JPH0587189B2 - - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は、高耐圧のシヨツトキバリア半導体装
置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a high voltage shot barrier semiconductor device.
[従来の技術と発明が解決しようとする課題]
シヨツトキバリアダイオードは、高速応答性
(高速スイツチング特性)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
されている。しかし、シヨツトキバリアダイオー
ドは、周辺耐圧(シヨツトキバリアの周辺での耐
圧)がバルク耐圧(シヨツ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
化が難しいという問題を有する。[Prior Art and Problems to be Solved by the Invention] A shotgun barrier diode is widely used in high-frequency rectifier circuits and the like, taking advantage of its high-speed response (high-speed switching characteristics) and low loss. However, shot barrier diodes have a problem in that the peripheral breakdown voltage (withstand voltage around the shot barrier) is significantly lower than the bulk breakdown voltage (breakdown voltage at the center of the shot barrier), making it difficult to increase the breakdown voltage.
この問題を解決するためにフイールドプレート
を設けること、又はガードリングを設けること
は、例えば米国のエス・エム・ジイー著の「フイ
ズイクス オブ セミコンダクタ デバイス」第
2版等で知られている。また、フイールドプレー
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。 Providing a field plate or a guard ring in order to solve this problem is known, for example, in "Physics of Semiconductor Devices", 2nd edition, written by SMM, USA. Additionally, the use of both field plates and guard rings has already been practiced.
フイールドプレート構造のシヨツトキバリアダ
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
上に形成されたシヨツトキバリア形成可能な金属
電極(以下バリア金属電極と呼ぶ)と、n形半導
体領域上にバリア金属電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た且つ
バリア金属電極に接続されたフイールドプレート
と、n+形半導体領域に接続されたオーミツク電
極とから成る。バリア金属電極とオーミツク電極
との間に逆電圧を印加すると、バリア金属電極と
n形半導体領域との間に空乏層が生じると共に、
フイールドプレートの下部のn形半導体領域にも
フイールドプレートの電界効果によつて空乏層が
発生し、バリア金属電極の周辺部に電界が集中す
ることが緩和され、シヨツ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
あつた。 A shot barrier diode with a field plate structure consists of an n + type semiconductor region, an n type semiconductor region formed on this, and a metal electrode (hereinafter referred to as barrier metal) capable of forming a shot barrier formed on this n type semiconductor region. an insulating layer formed on the n-type semiconductor region so as to surround the barrier metal electrode; a field plate provided on the insulating layer and connected to the barrier metal electrode ; and an ohmic electrode connected to a semiconductor region. When a reverse voltage is applied between the barrier metal electrode and the ohmic electrode, a depletion layer is generated between the barrier metal electrode and the n-type semiconductor region, and
A depletion layer is also generated in the n-type semiconductor region under the field plate due to the field effect of the field plate, which alleviates the concentration of the electric field around the barrier metal electrode and improves the peripheral breakdown voltage of the shotgun barrier. However, it has been practically difficult to satisfactorily alleviate the concentration of the electric field and significantly improve the withstand voltage.
一方、ガードリング構造のシヨツトキバリアダ
イオードは、平面的に見てバリア金属電極の周辺
に接続されるとともにバリア金属電極を囲むよう
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、シヨツトキバリアの
周辺よりも効果的に空乏層が広がる。この結果、
バリア金属電極の周辺耐圧を向上させることがで
きる。しかし、シヨツ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ヤリアの注入が発生
し、シヨツ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、フイールドプレート構造と組み合せて広
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。 On the other hand, a shot barrier diode with a guard ring structure has a guard ring that is connected to the periphery of a barrier metal electrode in plan view and is made of a p + -type semiconductor region that is arranged so as to surround the barrier metal electrode. The p + type semiconductor region of the guard ring forms a pn junction with the n type semiconductor region, and when a reverse voltage is applied to this pn junction, the depletion layer expands more effectively than the periphery of the Schottky barrier. As a result,
The peripheral breakdown voltage of the barrier metal electrode can be improved. However, the shotgun barrier diode and
Since it has a structure in which a pn junction diode is placed in parallel, when a forward voltage is applied and a forward current flows,
Injection of minority carriers occurs at the p-n junction, and the high-speed response, which is one of the characteristics of shotgun barrier diodes, deteriorates. Further, although the guard ring structure is widely used in combination with the field plate structure, it is still difficult to significantly increase the withstand voltage.
そこで、本発明の目的は、高耐圧化が可能であ
り且つ高い安定性を有するシヨツトキバリア半導
体装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a shot barrier semiconductor device that is capable of increasing withstand voltage and has high stability.
[課題を解決するための手段]
上記目的を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
上に形成されたバリア金属電極と、前記バリア金
属電極を包囲するように前記半導体領域上に配置
され、且つ前記バリア金属電極に電気的に接続さ
れ、且つ前記バリア金属電極よりも大きなシート
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
されたチタン酸化物の薄層と、前記薄層を被覆す
るように形成され、且つプラズマCVD又は光
CVDにより形成されたシリコン酸化膜から成る
絶縁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に係わるものである。上記発
明において、薄層のシート抵抗を10kΩ/□〜
5000MΩ/□にすることが好ましい。[Means for Solving the Problems] The present invention for achieving the above object includes a semiconductor region and a barrier metal formed on the semiconductor region so as to create a shot barrier between the semiconductor region and the semiconductor region. an electrode, disposed on the semiconductor region so as to surround the barrier metal electrode, electrically connected to the barrier metal electrode, and having a sheet resistance greater than that of the barrier metal electrode; and a thin layer of titanium oxide formed to cover the thin layer and coated with plasma CVD or photoresist.
The present invention relates to a shot barrier semiconductor device characterized by comprising an insulating layer made of a silicon oxide film formed by CVD. In the above invention, the sheet resistance of the thin layer is 10kΩ/□~
It is preferable to set it to 5000MΩ/□.
