JPH01295459A - シヨツ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】 〔産業上の利用分野〕 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。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題］ショッ
トキバリアダイオードは、高速応答性（高速スイッチン
グ特性〕の良さ及び低損失である利点を生かして、高周
波整流回路等に広く利用され℃いる。しかし、ショット
キバリアダイオードは１周辺耐圧Ｃショットキバリアの
周辺での耐圧〕がバルク耐圧（ショットキバリアの中央
部での耐圧）に比べて低下する現象が著しく、高耐圧化
が為しいという問題金有する。

この問題を解決するためにフィールドプレートを設ける
こと、又はガードリングを設けることは。

例えば米国のニス・エム・シイー著の「フイズイクス　
オブ　セミコンダクタ　デバイスＪ第２版等で知られて
いる。また、フィールドプレートとガードリングの両方
を使用することも既に行われている。

フィールドプレート構造のショットキバリアダイオード
は、ｎ形半導体領域と、この上に形成されたｎ形半導体
領域と、このｎ形半導体領域の土に形成されたショット
キバリア形成可能な金属電極Ｃ以下バリア電極と呼ぶ）
と、ｎ形半導体領域上にバリ了１！極を包囲するように
形成された絶縁層と、この絶縁層上に設けられ且つバリ
ア電極に接続されたフィールドプレートと、ｎ形半導体
領域に接続されたオーピンク電極とから成る。バリア電
極とオーピンク電極との間に逆電圧を印加すると、バリ
ア電極とｎ形半導体領域との間に空乏層が生じると共に
、フィールドプレートの下部のｎ形半導体領域にもフィ
ールドプレートの電界効果によって空乏層が発生し、バ
リア電極の周縁近傍の半導体領域に電界が集中すること
が緩和され、ショットキバリアの周辺耐圧が向上する。

しかし。

電界の集中を良好に緩和し、大幅に耐圧を向上させるこ
とは実際上困難であった。

一方、ガードリング構造のショットキバリアダイオード
は、平面的に見てバリア電極の周辺に接続されると共に
バリア電極を囲むように配置されたｐ形半導体領域から
成るガードリングを有する。

ガードリングのｐ形半導体領域はｎ形半導体領域とｐｎ
接合を形成し、このｐｎ接合に逆電圧が印加されると、
ショットキバリアの周辺よりも効果的に空乏層が広がる
。この結果、バリア電極の周辺耐圧を向上させることが
できる。しかし、ショットキバリアダイオードとｐｎ接
合ダイオードとを並列配置した構造になるため、順電圧
を印加して順電流を流したときにｐｎ接合部分において
少数キャリアの注入が発生し、ショットキバリアダイオ
ードの特長の１つである高速応答性が低下する。また、
ガードリング構造は、フィールドプレート構造と組合せ
て広く利用されているけれども。

やはり大幅な高耐圧化は困難である。

そこで１本発明の目的は、大幅且つ確実な高耐圧化が可
能なショットキバリア半導体装置を提供することにある
。

〔課題’ｆ：Ｍ決するための手段〕

上記目的全達成するための本発明は、半導体領域と、前
記半導体領域との間にショットキバリアを生じさせるこ
とができるように前記半導体領域上に形成された第１の
バリア電極と、前記第１のバリア電極を包囲するように
前記半導体領域上に配置され、且つ前記第１のバリア電
極に電気的に接続され、且つ前記第１のバリア電極より
も薄い厚さを有し、且つ前記第１のバリア電極よりも大
きなシート抵抗を有し、且つ１００ｋΩ／□以下のシー
ト抵抗を有し、且つ前記半導体領域との間にショットキ
バリア金生じさせることができるように形成された第２
のバリア電極と、前記第２のバリア電極を包囲するよう
に前記半導体領域上に配置され、且つ前記第２のバリア
電極に電気的に接続され、且つ前記第１及び第２のバリ
ア電極よジも大きなシート抵抗を有し、且つＩＱｋΩ／
口以上のシート抵抗全有し、且つ前記半導体領域との間
にショットキバリアを生じさせることができるように前
記第１のバリア電極より肉薄に形成された薄層とを備え
ていることを特徴とするショットキバリア半導体装置に
係わるものである。

なお、第１のバリア電極はチタン薄層とアルミニウム等
の金属層とから成ることが望ましく、第２のバリア電極
はチタン薄層から成ることが望ましく、第２のバリア電
極を包囲する薄層はチタン酸化物薄層から成ることが望
ましい。

〔作　用〕

上記発明に訃いて、第１のバリア電極と半導体領域との
間に逆電圧が印加された時には％第１のバリア電極と半
導体領域との間のショットキバリアに基づく空乏層と、
第２のバリア電極と半導体領域との間のショットキバリ
アに基づく空乏層と。

薄層と半導体領域との間のショットキバリアに基づく空
乏層とが発生する。第１及び第２のバリア電極と薄層と
の下に単一導電型の半導体領域が存在する場合には上記
の３つの空乏層が直接的に連続する。一方、半導体領域
が異なる導電型のガードリング等を含む場合には、この
ｐｎ接合に基づく空乏層全弁して上記の６つの空乏層が
連続する。

第２のバリア電極が第１のバリア電極よりも大きなシー
ト抵抗を有すると共に、薄層が第２のバリア電極よジも
更に大きなシート抵抗を有するので、第１のバリア電極
から薄層の周縁部に向って電位が徐々に変化する電位勾
配が生じる。この結果。

バリア電極の周縁近傍の半導体領域に電界が集中し難い
ような空乏層の広がりが得られ、耐圧が大１唱に向上す
る。

なお、超高速逆方向転流時には、過渡的に流れる比較的
大きな電流により第２のバリア電極に徐々に変化する電
位勾配が生じ、第１のバリア電極の周縁近傍の半導体領
域での電界集中が起こり難くなる。過渡電流が収まった
後の定常状態では。

