉ薄層４．６ａから成る組合せ体が
ｎ影領域３の間の主電流通路となるショットキバリアの
形成に関与しているので、この組合せ体をバリア電極９
と呼ぶ。平面図を図示しないが、バリアハイト９は平面
的には角の丸められた正四角形で、その周辺にＴｉ薄層
４及びチタン酸化物１ｊｆＨ３がそれぞれ環状に形成さ
れている。

最後に、プラズマＣＶ　Ｄ　（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖ　
ａｐｏｒＤ　ｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　）又は光ＣＶＤとフ
ォトエツチングを組合わせて保護膜としてシリコン酸化
膜１０（第１図）を形成し、更に、真空蒸着とフォトエ
ツチングを組合わせてＴｉ層にＡｕ層を重ねた外部接着
用電極１１を形成して、第１図に示すショットキバリア
ダイオードチップを完成させる０本明細書では、Ｔ１薄
層４．６ａを第１のバリア電極といい、ＡＱＭ７を第２
のバリア電極という。したがって、第１のバリア電極に
は肉厚部としてのＴｉ８層４（その上のＴｉ薄層６ａを
含む）と、肉薄部としてのＴｉ薄層６ａ（その下部にＴ
ｉ薄層４が形成されていない部分）が含まれる。

こうして製作されたショットキバリアダイオードは、２
００℃以上の耐圧（ブレークダウン電圧）が得られた。

Ｔｉ薄Ｎ４及びチタン酸化物薄層８を形成しない場合の
耐圧は約６０Ｖであり、大幅な高耐圧化が達成されてい
る。

耐圧向上の第１要因は、チタン酸化物薄層８を形成した
ことにある。すなわち、チタン酸化物薄層８は、ｎ影領
域３との間にショットキバリアを形成しているので、補
助的なバリア電極とみなせるもので、ショットキバリア
形の高抵抗フィールドプレ、−トとして電界集中の緩和
作用を強く発揮している。ショットキバリア形の高抵抗
フィールドプレートは、バリア電極を包囲しかつバリア
電極と電気的に接続されるとともに、半導体領域との間
にショットキバリアを形成し、かつシート抵抗ＬＯＫΩ
／口以上の高抵抗薄層をいう。

第２の要因は１本発明の効果に係るもので、Ｔｉ薄層４
を形成したことにある。すなわち、極薄のＴｉ薄層６ａ
に基づいてｎ影領域３との間に形成されるショットキバ
リアは、ＡＱｆｆｊとｎ影領域との間に形成されるショ
ットキバリアに近い特性を示す。一方、相対的に厚いＴ
　ｉ　ｙａＷ　４に基づいて形成されるショットキバリ
アは、Ｔｉ層とｎ影領域との間に形成されるショットキ
バリアに近い特性を示す。換言すれば、Ｔｉ薄層４に基
づいて形成されるショットキバリアはＴｉ薄層６ａに基
づいて形成されるショットキバリアより大きいバリアハ
イトφｂを有する。したがって、いわゆる周辺φｂ大の
構造になっており、高耐圧化が達成される。周辺φｂ大
だけの効果としては、耐圧を６０Ｖから１００ｖ程度に
向上させる程度であるが、上記チタン酸化物ｇ層８の形
成との相乗効果で上記のように優れた高耐圧化が達成さ
れる。

なお、Ｔｉ薄層４をＡＱＭ７の外周縁より外方に延在さ
せている構造も、高耐圧化及び逆サージ耐量の向上に寄
与している。すなわち、ＡＱＭ７の外周縁の近傍のｎ影
領域３は、Ａｕ層７による機械的歪が集中する応力集中
部となっており、臨界電界強度Ｅｃｒｉｔ　（ブレーク
ダウンが起きる電界強度）が低下している。Ｔｉ薄層４
の外周縁近傍のｎ影領域３は、Ｔｉ薄層４が極薄である
ことにより応力集中部にはならない。一方、逆電圧印加
に伴ってバリア電極９の周辺には電界集中部が生じるが
、本実施例では、Ｔｉ薄層４の外周縁近傍にあるｎ影領
域３が電界集中部となる。従来の構造では応力集中部と
電界集中部とが重複するため耐圧低下の一因となったが
、本実施例では応力集中部と電界集中部とが分離されて
、耐圧低下を防止することができる。また、ブレークダ
ウン電圧を超える逆サージ電圧が印加されたとき、ＡＱ
層７の周辺部に集中して流れる逆サージ電流は、Ｔｉ薄
層４の外周側に広がって流れる。このため、逆サージ電
流の集中が緩和され、逆サージ耐量が向上する。