[作用]
上記発明において、バリア金属電極と半導体領
域との間に逆電圧が印加された時には、バリア金
属電極と半導体領域との間のシヨツトキバリアに
基づく空乏層と、チタン酸化物薄層と半導体領域
との間のシヨツトキバリアに基づく空乏層とが発
生する。チタン酸化物薄層はバリア金属電極を包
囲しているので、チタン酸化物薄層がバリア金属
電極に隣接して包囲している場合にはこれ等に基
づく空乏層が互いに連続し、また、後述の変形例
に示すようにバリア金属電極を囲むようにp+形
領域のガードリングが設けられる場合には、この
ガードリングのpn接合に基づく空乏層を介して
チタン酸化物薄層とバリア金属電極の空乏層が連
続する。バリア金属電極とチタン酸化物薄層との
両方が半導体領域との間にシヨツトキバリアを生
成し、且つチタン酸化物薄層が抵抗体であるため
にチタン酸化物薄層の内周側から外周側に向つて
電位が徐々に変化する電位勾配が生じる。この結
果、バリア金属電極の周縁部に電界が集中しない
ような空乏層の広がりが得られ、耐圧が大幅に向
上する。[Operation] In the above invention, when a reverse voltage is applied between the barrier metal electrode and the semiconductor region, a depletion layer based on the shot barrier between the barrier metal electrode and the semiconductor region, and the titanium oxide thin layer and the semiconductor region are formed. A depletion layer is generated based on the shotgun barrier between the Since the titanium oxide thin layer surrounds the barrier metal electrode, when the titanium oxide thin layer surrounds and adjoins the barrier metal electrode, the depletion layers based on these layers are continuous with each other, and as will be described later. When a guard ring of the p + type region is provided to surround the barrier metal electrode as shown in the modification example, the titanium oxide thin layer and the barrier metal electrode are connected to each other through a depletion layer based on the pn junction of this guard ring. The depletion layer is continuous. Both the barrier metal electrode and the titanium oxide thin layer create a shot barrier between themselves and the semiconductor region, and since the titanium oxide thin layer is a resistor, the titanium oxide thin layer is A potential gradient is created in which the potential gradually changes towards the end. As a result, the depletion layer is expanded so that the electric field is not concentrated at the peripheral edge of the barrier metal electrode, and the withstand voltage is significantly improved.
プラズマCVD又は光CVDのシリコン酸化膜
は、チタン酸化物薄層に基づく高耐圧化作用を妨
害しないので、高耐圧のシヨツトキバリア半導体
装置の提供が可能になる。また、プラズマCVD
又は光CVDのシリコン酸化膜は、チタン酸化物
薄層に基づく高耐圧化作用を長期間に渡つて安定
的に維持する。従つて、プラズマCVD又は光
CVDのシリコン酸化膜は、チタン酸化物薄層の
保護膜として好適なものである。 Since the silicon oxide film produced by plasma CVD or photo-CVD does not interfere with the high breakdown voltage effect based on the titanium oxide thin layer, it is possible to provide a high breakdown voltage shot barrier semiconductor device. In addition, plasma CVD
Alternatively, the photo-CVD silicon oxide film stably maintains the high breakdown voltage effect based on the titanium oxide thin layer over a long period of time. Therefore, plasma CVD or optical
The CVD silicon oxide film is suitable as a protective film for the titanium oxide thin layer.
本発明の好ましい実施例では、逆電圧印加時
に、チタン酸化物薄層の外周端の微少領域でブレ
ークダウンが生じ、これに基づいて逆電流がチタ
ン酸化物薄層中を流れる。この微少ブレークダウ
ンに基づく逆電流はチタン酸化物薄層が抵抗体で
あるために抑制されてさほど大きくならない。チ
タン酸化物薄層の外周端から内周端に向つて電流
が流れると、チタン酸化物薄層は抵抗体であるた
めに電位勾配が生じ、電界集中を良好に緩和する
空乏層が得られる。 In a preferred embodiment of the present invention, when a reverse voltage is applied, breakdown occurs in a minute region at the outer peripheral edge of the titanium oxide thin layer, and based on this, a reverse current flows through the titanium oxide thin layer. Since the titanium oxide thin layer is a resistor, the reverse current due to this minute breakdown is suppressed and does not become very large. When a current flows from the outer circumferential edge of the titanium oxide thin layer toward the inner circumferential edge, a potential gradient occurs because the titanium oxide thin layer is a resistor, and a depletion layer is obtained that satisfactorily alleviates electric field concentration.
また、薄層のシート抵抗を10kΩ/□〜
5000MΩ/□の範囲にすれば、高耐圧化が効果的
に達成される。 In addition, the sheet resistance of the thin layer is 10kΩ/□~
If it is in the range of 5000MΩ/□, high voltage resistance can be effectively achieved.
[実施例]
本発明の第1の実施例に係わるシヨツトキバリ
アダイオード及びその製造方法を第1図A〜E、
第2図及び第3図に基づいて説明する。先ず、第
1図A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2
1は、厚さ約300μm、不純物濃度0.5〜2×1018cm
−3のn+形領域22の上に、厚さ10〜20μm、不純
物濃度1〜2×1015cm-3のn形領域23をエピタ
キシヤル成長させたものである。[Example] A shot barrier diode and its manufacturing method according to the first example of the present invention are shown in Figs.
This will be explained based on FIGS. 2 and 3. First, as shown in FIG. 1A, a semiconductor substrate 21 made of GaAs (gallium arsenide) is prepared. Semiconductor substrate 2
1 has a thickness of approximately 300 μm and an impurity concentration of 0.5 to 2×10 18 cm
An n - type region 23 having a thickness of 10 to 20 μm and an impurity concentration of 1 to 2×10 15 cm −3 is epitaxially grown on the −3 n + type region 22 .