第２のバリア電極の電位はほとんど一定となり。

代わりに薄層に徐々に変化する電位勾配が生じ。

第１．第２のバリア電極の周縁近傍の半導体領域で電界
集中が起こり難くなる。このように、第２のバリア電極
の存在により超高速動作時の耐圧低下が少なくなり、直
流動作から超高速動作まで高耐圧が得られる。

また、第１のバリア電極と薄層との間に第２のバリア電
極が介在するので、第１のバリア電極の周縁部の下部の
応力集中点に電界集中点が重ならず、高耐圧化効果を一
層確実にすることが可能になる。

〔第１の実施例〕 本発明の第１の実施例に係わるショットキバリアダイオ
ード及びその製造方法を第１図囚〜［Ｆ］、及び第２図
〜第４図に基づいて説明する。

まず、第１図（４）に示すように、ＧａＡｓ　（砒化ガ
リウム）から成る半導体基板２１を用意する。半導体基
板２１は、厚さ約６００μｍ、不純物濃度１〜３Ｘ　１
０Ｉ８ｃｍ　　（Ｏｎ　膨頭域２２の上に、厚さ１０〜
２０μｍ、不純物濃度１〜２　Ｘ　１０１５ｃｍ−３の
ｎ膨頭域２６をエピタキシャル成長させたものである。

次に、第１図（ＢＪに示すように、ｎ型ＧａＡｓから成
るｎ膨頭域２６の土面全体にＴｉ　（チタン）の薄層２
４即ちＴｉ薄膜を真空蒸着で形成し、更にその上面全体
にＡｌ　ｔアルミニウム）層２５を連続して真空蒸着す
る。Ｔｉ薄層２４の厚さは５０〜２００Ａ　（０，００
５〜０．０２　μｍ　）と極薄である。ＡＩ層２５の厚
さは約２ｉｔｍで、　Ｔｉ薄層２４の１００倍以上であ
る。更に、ｎ影領域２２の下面にＡｕ　（ｆｔ）Ｇｅ（
ゲルマニウム）の合金から成るオーミック接触の電極２
６ｔ−真空蒸着により形成し、その後６８０℃、１０秒
間の熱処理を行う。

次に、第１図０に示すように、フォトエツチングにより
Ａ１層２５の一部をエツチング除去し、主順電流通路と
なるショットキバリアを形成すべき領域に対応させてＡ
Ｉ層２５ａ全残存させる。更にフォトエツチングにより
素子の周辺頭載からＴｉ薄層２４を除去し、　ＡＩ層２
５ａの下部にあるＴｉ薄層２４ａとこれを隣接して包囲
するＴｉ薄層２４ｂを残存させる。Ｔｉ薄層２４ｂは、
Ｔｉ自身は導体であつ℃も極薄の膜であるため、シート
抵抗２０〜４００Ω／口の抵抗層となっており、ＡＩ層
２５ａに比べれば桁違いに高抵抗である。

次に、空気中で６００℃、５〜３０分間の熱処理を施す
。これにより、第１図０に示すように、Ａ１層２５ａで
被覆されていないＴｉ薄層２４ｂは酸化されてチタンの
酸化物の薄層２８となるが、Ａ１層２５ａの下部のＴｉ
薄層２４ａは、　ＡＩ層２５ａにマスクされているので
酸化されない。

次に、フォトエツチングによりＡ１層２５ａの周部を除
去し、第１図［Ｆ］のようにＡＩ層２５ａの下部にある
酸化されていないＴｉ薄層２４８′を露出させる。第２
図に示すように、Ｔｉ薄層２４ａはＡＩ層２５ｂの外周
を包囲するように配置されており、更にＴｉ薄層２４ａ
を包囲するようにチタン酸化物薄層２８が配置されてい
る。ＡＩとＴｉの両方ともＱａＡｓ　トの間にショット
キバリアを形成する金属であるので、ＡＩ層２５ｂとＡ
Ｉ層２５ｂの下部に配置されたＴｉ薄層２４ａから成る
電極を第１のバリア電極２７ａ、第１のバリア電極２７
ａを隣接して包囲するＴｉ薄層２４ａ′を第２のバリア
電極２７ｂと呼ぶこととする。Ｔｉ薄層２４ａは極〈薄
い膜であるので、第１のバリア電極２７ａにｐいて、Ａ
Ｉ層２５ｂとＴｉ薄層２４ａがショットキバリアの形成
にそれぞれどのように関与しているか必ずしも明らかで
ない。なお、ショットキバリアの形成以外の役割りとし
ては２Ｔｉ薄層２４ａはＡ１層２５ｂのｎ影領域２６へ
の密着性の向上に寄与する。また、第２のバリア電極２
７ｂを形成するＴｉ薄層２４ａは第１のバリア電極２７
ａとチタン酸化物薄層２８との電気的な接続に寄与し。

更に後述のように高耐圧化に寄与する。ここで、順電流
の主なる電流通路となる第１のバリア電極２７ａのシー
ト抵抗は１Ω／口以下であることが望ましく、この実施
例では約０．０５０／口である。

第１図■及び第２図に示す如く第２のバリア電極２７ｂ
を隣接して包囲するようにリング状に設けられた本発明
に従うチタン酸化物薄層２８は、Ｔｉ薄層２４ａの厚さ
より増大して概算で７５Ａ〜６００Ａであり、シート抵
抗が５０　Ｍ〜５００ＭΩ／口という半絶縁性の＾抵抗
層である。即ち、チタン酸化物薄層２８は完全な絶縁物
と見なせる１’：０２（２酸化チタン）ではなく　、　
Ｔｉ０ｚよりも酸素が少ない所謂酸素プアーなチタン酸
化物ＴｉＯ（但し、Ｘは２よりも小さい数値）となって
いるものと考えられる。