変−」［−剣一 本発明は実施例に限定されることなく、その趣旨の範囲
で種々変形が可能である６例えば、第３図のように、平
面的に見てバリア電極９の中央部にメソシュ状にＴｉ薄
層４ａを配置する構造を採用してもよい。この構造では
、Ｔｉ薄層４ａの周辺にも逆サージ電流が流れ易くなり
、逆サージ電流がバリア電極９の全域に分散して流れる
から、逆サージ耐量を向上させることができる。Ｔｉ薄
、１１４　ａは、Ｔｉ薄層４を形成する際に、蒸着層の
一部を残存させて’ｒｉ′ｆＩＩ層４と連続して形成さ
れる。Ｔｉ薄Ｍ４ａの部分をｎ影領域３上に島状、スト
ライプ状又はくし歯状に形成してもよい。

上述の実施例では、ＡＱ層７の外周縁の外方にＴｊＪｌ
、１５４を延在させた構造及びバリア電極９を包囲する
ようにチタン酸化物薄層８を形成した構造と組合せるの
が望ましい。しかし、周辺φｂ大の効果を得るためのみ
であれば、ＡＱ層７の外周部の下部にＴｉ、１１４を形
成しただけでもよい、Ｔｉ薄層６ａの厚さは５〜２００
人、Ｔｉ薄層４の厚さは１００〜１０００人が望ましい
。チタン酸化物薄層８のシート抵抗はＩＯＫΩ／口〜５
０００ＭΩ／口、更に望ましくはＩＯＭΩ／口〜１００
０ＭΩ／口に選ぶのがよい。

更に、第１のバリア電極を構成する第１の物質としてＴ
ｉ、半導体領域を構成する半導体としてＧａＡｓ、ＡΩ
ＧａＡｓ（砒化アルミニウム・ガリウム）、ＧａＰ　（
燐化ガリウム）、ＩｎＰ（燐化インジウム）等のｍ−ｖ
族化合物半導体を用いた組合せが好適であるが、これに
限定されるものではなく、要求される特性に応じて種々
の組合せが可能である。Ｔｉ薄層４，１６ａの代わりに
Ｃｒ薄層を使用してもよい。他の化合物半導体又はＳｉ
（シリコン）を用いたショットキバリア半導体装置への
適用も可能である。

１肌勿羞求 本発明によれば、バリア電極の接着強度を大きくできる
とともにショットキバリアの特性が安定する構造の利点
をそのまま生かして、バリア電極周辺のバリアハイトを
高くすることができる。したがって、高信頼性、特性良
好かつ高耐圧のショットキバリア半導体装置を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による一実施例としてのショットキバリ
アダイオードの断面図、第２図はこのショットキバリア
ダイオードの各製造工程でのダイオードチップの断面図
を示し、第２図（Ａ）は半導体基板の断面図、第２図（
Ｂ）は半導体基板にＴｉ薄層とオーミック電極を形成し
た状態を示す断面図、第２図（Ｃ）は第２図ＣＢ）のＴ
ｉ薄層上に更にＴｉｕ層を形成した状態を示す断面図。 第２図（Ｄ）は第２図（Ｃ）のＴｉ薄層上にＡＱ層を形
成した状態を示す断面図、第２図（Ｅ）はＴｉ薄層の一
部を酸化してチタン酸化物薄層を形成した状態を示す断
面図、第３図は本発明による他の実施例としてのショッ
トキバリアダイオードの断面図を示す。 ３５．ｎ影領域（半導体領域）、　４．、Ｔｉ薄層（第
１のバリア電極の肉厚部）、　６ａ、。 Ｔｉ薄層（第１のバリア電極の肉薄部）、　　７．。 ＡＱ層（第２のバリア電極）、８．、チタン酸化物薄層
、 特許出願人　サンケン電気株式会社 第　２ （Ａ） （Ｃ） （Ｄ） （Ｅ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　半導体領域上に隣接して被覆されかつ該半導体領域と
   の間にショットキバリアを形成できる第１の物質から成
   る第１のバリア電極と、該第１のバリア電極上に隣接し
   て被覆されかつ前記半導体領域との間に前記第１の物質
   よりバリアハイトの小さいショットキバリアを形成でき
   る第２の物質からなる第２のバリア電極とを含み、前記
   第１のバリア電極は、前記第２のバリア電極の周辺部の
   下部にかつ該周辺部に沿って環状に形成された肉厚部と
   、前記周辺部の内側の下部に形成された肉薄部とを有し
   、前記肉厚部に面して形成されるショットキバリアのバ
   リアハイトが前記肉薄部に面して形成されるショットキ
   バリアのバリアハイトより大きいことを特徴とするショ
   ットキバリア半導体装置。