JPH0548080A - シヨツトキバリアダイオ−ド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 半導体基板の表面を凹凸状に形成し、その凹
部の底部および側部と、凸部のバリア高さ（φＢ）を変
化させて、ショットキ接合の有効面積の効率化を図ると
共に、電気的特性を目的に応じて変化できる、従来のも
のより低損失のショットキバリアダイオ−ドを得る。 【構成】 凹凸状表面の凹部には、水素プラズマに曝さ
れた変質層を有し、凸部には、もとの半導体基板に対
し、同一導電型の低抵抗の半導体層を形成することを特
徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は従来のものよりさらに整
流特性が良好であって損失の少ないショットキバリアダ
イオ−ドの構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】メタルと半導体との接触により生ずる電
位障壁を利用して整流する図１の如き構造をもつショッ
トキバリアダイオ−ド（図において、１はショットキバ
リア形成金属、２は表面保護膜、３は一導電型半導体基
板、７は３と同じ導電型のエピタキシアル層等の低抵抗
半導体層）は、他のダイオ−ドに比して高速かつ正方向
立上がり電圧が低く低損失であることから電力用として
多く用いられている。特に最近における集積回路の駆動
電圧の低圧化はその必要をとみに高めつつある。

【０００３】低損失のショットキバリアダイオ−ドを実
現するためには順方向電圧降下と逆方向電流が現在のも
のより小さく、ダイオ−ドの損失即ち順方向損失と逆方
向損失の和の小さい整流特性の良好なものの実現が必要
である。しかし、ショットキバリアダイオ−ドの順方向
電圧降下と逆方向電流は図２に示す定性的な関係図のよ
うに、ショットキ接合を形成するバリアメタルの材質に
よ（２）って決定される。一般には順方向電圧降下が小
さいものは逆方向漏れ電流が大きく、逆方向漏れ電流が
小さいものは順方向電圧降下が大きいという順逆相反す
る性質を有する。例えば順方向電圧降下を従来知られて
いるメタルで見れば、図２のようにチタン（Ｔｉ）、ク
ロム（Ｃｒ）、現在最も多く用いられているモリブデン
（Ｍｏ）の順序で大となって順方向損失を大とする傾向
をもつ。従って損失が順方向と逆方向の和で与えられる
ダイオ−ドにおいては、順逆方向損失の兼ね合いによっ
て最も低損失が実現される材質を選ばざるを得ず、現状
ではモリブデン（Ｍｏ）が最も多く用いられている。し
かし現状以上に低損失のショットキバリアダイオ−ドを
現状の構造によって実現するのは新しい整流機構の開拓
などの難しい課題が解決されなければならない。

【０００４】

【発明の目的】本発明は係るダイオ−ドの改良に関する
もので、半導体基板の表面を凹凸状に形成し、凹凸部に
ショットキバリア金属を設けたショットキバリアダイオ
−ドにおいて、本発明者が発見した現象（半導体表面を
プラズマに曝すとφBが変化する現象）を利用して、凹
部の底部および側部と凸部のバリア高さ（φB）を変化
させて、ショットキ接合の有効面積の効率化を図ると共
に電気的特性を目的に応じて変化できる従来のものより
も低損失のショットキバリアダイオ−ドを提供するもの
である。

【０００５】

【実施例】図３（ａ）（ｂ）は本発明の実施例を示す平
面図及び断面図、図４はその動作説明図でＡ及びＢはシ
ョットキバリアダイオ−ドの電極、１はショットキバリ
ア形成金属、２は表面保護膜、３はＮ型半導体基板、４
は半導体３のなかに形成された同じ導電型の低抵抗の半
導体層、５は半導体３のなかに形成された水素プラズマ
に曝された変質層、６は半導体３のなかに形成された３
とは反対の導電型層で、一般的にはガ−ドリング、と呼
ばれる領域である。（３）７は半導体３と同じ導電型の
低抵抗半導体層、８は電極金属である。なお半導体３の
表面は凹凸形状に形成され、凹部の底部と側面には水素
プラズマに曝さらすことによって形成される変質層５を
配置し、凸部上部の略平面には低抵抗の半導体層４を形
成し配置してある。

【０００６】因みに図５（ａ）（ｂ）のバリア高さの特
性図に示すように、半導体３の中に形成した低抵抗層４
は、イオン注入時の条件で、また、変質層５は、変質層
を形成する時の水素プラズマ条件でバリア高さφBを変
えることが可能である。