次に、第1図Bに示すように、n形GaAsから
成るn形領域23の上面全体にTi(チタン)の薄
層24即ちTi薄膜を真空蒸着で形成し、更にそ
の上面全体にAl(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50Å〜200
Å(0.005〜0.02μm)と極薄である。Al層25の
厚さは約2μmで、Ti薄層24の100倍以上であ
る。更に、n+形領域22の下面にAu(金)−Ge
(ゲルマニウム)の合金から成るオーミツク接触
の電極26を真空蒸着により形成し、その後380
℃10秒間の熱処理を行う。 Next, as shown in FIG. 1B, a thin layer 24 of Ti (titanium), that is, a Ti thin film, is formed on the entire upper surface of the n-type region 23 made of n-type GaAs by vacuum evaporation, and then Al ( A layer 25 (aluminum) is successively vacuum deposited. The thickness of the Ti thin layer 24 is 50 Å to 200
It is extremely thin with a thickness of Å (0.005 to 0.02 μm). The thickness of the Al layer 25 is about 2 μm, which is more than 100 times that of the thin Ti layer 24. Furthermore, Au (gold)-Ge is added to the lower surface of the n + type region 22.
An ohmic contact electrode 26 made of a (germanium) alloy is formed by vacuum evaporation, and then
Heat treatment at ℃ for 10 seconds.
次に、第1図Cに示すように、フオトエツチン
グによりAl層25の一部をエツチング除去し、
主順電流通路となるシヨツトキバリアを形成すべ
き領域に対応させてAl層25aを残存させる。
更にフオトエツチングにより素子の周辺領域から
Ti薄層24を除去し、Al層25a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
は導体であつても極薄の膜であるため、シート抵
抗20〜400Ω/□の抵抗層となつており、Al層2
5aに比べれば桁違いに高抵抗である。 Next, as shown in FIG. 1C, a part of the Al layer 25 is removed by photo-etching,
The Al layer 25a is left in a region corresponding to a region where a shot barrier serving as a main forward current path is to be formed.
Furthermore, by photoetching,
Remove the Ti thin layer 24 and remove the Ti layer 24 below the Al layer 25a.
The Ti thin layer 24a and the Ti thin layer 24b surrounding it adjacently remain. The Ti thin layer 24b is a resistive layer with a sheet resistance of 20 to 400 Ω/□ because Ti itself is an extremely thin film even though it is a conductor.
It has an order of magnitude higher resistance than 5a.
次に、空気中で300℃、5〜30分間の熱処理を
施す。これにより、第1図Dに示すように、Al
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、
Al層25aの下部のTi薄層24aは、Al層25
aにマスクされているので酸化されない。Alと
Tiの両方ともGaAsとの間にシヨツトキバリアを
形成する金属であるので、これ等を合せてバリア
金属電極27と呼ぶことにする。Ti薄層24a
は極く薄い膜であるので、Ti薄層24aとAl層
25aがシヨツ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は必ずしも明らかではな
い。なお、シヨツトキバリアの形成以外の役割と
しては、Ti薄層24aは、Al層25aのn形領
域23への密着性の向上に寄与し、更に、バリア
金属電極27をリング状に囲むチタン酸化物薄層
28とAl層25aとの電気的接続に寄与する。
バリア金属電極27のシート抵抗は1Ω/□以下
であることが望ましく、この実施例では約
0.05Ω/□である。第1図D及び第2図に示す如
く、Al層25aを包囲するように設けられた本
発明に従うチタン酸化物薄層28は、Ti薄層2
4bの厚さより増大して概算で75Å〜300Åであ
り、シート抵抗が50M〜500MΩ/□という半絶
縁性の高抵抗層である。即ち、チタン酸化物薄層
28は、完全な絶縁物と見なせるTiO2(2酸化チ
タン)ではなく、TiO2よりも酸素が少ない所謂
酸素プアーなチタン酸化物TiOx(但し、xは2
よりも小さい数値)となつているものと考えられ
る。 Next, heat treatment is performed in air at 300°C for 5 to 30 minutes. As a result, as shown in Figure 1D, Al
The thin Ti layer 24b not covered by the layer 25a is oxidized to a thin layer 28 of titanium oxide,
The Ti thin layer 24a below the Al layer 25a is
It is not oxidized because it is masked by a. Al and
Since both Ti and GaAs are metals that form a shot barrier, they will be collectively referred to as a barrier metal electrode 27. Ti thin layer 24a
Since these are extremely thin films, it is not necessarily clear how the thin Ti layer 24a and the Al layer 25a are each involved in forming the shot barrier. Note that, in addition to forming a shot barrier, the Ti thin layer 24a contributes to improving the adhesion of the Al layer 25a to the n-type region 23, and also serves as a titanium oxide thin layer surrounding the barrier metal electrode 27 in a ring shape. Contributes to electrical connection between layer 28 and Al layer 25a.
It is desirable that the sheet resistance of the barrier metal electrode 27 is 1Ω/□ or less, and in this embodiment, it is approximately 1Ω/□ or less.
It is 0.05Ω/□. As shown in FIG. 1D and FIG. 2, the titanium oxide thin layer 28 according to the present invention, provided so as to surround the Al layer 25a,
It is a semi-insulating high-resistance layer with an estimated thickness of 75 Å to 300 Å, which is greater than that of 4b, and a sheet resistance of 50 M to 500 MΩ/□. That is, the titanium oxide thin layer 28 is not TiO 2 (titanium dioxide), which can be considered a perfect insulator, but a so-called oxygen-poor titanium oxide TiOx, which contains less oxygen than TiO 2 (however, x is 2).
It is considered that the value is smaller than the above.
次に、第1図Eに示すように、チタン酸化物薄
層28の上を絶縁層29で被覆してシヨツトキバ
リアを有する半導体チツプ即ち電力用シヨツトキ
バリアダイオードチツプを完成させる。なお、絶
縁層29は、プラズマCVD(chemical vapor
deposition)法により形成したシリコン酸化膜か
ら成る。 Next, as shown in FIG. 1E, the titanium oxide thin layer 28 is covered with an insulating layer 29 to complete a semiconductor chip having a shottling barrier, that is, a power shottling barrier diode chip. Note that the insulating layer 29 is formed by plasma CVD (chemical vapor deposition).