次に、第１図［Ｆ］に示すようにチタン酸化物薄層２８
及び第２のバリア電極２７ｂ’を形成するＴｉ薄層２４
ａの上を絶縁層２９で被覆してショットキバリアを有す
る半導体チック即ち電力用ショットキバリアダイオード
チップを完成させる。な訃、絶縁層２９はプラス７　Ｃ
Ｖ　Ｄ　（ｃｈｅｍｉｃａｌ　　ｖａｐｏｒｄｅｐｏｓ
ｉｔｉｏｎ　）法により形成したシリコン酸化膜から成
る。絶縁層２９は、プラズマＣＶＤ又は光ＣＶＤ法で形
成したシリコン窒化膜や塗布法により形成したポリイミ
ド系樹脂膜等に置き換えることもできるが、プラズマＣ
ＶＤ法又は光ＣＶＤ法により形成したシリコン酸化膜が
好適であった。

図示は省略しているが、　ＡＩ層２５ｂの上面に例えば
１゛ｉ層とＡｕ層とを順次に設け、これをリード部材に
対する接続用電極とするのが普通である。

第２図の各部の寸法を例示すると次の通りである。第１
のバリア電極２７ａの幅ａは約９１０μｍ。

第２のバリア電極２７ｂの幅すは約２０μｍ、チタン酸
化物薄層２８０幅Ｃは約１４０μｍ、チタン酸化物薄層
２８とｎ　＃　領域２６の端縁との間の幅ｄは約１５０
μｍである。

このショットキバリアダイオードにおいては。

第１のバリア電極２７ａとｎ影領域２６との間及び第２
のバリア電極２７ｂとｎ影領域２３との間にそれぞれ第
１のショットキバリア及び第２のショットキバリアが生
じるのみでなく、チタン酸化物薄層２８とｎ形頭域２３
との間に第３のショットキバリアが生じる。チタン酸化
物薄層２８とｎ影領域２６との間にショットキバリアが
生じることは、ショットキバリアダイオードの整流特性
。

容量特性、飽和電流特性等によって確認した。例えばチ
タン酸化物薄層２８０面積を零から増加すると、飽和電
流Ｉ８がチタン酸化物薄層２８と第１及び第２のバリア
電極２７ａ、２７ｂの面積の和に略比例して増加する。

この比例関係はショットキバリアダイオードの種々の温
度において得られることが確認されている。チタン酸化
物薄層２８と第１及び第２のバリア電極２７ａ１２７ｂ
の面積の和に対して飽和電流工ｓが略比例的に変化する
ということは、第１及び第２のバリア電極２７ａ、２７
ｂと略凹−の電流密度でチタン酸化物薄層２８に逆電流
が流れることを意味する。この現象は。

チタン酸化物薄Ｎ２８が金属から成る第１及び第２のバ
リア電極２７ａ、２７ｂと略凹−のバリアハイドφＢｔ
−持つショットキバリアを形成していることを端的に示
している。

第６図の実線の特性曲線は本発明に従う第１図［Ｆ］の
ショットキバリアダイオードの逆電圧−逆電流特性を示
し、破線の特性曲線は比較のために第１図（ト）のショ
ットキバリアダイオードからチタン酸化物薄層２８と第
２のバリア電極２７ｂを除去した構造のショットキバリ
アダイオードの逆電圧−逆電流特性を示す。２つの特性
曲線の比Ｉｆ５から明らかなように、本発明に従うチタ
ン酸化物薄層２８と第２のバリア電極２７ｂを有するシ
ョットキバリアダイオードのブレークダウン電圧は約２
５０Ｖであり、チタン酸化物薄層２８を持たない従来の
ショットキバリアダイオードのブレークダウン電圧は約
６０Ｖであり１チタン酸化物薄層２８及び第２のバリア
電極２７ｂがブレークダウン電圧の大幅な向上に関与し
ていることが分る。な訃、チタン酸化物薄層２８と第２
のバリアｉｆｉ＆２７ｂを有するショットキバリアダイ
オードのブレークダウン電圧の値Ｃ約２５０Ｖ）はバル
ク耐圧Ｃ第１のバリア電極２７ａの中央の耐圧）に略等
しいレベルに到達していると考えられる。

次に、本発明に従うショットキバリアダイオードの逆電
圧−逆電流特性を第３図及び第４図を参照して更に詳し
く説明する。ショットキバリアダイオードに印加する逆
電圧を零ボルトから徐々に高くすると、まず、第３図の
領域Ｉに示すように極めて微少な飽和電流ｌｓが流れる
。この時、第１及び第２のバリア電極２７ａ、２７ｂに
基づく第１及び第２のショットキバリアを通って逆電流
が流れると共に、チタン酸化物薄層２８に基づく第６の
ショットキバリアを通る逆電流も流れる。逆電圧印加回
路Ｃ図示せず）は第１のバリア電極２７ａ即ちγノード
とオーミック電極２６即ちカソードとに接続され、チタ
ン酸化物薄層２８には直接に接続されない。従って、チ
タン酸化物薄層２８を通る逆電流は第２のバリア電極２
７ｂに流れ込み、続いて第１のバリア電極２７ａに流れ
込む。

第６図の領域Ｉでは、チタン酸化物薄層２８に流れる逆
電流の値が小さいので、チタン酸化物薄層２８の第２の
バリア電極２７ｂに近い点と遠い点との間の電圧差はあ
まり大きくない。即ちチタン酸化物薄層２８の横方向の
電位勾配が小さく、チタン酸化物薄層２８の各部の電位
が第２のバリア電極２７ｂの電位とほぼ等しい。ここで
、第２の／（ＩＪア電極２７ｂを構成するＴｉ薄層２４
ａ′はＡＩ層２５ｂに比べれば高抵抗であるが、電流の
値が小さいので、第２のバリア電極２７ｂでの電圧降下
は無視できる。従って％第２のバリア電極２７ｂ及びチ
タン酸化物薄層２８の各部の電位は第１のバリア電極２
７ａの電位とほぼ等しいと言える。