【０００７】次に本発明構造のショットキバリアダイオ
−ドの動作原理を以下に説明する。本構造はいわば小バ
リア高さのショットキバリアダイオ−ドと、大バリア高
さのショットキバリアダイオ−ドを並列接続した等価回
路で表現される。従って、Ａ電極が正、Ｂ電極が負の順
方向電界が印加されると、まず、小バリア高さの接合部
において大バリア高さの接合よりも先に電子が低抵抗の
半導体４から金属１に流れ込むため、ほとんど小バリア
高さショットキバリアダイオ−ドのＪF−ＶF特性が支配
的になる。従って、本発明構造では従来構造ショットキ
バリアダイオ−ドと比べると、順方向特性はほとんど差
がない。

【０００８】一方逆方向特性は、Ａ電極に負、Ｂ電極に
正が印加されると、金属／半導体接合から空乏層が半導
体側に形成され、逆方向印加電圧の上昇とともに拡がっ
て来る。しかしながら、ショットキバリアの高さφBの
大きな接合ほど空乏層Ｗの拡がり幅は大きく、なおかつ
空乏層内での再結合電流はφBが大きいほど小さい。逆
方向電圧が印加されると、図４に示すように金属１と変
質層５の接合から拡がってくる空乏層（イ）が凸部の幅
ａを埋めるまでは金属１と低抵抗の半導体層４が形成す
る接合から伸びてくる空乏層内での再結合電流が逆方向
電流の大部分を占める。（４）凸部の幅ａが、金属１と
変質層の接合から伸びてくる空乏層で埋められた（ロ）
ピンチオフ電圧ＶPからは、金属１と低抵抗層の半導体
層４が形成するショットキバリア接合にかかる電界Ｅは
ほぼ固定される。その後逆方向電圧がＶPより大きくな
っても金属１と低抵抗の半導体層４接合の電界Ｅは増大
しないため、金属１と変質層５で形成する空乏層内での
再結合電流ＪSBJ1はほぼ一定値となる。いいかえれば、
小さなショットキバリア高さφBの接合を横切る漏れ電
流が小さいうちに一定値に押え、ＶP電圧以降も小さな
逆方向電流を維持することができる。ＶP後も電圧印加
すると、金属１と変質層５が形成する接合から伸びる空
乏層は電圧降伏ＶBするまで伸びる（ハ）が、この接合
が形成する空乏層の再結合電流ＪSBJ2は比較的小さな漏
れ電流値となる。

【０００９】次に、Ｎ型シリコンエピタキシアルウェハ
−の一部に変質層５と低抵抗の半導体層４を形成する例
を以下に説明する。ヒ素不純物原子をド−プした比抵抗
０.００３Ω・ｃｍ厚さ４００μｍのシリコン基板７上
にリンを不純物原子とした比抵抗０.５Ω・ｃｍのエピ
タキシャルシリコン層３を６μｍ堆積させる。スチ−ム
酸化処理で約１μｍ厚さのＳｉＯ2膜を形成し、ガ−ド
リング部分のみの酸化膜を除去する第１次の写真処理を
行う。その後、フッ酸系のエッチング液でガ−ドリング
部を窓開けする。イオン注入でボロン原子を約１×１０
14個／ｃｍ2を５０ｋｅＶで打ち込み、１１００℃、３
０分、Ｏ2雰囲気でアニ−ル拡散してガ−ドリング部Ｐ+
拡散３μｍ（６）を形成する。

【００１０】次に、ガ−ドリング内部全面の酸化膜を除
去する第２次の写真処理を行う。その後フッ酸系のエッ
チング液でガ−ドリング内部を窓開けする。イオン注入
でアンチモン原子を約６×１０12個／ｃｍ2を２５ｋｅ
Ｖで打ち込み、Ｏ2雰囲気でアニ−ル拡散して低抵抗層
Ｎ+拡散１μｍを形成する。なお、低抵抗層の抵抗率や
金属に対するバリア高さなどは、低抵抗層を形成（５）
する時の条件例えばイオン注入で打ち込む原子数（ド−
ズ量）および拡散時の温度や時間で制御できる。また、
ガ−ドリング内部の面積は０.０１ｃｍ2とした。次に、
第３次写真を施し、２×２μｍ角の酸化膜パタ−ンが残
るような写真パタ−ンを形成する。ＲＩＥ（Reactive Io
n Etching）装置を使用し、公知のドライエッチング方
法で酸化膜およびシリコンをエッチングする。こうして
ａ＝２μｍ、ｆ＝３μｍ、ｈ＝３μｍの凹凸形状９がで
きる。