It consists of a silicon oxide film formed by a deposition method.
プラズマCVDは、原料気体を低温プラズマ状
態にして化学反応を促進させ、原料気体の反応生
成物である薄膜を基板上に付着させる方法であ
る。この方法は、プラズマ状態の下で化学的に非
常に活性であるイオン、ラジカル(活性種)など
が作り出されているので、従来の常圧又は減圧の
CVD法に比べると大幅に低温で薄膜を作成でき
る。プラズマCVDにもいくつかの方法があるが、
プラズマを発生させるのに高周波放電を利用する
高周波放電プラズマCVDが最も一般的である。 Plasma CVD is a method in which a raw material gas is brought into a low-temperature plasma state to promote a chemical reaction, and a thin film, which is a reaction product of the raw material gas, is deposited on a substrate. This method is different from conventional normal pressure or reduced pressure because ions, radicals (active species), etc. that are chemically very active are created under plasma conditions.
Compared to CVD methods, thin films can be created at significantly lower temperatures. There are several methods for plasma CVD, but
High-frequency discharge plasma CVD, which uses high-frequency discharge to generate plasma, is the most common.
次に、第5図の高周波放電プラズマCVD装置
の概念図を参照してプラズマCVD又による絶縁
層29の形成方法を説明する。平行平板型の電極
41,42の間の空間43に原料ガスとして
SiH4(モノシラン)とN2O(亜酸化窒素)の混合
ガスが導入される。ガスの流入量(1気圧時換
算)は、SiH4 3.3cc/分、N2O 98cc/分であ
る。空間43は真空ポンプ(図示せず)による排
気により0.5torrの減圧状態に保持される。電極
41,42の間には、高周波電源44により、
13.56MHz、150Wの高周波電力が供給される。電
極42の上には第1図Dの状態にある半導体基板
21が載置され、ヒータ(図示せず)により300
℃に加熱されている。原料ガスはプラズマ状態に
励起され、シリコン酸化膜から成る絶縁層29が
半導体基板21の上に付着する。絶縁層29の厚
さは、7分間の成長を行つて約6000Åである。そ
の後、フオトエツチングによつて絶縁層29の一
部を除去し、第1図Eのように絶縁層29を形成
する。 Next, a method for forming the insulating layer 29 by plasma CVD will be described with reference to a conceptual diagram of a high frequency discharge plasma CVD apparatus shown in FIG. A source gas is supplied to the space 43 between the parallel plate electrodes 41 and 42.
A mixed gas of SiH 4 (monosilane) and N 2 O (nitrous oxide) is introduced. The gas inflow rates (converted to 1 atm) were 3.3 cc/min for SiH 4 and 98 cc/min for N 2 O. The space 43 is maintained at a reduced pressure of 0.5 torr by exhaustion using a vacuum pump (not shown). Between the electrodes 41 and 42, a high frequency power source 44
13.56MHz, 150W high frequency power is supplied. The semiconductor substrate 21 in the state shown in FIG.
It is heated to ℃. The source gas is excited to a plasma state, and an insulating layer 29 made of a silicon oxide film is deposited on the semiconductor substrate 21. The thickness of insulating layer 29 is approximately 6000 Å after 7 minutes of growth. Thereafter, a portion of the insulating layer 29 is removed by photoetching to form the insulating layer 29 as shown in FIG. 1E.
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CVD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つた。図示は省略し
ているが、Al層25aの上面に例えばTi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。 The insulating layer 29 can be replaced with a silicon nitride film formed by plasma CVD or photo CVD, a polyimide resin film formed by coating, etc., but a silicon oxide film formed by plasma CVD or photo CVD is preferable. It was hot. Although not shown in the figure, for example, a Ti layer and an Au layer are formed on the upper surface of the Al layer 25a.
Usually, the layers are sequentially provided and used as connection electrodes for the lead member.
第2図の各部の寸法を例示すると次の通りであ
る。バリア金属電極27の幅aは約900μm、チタ
ン酸化物薄層28の幅bは約150μm、チタン酸化
物薄層28とn形領域23の端縁との間の幅cは
約150μmである。 Examples of dimensions of each part in FIG. 2 are as follows. The width a of the barrier metal electrode 27 is about 900 μm, the width b of the thin titanium oxide layer 28 is about 150 μm, and the width c between the thin titanium oxide layer 28 and the edge of the n-type region 23 is about 150 μm.
このシヨツトキバリアダイオードにおいては、
バリア金属電極27とn形領域23との間に第1
のシヨツ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形領域23との間に第2のシ
ヨツトキバリアが生じる。チタン酸化物薄層28
とn形領域23との間にシヨツトキバリアが生じ
ることは、シヨツ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つて確認し
た。例えば、チタン酸化物薄層28の面積を零か
ら増加すると、飽和電流Isがチタン酸化物薄層2
8の面積とバリア金属電極27の面積との和に略
比例して増加する。この比例関係はシヨツトキバ
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とバ
リア金属電極27との和の面積に対して飽和電流
Isが略比例的に変化するということは、バリア金
属電極27と略同一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、チタン酸化物薄層28がバリア金属電極2
7と略同一のバリアハイトφBを持つシヨツトキ
バリアを形成していることを端的に示している。 In this shotki barrier diode,
Between the barrier metal electrode 27 and the n-type region 23, a first
Not only a second shot barrier is created, but a second shot barrier is created between the thin titanium oxide layer 28 and the n-type region 23. Titanium oxide thin layer 28
It was confirmed that a shot barrier occurs between the capacitor and the n-type region 23 based on the rectification characteristics, capacitance characteristics, saturation current characteristics, etc. of the shot barrier diode. For example, when the area of the titanium oxide thin layer 28 is increased from zero, the saturation current Is becomes smaller than the titanium oxide thin layer 28.