更に逆電圧を高め、６０〜１００Ｖ程度にすると、チタ
ン酸化物薄層２８の外周縁に訃ける複数の微少領域でブ
レークダウンが起き、第３図の領域口に示すように逆電
流が階段状に増加する。この階段の１段分がチタン酸化
物薄層２８の外周縁１箇所のブレークダウンに相当する
。従来のショットキバリアダイオードでは微少領域のブ
レークダウンが引き金となって大きな逆電流が流れるが
。

本発明に従うショットキバリアダイオードでは大きな逆
電流が流れない。即ちチタン酸化物薄層２８が半絶縁性
の高抵抗層であるため、チタン酸化物薄層２８の抵抗分
による電流制限が働き、逆電流の大きな増大が抑制され
る。領域０の終わりになると、チタン酸化物薄層２８の
第２のバリア電極２７ｂに接する内周側の端Ｐ１と第２
のバリア電極２７ｂから遠い外周側の端Ｐ２との間の電
位差が大きくなり、その結果として、チタン酸化物薄層
２８の外周端Ｐ２とオービック電極２６との間の電位差
は、逆方向印加電圧を増加してもさほど増大しなくなる
。なお、第２のバリア電極２７ｂのシート抵抗はチタン
酸化物薄層２８のシート抵抗に比べて十分に小さく、第
２のバリア電極２７ｂでの電圧降下は無視できるといえ
る。ここで、既に外周端Ｐ２で発生したブレークダウン
はそのまマ維持され、このブレークダウンに基づく逆電
流がチタン酸化物薄層２８を通って流れ続ける。領域ｍ
においては２チタン酸化物薄層２８の外周端Ｐ２におけ
る新たなブレークダウンが生じないために逆電圧の増大
に従って第１及び第２のバリア電極２７ａ、２７ｂに基
づく第１及び第２のショットキバリア及びチタン酸化物
薄層２８に基づく第６のショットキバリアを通る逆電流
が徐々に増大する。

もし、チタン酸化物薄層２８の部分をショットキバリア
を形成しない抵抗体層例えばｎ−形高抵抗ＧａＡｓ層に
置き換え、且つこの抵抗体層の端部と第２のバリア電極
２７ｂとをオーミック接触させたとすれば、逆電圧の増
加に伴って逆電流Ｃ漏れ電流）も大幅に大きくなり、結
局、耐圧も低くなる。本発明に従うチタン酸化物薄層２
８は高い抵抗を有するのみでなく、ショットキバリアモ
形成するので、上述の抵抗体層の場合よりも漏れ電流抑
制効果が大きい。

第１及び第２のバリア電極２７ａ、２７ｂのみでなく、
チタン酸化物薄層２８にも逆電圧が印加されるので、第
４１に模式的に示す空乏層３０が第１及び第２のバリア
電極２７ａ、２７ｂとチタン酸化物薄層２８の下のｎ形
ｍ域２６に生じる。

チタン酸化物薄層２８とｎＹｅ鎖域２２との間の電位差
は内周端ＰＩから外周端Ｐ２に向かうに従って小さくな
る。また、第１及び第２のバリア電極２７ａ、２７ｂか
らチタン酸化物薄層２８にかけてのｎ影領域２３の表面
はショットキバリアとして連続している。これ等の結果
、電界集中を緩和することができるなだらかな空乏層６
０が得られ、第２のバリア電極２７ｂの周縁近傍の半導
体領域での電界集中が緩和される。従って、領域ｍとし
て示すように、一対の電極２６．２７ａ間に印加される
逆電圧が増加してもブレークダウンが生じない領域が広
く続くこととなる。

逆電圧が約２５０Ｖになる七、第２のバリア電極２７ｂ
の周縁とオーミック電極２６との間に臨界電界強度Ｅｃ
ｒ　ｉ　ｔを越える所か生じてブレークダウンが発生し
、領域■に示す如く逆電流が増大する。

なお、比較のために第１図（Ｑに示すＴｉ薄層２４ｂｌ
酸化する前の状態で逆電圧−逆電流特性を測定したとこ
ろ、Ｔｉ薄層２４ｂが十分な高抵抗層になっていないた
めに、第３図の領域Ｈに示すよ５に逆電流を抑制するこ
とができず、従来と同様にほぼ破線で示すようなブレー
クダウンが生じた。

本発明のショットキパリアダイオートヲ、スイッチング
周波ＩＸ　５００　ｋＨｚのスイッチングレギュレータ
の出力整流平滑回路の整流ダイオードとして使用したと
ころ、スイッチング損失及びノイズ発生の極めて少ない
整流動作が確認された。なお。

チタン酸化物薄層２８を設けることによるスイッチング
速度（高速応答性）の低下は認められなかった。

本実施例の利点は以下のとおりである。

）１）　　チタン酸化物薄層２８は抵抗体であると共に
ショットキバリア生成可能物体であるので、第２のバリ
ア電極２７ｂの周縁近傍の半導体領域における電界の集
中を緩和する空乏層を良好に発生させる。従って、フィ
ールドプレートもしくはガードリングのみを設けた構造
、更にフィールドグレートとガードリングの両方を設け
た構造とした従来のショットキバリアダイオードよりも
大幅に耐圧を高めることができる。

（２）　　従来のガードリングを有するショットキバリ
アダイオードに比較し、高速応答性に優れる。

（３）従来の絶縁層を介したフィールドプレートラ有す
るショットキバリアダイオードで見られる特性の熱的不
安定性は解消されている。また、チタン酸化物薄層２８
は、外部から侵入してくるイオンに対して強いシールド
性を持つ。また、温度上昇に伴う耐圧低下も起こらない
。このため耐圧の安定性と信頼性が極めて高い。