【００１１】次に、通常のＲＩＥ装置を使用して、Ｈ2ガ
ス雰囲気でプラズマ放電させる。水素プラズマに曝され
た凹部の底部および側部には、水素を含有したシリコン
の変質層５が形成される。凸部上部のシリコン面は、酸
化膜が形成されたままになっているので、水素プラズマ
に曝されない。なお、変質層の膜厚、性質および金属に
対するバリア高さなどは水素プラズマに曝す時の条件、
例えば圧力、投入電力の大きさなどで制御できる。次
に、凸部の上部の酸化膜をフッ酸系のエッチング液で除
去する。こうして凸部に低抵抗の半導体層４が、凹部の
底部と側部には水素を含有したシリコンの変質層５が存
在する凹凸形状の表面が形成された。

【００１２】上記凸部酸化膜のエッチング後、Ａｌ１を
蒸着する。ＡｌをＵ字形Ｓｉの底部側面に充分回らせる
ため、蒸着入射角とウェハ−の自転、公転の角度及び回
転速度を調整しておこなったが、段差ガバレ−ジが良い
とされている一般的なスパッタ法やＣＶＤ法を用いて形
成することも可能である。その後、通常の工程にて、シ
ョットキバリアダイオ−ドチップを完成させた。以上の
制作工程により、ガ−ドリング内面積０.０１ｃｍ2、Ａ
ｌ−低抵抗半導体ショットキ面積 ７.４８×１０-3ｃ
ｍ2 バリア高さ０.６ｅＶ、ａ＝２μｍ Ａｌ−水素を
含有したシリコンの変質層ショットキ領域 ｆ＝３μｍ
バリア高さ０.８５ｅＶを完成させた。

【００１３】（６）図６（ａ）（ｂ）は従来例と比較し
た本発明ダイオ−ドの特性図で（ａ）は順方向特性図、
（ｂ）は逆方向特性図で図中各々（イ）は従来例で、現
在最も多く用いられているＭｏショットキバリアダイオ
−ド（バリア高さ０.６ｅＶ）、（ロ）は本発明実施例
を示す。即ち本発明実施例による順方向特性（ロ）はＶ
F＝０.４７ｖｏｌｔ（ａｔ ２００Ａｍｐ／ｃｍ2）で
あり、バリアメタルとしてＡｌを使用したにもかかわら
ず、従来構造（イ）のＭｏショットキバリアダイオ−ド
ＶF＝０.４０ｖｏｌｔに近い順方向特性が得られた。
一方逆方向特性において本実施例では特性（ロ）に示す
ように降伏電圧ＶB≒５０ｖｏｌｔの点ではＩR＝０.５
５ｍＡ程度の逆方向漏れ電流（ＩR）を得た。従来構造
のＭｏショットキバリアダイオ−ドではＩR＝１.０ｍＡ
であり、約１／２にすることができた。従って電力損失
では、整流回路に適用すると従来構造Ｍｏショットキバ
リアダイオ−ドに比べて約３／５に減少することができ
た。

【００１４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば、電力用として好適する低損失のショットキバリ
アダイオ−ドを提供しうる。また、本発明原理によると、
使用するバリアメタル、半導体の導電型などを変えるこ
とによって、所望の特性が得られ、産業上非常に役立つ
低損失のショットキバリアダイオ−ドの提供が可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のショットキバリアダイオ−ドの構造図で
ある。

【図２】従来のショットキバリアダイオ−ドの整流特性
図である。

【図３】本発明の実施例を示す構造図で、（ａ）は平面
図、（ｂ）は断面図である。

【図４】（７）図３における動作説明図である。

【図５】バリア高さの特性図である。

【図６】従来例と比較した本発明実施例の特性図で、
（ａ）は順方向特性図、（ｂ）は逆方向特性図である。

【符号の説明】

１ ショットキバリア形成金属 ２ 表面保護膜 ３ 半導体基板 ４ ３と同じ導電型の低抵抗の半導体層 ５ 水素プラズマに曝された変質層 ６ ３と反対の導電型のガ−ドリング領域 ７ ３と同じ導電型の低抵抗半導体層 ８ 電極金属 ９ 凹凸形状 Ａ、Ｂ 電極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板の表面を凹凸状に形成し、該
   凹凸表面にショットキバリア金属を設けたショットキバ
   リアダイオ−ドにおいて、前記凹凸表面の凹部は水素プ
   ラズマに曝された変質層を有し、凸部にはもとの半導体
   基板に対し、同一導電型の低抵抗の半導体層を形成した
   ことを特徴とするショットキバリアダイオ−ド。