8 and the area of the barrier metal electrode 27. It has been confirmed that this proportional relationship is obtained at various temperatures of the shotgun barrier diode. Saturation current with respect to the sum area of the titanium oxide thin layer 28 and the barrier metal electrode 27
The fact that Is changes approximately proportionally means that a reverse current flows through the titanium oxide thin layer 28 at approximately the same current density as the barrier metal electrode 27. This phenomenon occurs because the titanium oxide thin layer 28
This clearly shows that a shot barrier having a barrier height φ B that is approximately the same as that of 7 is formed.
第3図の実線の特性曲線は本発明に従う第1図
Eのシヨツ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Eのシヨツトキバリアダイオードからチタ
ン酸化物薄層28を除去した構造のシヨツトキバ
リアダイオードの逆電圧−逆電流特性を示す。2
つの特性曲線の比較から明らかな如く、本発明に
従うチタン酸化物薄層28を有するシヨツトキバ
リアダイオードのブレークダウン電圧は約250V
であり、チタン酸化物薄層28を持たない従来の
シヨツ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、チタン酸化物薄層28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。なお、チタン酸化物薄層28を有するシ
ヨツトキバリアダイオードのブレークダウン電圧
の値(約250V)はバルク耐圧(バリア金属電極
27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。 The solid line characteristic curve in FIG. 3 shows the reverse voltage-reverse current characteristics of the shot barrier diode of FIG. 3 shows the reverse voltage-reverse current characteristics of a shotgun barrier diode having a structure in which the titanium oxide thin layer 28 is removed from the structure shown in FIG. 2
As is clear from the comparison of the two characteristic curves, the breakdown voltage of the shotgun barrier diode with the thin titanium oxide layer 28 according to the invention is approximately 250 V.
The breakdown voltage of the conventional shotgun barrier diode without the titanium oxide thin layer 28 is approximately 60V, and it is clear that the titanium oxide thin layer 28 is responsible for the significant improvement in the breakdown voltage. Ru. The breakdown voltage value (approximately 250 V) of the shotgun barrier diode having the titanium oxide thin layer 28 is considered to have reached a level approximately equal to the bulk breakdown voltage (the breakdown voltage at the center of the barrier metal electrode 27).
次に、本発明に従うシヨツトキバリアダイオー
ドの逆電圧−逆電流特性を更に詳しく説明する。
シヨツトキバリアダイオードに印加する逆方向電
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
Isが流れる。この時、バリア金属電極27に基づ
く第1のシヨツトキバリアを通つて逆電流が流れ
ると共に、チタン酸化物薄層28に基づく第2の
シヨツトキバリアを通る逆電流も流れる。逆電圧
印加回路はバリア金属電極27即ちアノードとオ
ーミツク電極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ていな
い。従つて、チタン酸化物薄層28を通る電流は
バリア金属電極27に流れ込む。第3図の領域I
では、チタン酸化物薄層28に流れる電流の値が
小さいので、チタン酸化物薄層28のバリア金属
電極27に近い点と遠い点との間の電位差はあま
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
各部の電位がバリア金属電極27の電位とほぼ等
しい。 Next, the reverse voltage-reverse current characteristics of the shotgun barrier diode according to the present invention will be explained in more detail.
When the reverse voltage applied to the shotgun barrier diode is gradually increased from zero volts, the third
As shown in region I of the figure, the saturation current is extremely small.
Is flows. At this time, a reverse current flows through the first shottock barrier based on the barrier metal electrode 27 and also flows through the second shottock barrier based on the thin titanium oxide layer 28. The reverse voltage application circuit is connected to the barrier metal electrode 27, ie, the anode, and the ohmic electrode 26, ie, the cathode, and is not directly connected to the titanium oxide thin layer 28. Therefore, the current flowing through the thin titanium oxide layer 28 flows into the barrier metal electrode 27. Area I in Figure 3
In this case, since the value of the current flowing through the titanium oxide thin layer 28 is small, the potential difference between a point of the titanium oxide thin layer 28 near the barrier metal electrode 27 and a point far from the barrier metal electrode 27 is not very large. That is, the potential gradient in the lateral direction of the titanium oxide thin layer 28 is small, and the potential of each part of the titanium oxide thin layer 28 is approximately equal to the potential of the barrier metal electrode 27.
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の外周縁における複数の微
少領域でブレークダウンが起き、第3図の領域
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。従来のシヨツト
キバリアダイオードでは微少領域のブレークダウ
ンが引き金となつて大きな逆電流が流れるが、本
発明に従うシヨツ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2
8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。領域の終りにな
ると、チタン酸化物薄層28のバリア金属電極2
7に接する内周側の端P1とバリア金属電極27
から遠い外周側の端P2との間の電位差が比較的
大きくなり、その結果として、チタン酸化物薄層
28の周縁部端2とオーミツク電極26との間の
電位差は、印加逆電圧を増加させなくてもあまり
増大しなくなる。このため、周縁端P2における
新たなブレークダウンが発生しなくなる。しか
し、既に周縁端P2で発生したブレークダウンは
そのまま維持され、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を通つて流れ続け
る。領域においては、チタン酸化物薄層28の
周縁端P2における新たなブレークダウンが生じ
ないために、逆電圧の増大に従つてバリア金属電
極27に基づく第1のシヨツトキバリア及びチタ
ン酸化物薄層28に基づく第2のシヨツトキバリ
アを通る逆電流が徐々に増大する。 If you further increase the reverse voltage to about 60 to 100V,
Breakdown occurs in a plurality of minute regions at the outer periphery of the titanium oxide thin layer 28, and the reverse current increases in a stepwise manner as shown in the region of FIG. One step of this staircase corresponds to breakdown of one outer peripheral edge of the thin titanium oxide layer 28. In conventional shotgun barrier diodes, a large reverse current flows due to breakdown in a minute region, but in the shotgun barrier diode according to the present invention, no large reverse current flows. That is, titanium oxide thin layer 2
Since 8 is a semi-insulating high resistance layer, the current is limited by the resistance of the titanium oxide thin layer 28, and a large increase in reverse current is suppressed. At the end of the region, the barrier metal electrode 2 of the thin titanium oxide layer 28
7 and the inner circumferential end P 1 and the barrier metal electrode 27
As a result, the potential difference between the peripheral edge 2 of the titanium oxide thin layer 28 and the ohmic electrode 26 increases as the applied reverse voltage increases. Even if you don't let it grow, it won't increase much. Therefore, no new breakdown occurs at the peripheral edge P2 . However, the breakdown that has already occurred at the peripheral edge P 2 is maintained, and the reverse current based on this breakdown continues to flow through the titanium oxide thin layer 28. In the region, the first shot barrier based on the barrier metal electrode 27 and the thin titanium oxide layer 28 decrease as the reverse voltage increases, since no new breakdown occurs at the peripheral edge P 2 of the thin titanium oxide layer 28. The reverse current through the second shot barrier based on .