（４１ＡＩ層２５ａの直下に設けたＴｉ薄層２４ａの延
在部であるＴｉ薄層２４ｂ’ｉ酸化させてチタン酸化物
薄層２８を得るので、チタン酸化物薄層２８を容易に得
ることができる。また、第１のバリア電極２７ａと第２
のバリア電極２７ｂとチタン酸化物薄層２８との電気的
接続を容易且つ確実に達成することができる。

（５）第１のバリア電極２７ａとチタン酸化物薄層２８
との間にＴｉ薄層２４ａ′から成る第２のバリア電１２
７　ｂｔ−配置しているので、超高速動作時の耐圧低下
が少ない。即ち、第１図Ωに示す第２のバリア電極２７
ｂのない状態でショットキバリアダイオードを作成し、
このショットキバリアダイオードを超高速動作（転流時
間１０＋１秒以下程度）させたところ、耐圧が１５Ｖ〜
２０Ｖ程度低下する現象が現われた。この現象は次のよ
うに考えられる。超高速逆方向転流時には、チタン酸化
物薄層２８には定常状態よりはるかに大きい容量性の過
渡電流が流れる。このため、チタン酸化物薄層２８の電
位勾配が大きくなり過ぎて第１のバリア電極２７ａの周
縁近傍の半導体領域で電界集中が起こり、結果として耐
圧が低下する。これに対して第１図（ト）の本発明に関
係するショットキバリアダイオードでは、第２のバリア
電極２７ｂのシート抵抗がチタン酸化物薄層２８より桁
違いに小さい。このため、上記過Ｉｆｔ流によって第２
のバリア電極２７ｂに生じる電位勾配は、第１のバリア
電極２７ａの周縁近傍での電界集中を緩和できる緩やか
なものとなる。結果として、超高速動作時の耐圧低下は
減少する。なお、定常状態では、第２のバリア電極２７
ｂに生じる電位勾配は無視できる程度に減少し１代わり
にチタン酸化物薄層２８に生じる電位勾配が耐圧向上を
持たらす。

（６）第１のバリア電極２７ａとチタン酸化物薄層２８
との間にＴｉ薄層２４ａ′から成る第２のバリア電極２
７ｂｔ−配置し℃いるので耐圧を更に向上できる。即ち
、比較的肉厚の第１のバリア電極２７ａ（！−ｎ形領域
２３の熱膨張係数の違いに基づく応力がｎ形鎮域２３に
生じる。第２のバリア電極２７ｂ及びチタン酸化物薄層
２８は極めて薄いので、これらによる応力は第１のバリ
ア電極２７ａによるものと比べれば無視できる。このた
め、ｎ形頭載２６の表面における第１のバリア電極２７
ａの周縁部の下部には上記応力の集中する箇所が生じる
。この応力集中点ではｎ影領域２３に歪が加わっている
ため他の部分よりもブレークダウンを起こす臨界電界強
度Ｅｃｒｉｔが低下している。従って、この応力集中点
に電界が集中すればブレークダウンが発生し易くなる。

一方、電界集中点はシート抵抗が大きく異なる被膜の境
界部分の下部にあたる箇所に生じることは周知である。

即ち１本実施例においては第２のバリア電極２７ｂとチ
タン酸化物薄層２８の境界部分の下方にあたるｎ影領域
２３の表面に電界集中点が生じる。この電界集中点が発
生するメカニズムは以下から理解できる。第１及び第２
のバリア’ｆｌ極２７　ａ、　２７　ｂのシート抵抗は
チタン酸化物薄層２８のシート抵抗に比べて十分に小さ
い。

従って、逆電圧印加時において第１及び第２のバリア電
極２７ａ、２７ｂの各部の電位は等しいといえる。この
結果、第１及び第２のバリア電極２７ａ、２７ｂの下部
のｎ影領域２３０表面でも電位が等しいと考えることが
できる。一方、チタン酸化物薄層２８はシート抵抗が大
きく、逆電流が増大すると上述のように内周端Ｐ１と外
周端Ｐ２との間の電位差が大きくなる。これにより、チ
タン酸化物薄層２８とオーミック電極２６との電位差は
外周端Ｐ２側に向かうにつれて徐々に減少する。厳密に
言えは、チタン酸化物薄層２８の逆電流密度は第２のバ
リア電極２７ｂに近い側で大きく、遠い側に向かうにつ
れて指数関数的に小さくなる。

従って、上述の電位差も外周端Ｐ２に向かうにつれて指
数関数的に減少する。このため、ｎ影領域２６の厚さ方
向Ｃ第１の方向）におけるｎ影領域２６の表面部分の微
少区間での電界は第２のバリア電極２７ｂの下部では連
続しである一定の値をと９、第２のバリア電極２７ｂと
チタン酸化物薄層２８の境界部分からチタン酸化物薄層
２８の外周端Ｐ２に向かって徐々に指数関数的に減少す
る。また、ｎ形頭載２３の表面に沿つ又第２のバリア電
極２７ｂとチタン酸化物薄層２８の境界部分を垂直に横
切る方向（第２の方向）に２けるｎ形頭載２６の表面部
分の微少区間での電界は、第２のバリア電極２７ｂの下
部ではほとんど零であり、第２のバリア電極２７ｂとチ
タン酸化物薄層２８の境界部分の下部を含む微少区間に
達したときに急激に大きくなり、更にチタン酸化物薄層
２８の下部では上記の境界部分の下部から外周端Ｐ２の
下部にかけて徐々に指数関数的に減少する。また、ｎ影
領域２６０表面に沿って第１の方向と第２の方向の両方
に垂直な第６の方向では、第２のバリア電極２７ｂ及び
チタン酸化物薄層２８の曲率が十分に大きいので電界は
けとんで発生していないと考えられる。ｎ影領域２６０
表面での電界は上述の第１の方向での電界と第２の方向
での電界と第６の方向での電界とのベクトル和であるが
ら、上記第２の方向での電界のピークが効いて第２のバ
リア電極２７ｂとチタン酸化物薄層２８の境界部分の下
部に最大電界の生じる領域、即ち電界集中点が存在する
。