もし、チタン酸化物薄層28の部分をシヨツトキ
バリア形成しない抵抗体層に置き換えたとすれ
ば、逆電圧の増加に伴なつて逆電流(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28は高い抵抗を有
するのみでなく、シヨツトキバリアも形成するの
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。If the titanium oxide thin layer 28 is replaced with a resistor layer that does not form a shot barrier, reverse current (leakage current) will increase as the reverse voltage increases.
becomes significantly larger, and as a result, the withstand voltage also becomes lower. The thin titanium oxide layer 28 according to the invention not only has a high resistance but also forms a shot barrier, so that the leakage current suppression effect is greater than in the case of the resistor layer described above.
バリア金属電極27のみでなくチタン酸化物薄
層28にも電圧が印加されるので、第4図に模式
的に示す空乏層30がバリア金属電極27とチタ
ン酸化物薄層28の下のn形領域23に生じる。
チタン酸化物薄層28とn+形領域22との間の
電位差は、内周端P1から外周端P2に向うに従つ
て小さくなるので、空乏層30の広がり(垂直方
向の厚さ)も外周端P2に向うに従つて小さくな
る。また、バリア金属電極27からチタン酸化物
薄層28にかけてのn形領域23の表面はシヨツ
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30が得られ、バリア金属電極27の周縁端に
電界が集中しなくなる。従つて、として示すよ
うに、一対の電極26,27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
広く続くことになる。 Since a voltage is applied not only to the barrier metal electrode 27 but also to the titanium oxide thin layer 28, the depletion layer 30 schematically shown in FIG. occurs in region 23.
The potential difference between the titanium oxide thin layer 28 and the n + type region 22 decreases from the inner circumferential end P1 to the outer circumferential end P2 , so the spread (vertical thickness) of the depletion layer 30 increases. also becomes smaller toward the outer peripheral end P2 . Further, the surface of the n-type region 23 from the barrier metal electrode 27 to the titanium oxide thin layer 28 is continuous as a shot barrier. As a result of these,
A gentle depletion layer 30 that can alleviate electric field concentration is obtained, and the electric field is no longer concentrated at the peripheral edge of the barrier metal electrode 27. Therefore, as shown in , even if the reverse voltage applied between the pair of electrodes 26 and 27 increases, there is a wide region in which no breakdown occurs.
逆電圧が250Vになると、バリア金属電極27
の周縁とオーミツク電極26との間に臨界電界
Ecritを越える所が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。 When the reverse voltage becomes 250V, the barrier metal electrode 27
A critical electric field is created between the periphery of the ohmic electrode 26 and the ohmic electrode 26.
Breakdown occurs when Ecrit is exceeded, and the reverse current increases as shown in the area.
なお、比較のために第1図Cに示すTi薄層2
4bを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
層になつていないために、第3図の領域に示す
ように逆電流を抑制することが出来ず、従来と同
様にほぼ破線で示すようなブレークダウンが発生
した。 For comparison, the Ti thin layer 2 shown in FIG.
When the reverse voltage-reverse current characteristics were measured before oxidizing the Ti layer 24b, it was found that the Ti thin layer 24b had not become a sufficiently high-resistance layer, so the reverse current was suppressed as shown in the area shown in Figure 3. This resulted in a breakdown as shown by the broken line, similar to the conventional method.
本実施例のシヨツトキバリアダイオードを、ス
イツチング周波数500KHzのスイツチングレギユ
レータの整流ダイオードとして使用したところ、
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
よるスイツチング速度(高速応答性)の低下は認
められなかつた。また、長期間に渡つて使用して
も、シヨツトキバリアダイオードの耐圧特性等は
安定していた。 When the shot barrier diode of this example was used as a rectifier diode of a switching regulator with a switching frequency of 500KHz,
Rectification operation with extremely low noise generation was confirmed. Note that no decrease in switching speed (high-speed response) was observed due to the provision of the titanium oxide thin layer 28. In addition, even after long-term use, the shotgun barrier diode's breakdown voltage characteristics were stable.
本実施例の利点を要約すると次の通りである。 The advantages of this embodiment are summarized as follows.
(1) チタン酸化物薄層28は抵抗体であると共に
シヨツトキバリア生成可能物体であるので、バ
リア金属電極27の周縁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、耐圧を大幅
に高めることができる。(1) Since the titanium oxide thin layer 28 is both a resistor and an object capable of generating a shot barrier, it can effectively generate a depletion layer that alleviates the concentration of electric field at the periphery of the barrier metal electrode 27, thereby significantly increasing the withstand voltage. I can do it.
(2) 従来のガードリングを有するシヨツトキバリ
アダイオードに比較し、高速応答性が良い。(2) Better high-speed response than conventional shotgun barrier diodes with guard rings.
(3) 従来の絶縁層を介したフイールドプレートを
有するシヨツ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。(3) The thermal instability of characteristics observed in conventional shotgun barrier diodes having a field plate through an insulating layer has been eliminated.