以上のように、応力集中点は第１のバリア電極２７ａと
第２のバリア電極２７ｂとの境界部分の下部に位置し、
電界集中点は第２のバリア電極２７ｂとチタン酸化物薄
層２８との境界部分の下部に位置する。本実施例では、
Ｔｉ薄層２４ａから成る肉薄の第２のバリア電極２７ｂ
ｔ設けたことにより上述の応力集中点と電界集中点とを
分離することができ、規定耐圧以下の製品が生じる頻度
が少なくなり、耐圧歩留りが向上した。即ち耐圧の平均
値が向上した。

（７）　　第１のバリア電極２７ａに隣接して１゛ｉ薄
層２４ａ′から成る第２のバリア電極２７ｂを設けたこ
とにより、微かではあるが逆サージ耐量が向上した。

〔第２の実施例〕 次に、第５図に示す本発明の第２の実施例に係わるショ
ットキバリアダイオードを説明する。但し、第５図、及
びこの後で説明する第３．第４及び第５の実施例を示す
第６図〜第８図において。

第１図と実質的に同一の部分には同一の符号を付してこ
れ等の説明を省略する。第５図のショットキバリアダイ
オードにンい℃も第１図［Ｆ］と同様にＡＩ層２５．ｂ
とＴｉ薄層２４Ｃから成る第１のバリア電極２７ａを包
囲するように］゛Ｉ薄層２４ｄから成る第２のバリア電
極２７ｂが形成されており。

第２のバリア電極２７ｂを包囲してチタン酸化物薄層２
８が形成されている。しかし、第５図のショットキバリ
アダイオードではＴｉ薄層２４ｃ、２４ｄの層厚が第１
図（ト）のショットキバリアダイオードのＴｉ薄層２４
ａ、２４ａより厚くなっており、第２のバリア電極２７
ｂがチタン酸化物薄層２８より２倍程度厚い１００〜４
００Ａ程度に形成されている。第５図のショットキバリ
アダイオードを製作するには第１図■の工程で予めＴｉ
薄層２４全厚めに設けておき、第１図（ＱのようにＴｉ
薄Ｎｌ２４を露出させた後にＴｉ薄層２４ｂをエツチン
グにて所定の厚さとし第１図Ωのよ５に酸化する。

後に、第１図■と同様にＡＩ層２５ａをエツチングして
厚いＴｉ薄層２４ｄを露出さセて第２のバリア電極２７
ｂを得る。また、Ｔｉ薄層２ｄｂを厚いまま酸化し、チ
タン酸化物薄層２８としてからエツチングにて所定の厚
さとじ℃もよく、製造方法は種々考えられる。この様に
第２のバリア電極２７ｂを厚くすると、逆方向サージ耐
量が増加する効果が第１の実施例の場合より顕著になる
。即ち。

第２のバリア電極２７ｂの部分の抵抗が大きいとブレー
クダウン時の大電流は第１のバリア電極２７ａの周縁部
に集中して流れるため、逆サージ耐量は小さいものとな
る。この実施例では第２のバリア電極２７ｂの層厚を増
加し、抵抗を第１の実施例の場合より更に下げることで
、第２のバリア電極２７ｂが逆サージ電流の通路として
第１図（ト）の場合よりも更に有効に働く。これにより
、逆サージ電流が第２のバリア電極２７ｂに分散して流
れ、上記のように集中して大電流が流れることを緩和で
き、逆サージ耐量が増大する。

〔第３の実施例〕 第６図に示す第６の実施例のショットキバリアダイオー
ドは、ｎ形頭域２６の表面にリング状のチタン酸化物薄
層２８ａｔ有し、更にこの上にリング状のチタン酸化物
薄層２８ｂを有する。第１のバリア電極２７ａはＡＩ層
２５ｂと２つのＴｉ薄層２４ｅ、２４ｆから成る。第２
のバリア電極２７ｂは２つのＴｉ薄層２４ｇ、２４ｈか
ら成る。この構造は第１図■〜０のような工程を２回縁
９返すことによって形成できる。上側のチタン酸化物薄
層２８ｂは第１図（ト）のチタン酸化物薄層２８と同じ
厚さ及び酸化程度に形成されている。下側のチタン酸化
物薄層２８ａは上側のチタン酸化物薄層２８ｂとほぼ同
一の厚さとなっているが、酸化の程度を上側のチタン酸
化物薄層２８ｂよりも強めているので、上側のチタン酸
化物薄層２８ｂよりもシート抵抗が大きい。従って、上
側のチタン酸化物薄層２８ｂｔ−通る電流の方が下側の
チタン酸化物薄層２８ａを通る電流よりも大きくなり。

電位勾配は主として上側の層によって決定される。

また、チタン酸化物薄層２８ｂの重ねられていないチタ
ン酸化物薄層２８ａの外周部では、シート抵抗が２層部
分より高くなっている。この結果、第３図の領域口が高
圧側にシフトすると共に領域■での逆電流の増大が少な
くなり、逆電流の小さいショットキバリアダイオードを
提供することができる。更に、上側のチタン酸化物薄層
２８ｂと下側のチタン酸化物薄層２８ａの内周端が一致
しておらず階段状となっている。このため、〕゛ｉ薄層
２４ｇ、　２４ｈから成る第２のバリア電極２７ｂとチ
タン酸化物薄層２８ａ、２８ｂとの境界でのシート抵抗
が２段階に変化し、この境界面下部での電界集中全緩和
することができ、耐圧がより向上する利点を有する。こ
の境界でのシート抵抗の変化を連続的に変化させれば更
によい。又、第２の実施例と同じく逆サージ耐量を実施
例１よりも向上させることができる。