(4) Al層25aの直下に設けたTi薄層24aの
延在部であるTi薄層24bを酸化させてチタ
ン酸化物薄層28を得るので、目的とするチタ
ン酸化物薄層28の容易に得ることができる。
また、バリア金属電極27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。(4) Since the titanium oxide thin layer 28 is obtained by oxidizing the Ti thin layer 24b, which is an extension of the Ti thin layer 24a provided directly under the Al layer 25a, it is easy to form the desired titanium oxide thin layer 28. can be obtained.
Further, electrical connection between barrier metal electrode 27 and titanium oxide thin layer 28 can be easily and reliably achieved.
(5) プラズマCVDによるシリコン酸化膜から成
る絶縁層29を設けることによつて耐圧特性等
の低下を招くことはなく、チタン酸化物薄層2
8に基づく高耐圧作用を維持することができ
る。また、シリコン酸化膜から成る絶縁層29
でパツシベーシヨンされたシヨツトキバリアダ
イオードは長期間の使用による耐圧特性等の劣
化が少なく、高い信頼性を有する。(5) By providing the insulating layer 29 made of a silicon oxide film by plasma CVD, the withstand voltage characteristics etc. will not be deteriorated, and the titanium oxide thin layer 2
It is possible to maintain the high pressure resistance effect based on 8. In addition, an insulating layer 29 made of a silicon oxide film
Shock barrier diodes that have been packaged with this method have high reliability, with little deterioration in withstand voltage characteristics due to long-term use.
[第2の実施例]
次に、第6図に示す本発明の第2の実施例に係
わるシヨツトキバリアダイオードを説明する。但
し、第6図及び後で説明する第3〜第7の実施例
を示す第7図〜第11図に於いて、第1図と共通
する部分には同一の符号を付してその説明を省略
する。[Second Embodiment] Next, a shot barrier diode according to a second embodiment of the present invention shown in FIG. 6 will be described. However, in FIG. 6 and FIGS. 7 to 11 showing third to seventh embodiments, which will be explained later, parts common to those in FIG. Omitted.
第6図のシヨツトキバリアダイオードは、第1
図Eと同様にn形領域23の上にTi薄層24a
と、Al層25aと、チタン酸化物薄層28とを
有している。しかし、チタン酸化物薄層28は
Al層25aに直接に接続されておらず、Ti薄層
24cを介して接続されている。このTi薄層2
4cはチタン酸化物薄層28を得るための酸化処
理工程の後にフオトエツチングによつてAl層2
5aの一部を除去することによつて得る。Ti薄
層24cはTi薄層24aに連続し、n形領域2
3との間にシヨツトキバリアを形成するので、こ
れもバリア金属電極27の一部に含めることにす
る。この様にTi薄層24cを設けると、耐圧が
更に高くなる。即ち、Al層25aとn形領域2
3は互いに異質の物体であるので、Al層25a
を設けたことに基づく応力集中点31がAl層2
5aの周縁の下部に生じる。この応力集中点31
におけるブレークダウンを起す臨界電界Ecritは
他の部分に比べて低下している。従つて、この応
力集中点31に電界が集中すれば更にブレークダ
ウンが生じ易くなる。そこで、この実施例では
Ti薄層24cを設けることによつてチタン酸化
物薄層28の内周端を応力集中点31から離間さ
せている。第1図Eの場合にはバリア金属電極2
7とこれと異質のチタン酸化物薄層28との境界
部分の下部に電界が集中したが、第6図では相対
的に導電性の高いTi薄層24cと導電性の低い
チタン酸化物薄層28との境界部の下部に電界集
中点32が生じる。この様な電界集中点32が応
力集中点31から離れることにより、第1図Eの
構造のシヨツトキバリアダイオードよりもブレー
クダウンが起り難くなり、耐圧が高くなる。 The shotgun barrier diode shown in Figure 6 is
Similar to Figure E, a Ti thin layer 24a is placed on the n-type region 23.
, an Al layer 25a, and a titanium oxide thin layer 28. However, the titanium oxide thin layer 28
It is not directly connected to the Al layer 25a, but is connected via the Ti thin layer 24c. This Ti thin layer 2
4c, the Al layer 2 is formed by photoetching after the oxidation treatment step to obtain the titanium oxide thin layer 28.
Obtained by removing part of 5a. The Ti thin layer 24c is continuous with the Ti thin layer 24a, and the n-type region 2
Since a shot barrier is formed between the metal electrode 3 and the metal electrode 3, this is also included as a part of the barrier metal electrode 27. Providing the Ti thin layer 24c in this manner further increases the breakdown voltage. That is, the Al layer 25a and the n-type region 2
3 are mutually different objects, so the Al layer 25a
The stress concentration point 31 based on the provision of the Al layer 2
It occurs at the lower part of the periphery of 5a. This stress concentration point 31
The critical electric field Ecrit that causes breakdown in is lower than in other parts. Therefore, if the electric field concentrates on this stress concentration point 31, breakdown is more likely to occur. Therefore, in this example,
By providing the Ti thin layer 24c, the inner peripheral end of the titanium oxide thin layer 28 is separated from the stress concentration point 31. In the case of Fig. 1E, the barrier metal electrode 2
The electric field was concentrated at the lower part of the boundary between 7 and the thin titanium oxide layer 28, which is different in nature, but in FIG. An electric field concentration point 32 occurs at the lower part of the boundary with 28. Since the electric field concentration point 32 is separated from the stress concentration point 31, breakdown is less likely to occur and the withstand voltage is higher than in the shotgun barrier diode having the structure shown in FIG. 1E.