〔第４の実施例〕 第７図に示す第４の実施例の７ヨツトキハリアダイオー
ドは、第１図［Ｆ］のショットキバリアダイオードのＴ
ｉ薄眉２４ａ″とチタン酸化物薄層２８が直接接続され
、これらの境界部分の下部にＴｉ薄鳩２４ａ　よりも厚
いＴｉ薄層３１が設けられた構造を有する。Ｔｉ薄層６
１は厚いとはいっても１００〜４００Ａ程度の極薄の膜
である。この場合、Ａ１層２５ｂとその下部を第１のバ
リア電極２７ａ１Ａ１層２５ｂの下部を外れているＴｉ
薄Ｎ３１の一部を第２のバリア電極２７ｂと考えること
ができる。第７図のショットキバリアダイオードは、ｎ
形鎮域２３の上面に予めＴｉ薄層３１を形成しておくこ
とで第１因■の工程を省略したような製造工程で製作で
きる。第７図のショットキバリアダイオードは、第２及
び第３の実施例と同様に第１の実施例より逆サージ耐量
を向上させることかできる。また、第１のバリア電極２
７ａの５ち１周辺のＴｉ薄層６１の部分は、Ｔｉ薄層２
４ａ　の部分よりバリアハイドφＢが大きいショットキ
バリアが形成される。このため、主ショットキバリアの
周辺耐圧が向上し、ショットキバリアダイオードの耐圧
がより向上する利点を合わせ持つ。

［第５の実施例〕 厳しい高速応答性が要求されない場合は、ガードリング
を設けることによって高耐圧且つ逆サージ耐量の大きい
ショットキバリアダイオードヲ提供できる。ガードリン
グを設けることにより、第１及び第２のバリア電極に基
づく空乏層と、ガードリングによるｐｎ接合に基づく空
乏層と、チタン酸化物薄層に基づく空乏層とが連続して
広がる。

第８図はガードリングを有する本発明に従うショットキ
バリアダイオードの一例を示す。第８図のショットキバ
リアダイオードは１図示のように第２のバリア電極２７
ｂとチタン酸化物薄層２８との境界部分の下部のｎ膨頭
域２６にｐ形Ｃ高濃度のｐ型）領域６２から成るガード
リングが設けられている。この場合、ｐ影領域６２と第
２のノ（リア電極２７ｂ及びチタン酸化物薄層２８との
接触は、−’Ｐや非直線抵抗的な傾向を示す比較的抵抗
値の大きい抵抗性接触と考えられ、少なくともショット
キバリアとはなっていない。従って、第１及び第２のバ
リア電極２７ａ、２７ｂに基づくショットキバリア領域
と、チタン酸化物薄層２８に基づくショットキバリア領
域とはｐ影領域６２によＶ離間された状態にある。第８
図の破線は逆電圧印加時の空乏層の広がりを模式的に示
す。

第８図のショットキバリアダイオードは、を界集中が生
じやすい第２のバリア電極２７ｂとチタン酸化物薄層２
８との境界部分の下部にｐ影領域３２を形成した。この
ため、より高い耐圧向上が望める。また、ｐ影領域６２
と第１のバリア電極２７ａとは第１のバリア電極２７ａ
に比べて高抵抗の第２のバリア電極２７ｂ’ｔ−介して
電気的に接続されている。このため、順方向バイアス時
にｐ＋形領領域３２流れる順電流を第２のバリア電極２
７ｂにて制限でき、少数キャリアの蓄積効果を小さくで
きる。つまり高速応答性を大きく損なうことなく耐圧向
上ができ、ガードリングを有したショットキバリアダイ
オードとして望ましい構造といえる。なお、逆サージ耐
量を向上させることを主眼とするときは、高速応答性を
損なうことはやむを得ないものとして、第１のバリア電
極２７ａと第２のバリア電極２７ｂの境界の下部にｐ影
領域６２を形成する。

〔変形例〕

本発明は上述の実施例に限定されるものでなく。

例えば次の変形が可能なものである。

（１）　チタン酸化物薄層２８．２８ａ、２８ｂのシー
ト抵抗は、半導体テング構造やサイズによつて効果的な
範囲が変わるが、１０にΩ／口〜５０００ＭΩ／口、望
ましくはＩＯＭΩ／口〜１０００ＭΩ／口に選ぶべきで
ある。

（２）　　チタン酸化物薄層２８０幅ｃｆ約１０μｍ以
上とすることによって耐圧向上の効果が現われ。

３０μｍ以上にすることによってその効果が顕著になる
。しかし、所定の耐圧が得られる歩留！ｌｌヲ高くする
ためには１００μｍ以上に設計することが一層望ましい
。幅Ｃを５００μｍ又はこれよりも大きく設定しても耐
圧向上効果を十分に得ることができる。従って、＠Ｃの
上限はないが、幅Ｃを５００μｍ以上にしても耐圧の比
例的増大を期待することができないばかりでなく１半導
体チップが大型化するという問題が生じる。従って、幅
Ｃを３０〜５００μｍの範囲にすることが望まし１．１
゜ （３１第２のバリア電極２７ｂのシート抵抗及び喝は、
それぞれ１０Ω／口〜１００にΩ／口、２μｍ〜５０μ
ｍに選ぶのが適当である。

＋４１　　第２のバリア電極２７ｂの厚さ、チタン酸化
物薄層２８の厚さ及び第６図の２つのチタン酸化物薄層
２８ａ、２８ｂを合わせた夙さは、実質的に応力集中点
の発生原因とならないように、５０００Ａ（０，５μｍ
）以下とすべきであり、更に望ましくは３０００Ａ［］
、３３μｍ以下とすべきである。

（５１Ｔｉ薄層２４ｃ、２４ｄ、３１以外のＴｉ薄層の
膜厚は、膜厚制御、酸化温度、酸化時間等を勘案して２
ＯＡ以上にすべきである。上限については、上記所定の
シート抵抗が得られるならば制限はないが、Ｔｉ薄膜を
熱酸化してチタン酸化物薄層を形成するときには、酸化
温度と酸化時間を勘案して３００八以下とすべきである
。プラズマ酸化のような強力な酸化を行うならば、この
上限はさらに拡大できる。

（６１Ｔｉ薄層２４ｂを酸化してチタン酸化物薄層２８
を得る時の酸化温度は５００℃以下にすることが望まし
く　、　Ａｕ系の電極を用いる時は３８０℃以下とする
。酸化温度の下限値については、熱酸化法による時では
２００℃以上とするが、プラズマ酸化による時では室温
以下の低温とすることもできる。酸化時間はＴｉ薄層２
４ｂの厚さ、酸化温度、酸化雰囲気によって変わるが、
５秒〜２時間の範囲に収めることが望ましい。

（７１チタン酸化物薄層２８．２８ａ、２８ｂに対応す
るものをチタン酸化物の蒸着やスパッタリングで形成し
、　Ｔｉ薄＃２４ａ、２，７１ｄ、２４ｇ。

２４ｈ’ｉ導電性が比較的高いチタン窒化物層に置き換
えてもよい。チタン窒化物層は％Ａ１層をマスクとして
Ｔｉ薄層全窒化することによって形成し得る。

（８１シート抵抗が高く且つショットキバリアを性成す
る薄層としてチタン酸化物薄層が好適であるが、Ｔａ　
（タンタル］糸材料の酸化物薄層等にすることもできる
。また、Ｔｉ薄層２４及びチタン酸化物薄層２８はＩｎ
　’Ｐ　Ｓｎ等を添加したものであってもよい。

１９）　　チタン酸化物薄層２８．２８ｂの外周端をｎ
形頭域２３にオーεツク接触さセるように短絡電極全形
成してもよい。この場合、チタン酸化物薄層２８．２８
ｂ’に抵抗路として短絡電極から第１のバリア電極２７
ａに流れる電流によってチタン酸化物薄層２８．２８ａ
、２８ｂに電位分布が生じる。また、チタン酸化物薄層
２８％２８ａ。

２８ｂを内外に分断するように比較的低抵抗の環状領域
を同心的に形成して、チタン酸化物薄層２８．２８ａ、
２８ｂの電位分布を安定化させてもよい。

（１（ｌ　　ＧａＡｓの代りにｌｎＰ　（燐化インジウ
ム）等のｌ−マ族化合物やシリコンを使用するショット
キバリア半導体装置にも適用可能である。

（１１１集積回路中にショットキバリア半導体装置を形
成する場合には、ｎ影領域２６を島状に囲むようにｎ影
領域２２を設けてオーミック電極２６ｆｎ形餉域２３の
表面佛に設けるプレーナ構造としてもよい。

α２　ｎ影領域２３．ｎ形飴域２２１ｋｐ形領域と置き
換えることができる。

〔発明の効果〕

上述のように本発明によれば、高耐圧かつ高速のショッ
トキバリア半導体装置、あるいは高耐圧化が特に高水準
に達成された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図囚〜［Ｆ］は本発明の第１の実施例に係わるショ
ットキバリアダイオードを製造工程順に示す断面図。 第２図は第１図■の状態を示す平面図、第６図は第１図
［Ｆ］のショットキバリアダイオードの逆電圧−逆電流
特性図。 第４図は空乏層を模式的に示す第１図（ト）のショット
キバリアダイオードの一部拡大断面図、第５図は第２の
実施例のショットキバリアダイオードを示す断面図。 ｍ６図はｔａ６の実施例のショットキバリアダイオード
を示す断面図。 第７図は第４の実施例のショットキバリアダイオードを
示す断面図。 第８図は第５の実施例のショットキバリアダイオードを
示す断面図である。 ２２・・・ｎ影領域、２３・・・ｎ影領域ｈ　２４　ａ
　＊　２Ａａ＋２４ａ・Ｔｉ薄層、２５　、２５　ａ　
、　２５　ｂ　・・・Ａｌ、２６・・・オーミック電極
、２７ａ・・・第１のバリア電極％２７ｂ・・・第２の
バリア電極、２８・・・チタン酸化物薄層、２９・・・
絶縁層。 代　　理　　人　　　高　　野　　則　　次逆ｔμ閉

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体領域と、 前記半導体領域との間にシヨツトキバリアを生じさせる
   ことができるように前記半導体領域上に形成された第１
   のバリア電極と、 前記第１のバリア電極を包囲するように前記半導体領域
   上に配置され、且つ前記第１のバリア電極に電気的に接
   続され、且つ前記第１のバリア電極よりも薄い厚さを有
   し、且つ前記第１のバリア電極よりも大きなシート抵抗
   を有し、且つ１００ｋΩ／□以下のシート抵抗を有し、
   且つ前記半導体領域との間にシヨツトキバリアを生じさ
   せることができるように形成された第２のバリア電極と
   、前記第２のバリア電極を包囲するように前記半導体領
   域上に配置され、且つ前記第２のバリア電極に電気的に
   接続され、且つ前記第１及び第２のバリア電極よりも大
   きなシート抵抗を有し、且つ１０ｋΩ／□以上のシート
   抵抗を有し、且つ前記半導体領域との間にシヨツトキバ
   リアを生じさせることができるように前記第１のバリア
   電極より肉薄に形成された薄層と を備えていることを特徴とするシヨツトキバリア半導体
   装置。