[第3の実施例]
第7図に示す第3の実施例のシヨツトキバリア
ダイオードでは、バリア金属電極27の外周側
に、第1のチタン酸化物薄層28a、第1の等電
位化用Ti薄層24d、第2のチタン酸化物薄層
28b、第2の等電位化用Ti薄層24e、第3
のチタン酸化物薄層28cがリング状に順次に配
置され、これ等が互いに電気的に接続されてい
る。Ti薄層24d,24eの上の等電位化用Al
層25b,25cはAl層25の一部を残存させ
たものである。即ち、第1図Bに示すAl層25
のフオトエツチング時に第7図のTi薄層24d,
24eに対応するようにAl層25b,25cが
残存され、これがTi薄層24d,24eの酸化
防止のマスクとして使用されている。[Third Example] In the shot barrier diode of the third example shown in FIG. Ti thin layer 24d, second titanium oxide thin layer 28b, second potential equalization Ti thin layer 24e, third
The titanium oxide thin layers 28c are sequentially arranged in a ring shape and are electrically connected to each other. Al for potential equalization on the Ti thin layers 24d and 24e
The layers 25b and 25c are formed by leaving a portion of the Al layer 25. That is, the Al layer 25 shown in FIG.
When photoetching, the Ti thin layer 24d in Fig. 7,
Al layers 25b and 25c remain corresponding to 24e, and are used as masks for preventing oxidation of the Ti thin layers 24d and 24e.
Ti薄層24d,24e及びAl層25b,25
cから成る環状領域は導電性が高いので、等電位
分布領域となり得る。この結果、n形領域23の
表面上における平面的に見た電位分布の不均一性
を修正して均一な空乏層を形成し、耐圧を向上さ
せることができる。なお、Ti薄層24d,24
eはチタン酸化物薄層28a,28b,28cよ
りは導電性が高いので単独でも等電位化効果を発
揮するので、Al層25b,25cを除去しても
よい。また、Ti薄層24d,24eの部分をチ
タン酸化物薄層としてAl層25b,25cに相
当する部分に設けた導電体のみで等電位領域を形
成してもよい。また、Ti薄層24d,24eの
下部にガードリングと同様のp+形領域を単独又
は補助的な等電位化領域として形成してもよい。
また、等電位領域を1重又は3重以上に設けても
よい。 Ti thin layers 24d, 24e and Al layers 25b, 25
Since the annular region consisting of c has high conductivity, it can serve as an equipotential distribution region. As a result, it is possible to correct the non-uniformity of the potential distribution seen in a plan view on the surface of the n-type region 23, form a uniform depletion layer, and improve the breakdown voltage. Note that the Ti thin layers 24d, 24
Since e has higher conductivity than the titanium oxide thin layers 28a, 28b, and 28c, it exhibits the potential equalization effect even when it is alone, so the Al layers 25b and 25c may be removed. Alternatively, the equipotential region may be formed only by using a titanium oxide thin layer in the Ti thin layers 24d and 24e and a conductor provided in the portions corresponding to the Al layers 25b and 25c. Further, a p + -type region similar to a guard ring may be formed under the Ti thin layers 24d and 24e as an independent or auxiliary potential equalization region.
Furthermore, the equipotential regions may be provided in one layer or three or more layers.
[第4の実施例]
第8図に示すシヨツトキバリアダイオードは、
第6図と実質的に同様に、Al層25aとTi薄層
24a,24cから成るバリア金属電極27の囲
りにチタン酸化物薄層28a,28b及びTi薄
層24dをリング状に有する他に、第2のチタン
酸化物薄層28bとn形領域23とを接続する短
絡電極33を有する。この短絡電極33は、Au
−Ge合金層の上にNi(ニツケル)層とAu層とを
順次に重ねたものであり、GaAsから成るn形領
域23にオーミツク接触している。[Fourth embodiment] The shotgun barrier diode shown in FIG.
Substantially similar to FIG. 6, a ring-shaped titanium oxide thin layer 28a, 28b and a Ti thin layer 24d are provided around a barrier metal electrode 27 consisting of an Al layer 25a and Ti thin layers 24a, 24c. , has a shorting electrode 33 connecting the second titanium oxide thin layer 28b and the n-type region 23. This shorting electrode 33 is made of Au
-A Ni (nickel) layer and an Au layer are sequentially stacked on a Ge alloy layer, and are in ohmic contact with an n-type region 23 made of GaAs.
この様に短絡電極33を設けると、逆電圧を印
加した時のチタン酸化物薄層28bの外周縁の電
位がn形領域23と実質的に同一になるため、こ
の外周縁でブレークダウンが発生しない。従つ
て、第1図Eのシヨツトキバリアダイオードが第
3図の領域で動作する時に発生するノイズは第
8図のダイオードでは発生しない。チタン酸化物
薄層28bの周縁は、n形領域23に電極33で
接続されているために、ここを通つて電流が比較
的流れ易い。このため、第3図の領域における
電流に相当する電流を短絡電極33とチタン酸化
物薄層28bとTi薄層24dとチタン酸化物薄
層28aとバリア金属電極27とから成る通路に
よつて得ることができる。 When the short-circuit electrode 33 is provided in this way, the potential at the outer periphery of the titanium oxide thin layer 28b becomes substantially the same as that of the n-type region 23 when a reverse voltage is applied, so breakdown occurs at this outer periphery. do not. Therefore, the noise that occurs when the shot barrier diode of FIG. 1E operates in the region of FIG. 3 does not occur in the diode of FIG. 8. Since the periphery of the titanium oxide thin layer 28b is connected to the n-type region 23 by the electrode 33, current can flow therethrough relatively easily. Therefore, a current corresponding to the current in the area shown in FIG. be able to.
[第5の実施例]
第9図に示す第5の実施例のシヨツトキバリア
ダイオードは、n形領域23の表面にチタン酸化
物薄層28gを有し、更にこの上にリング状チタ
ン酸化物薄層28d,28e,28f並びにリン
グ状等電位化用Ti薄層24h,24iを有する。
上側のチタン酸化物薄層28d,28e,28f
はTi薄層24g,24h,24iに連続してい
たTi薄層を酸化したものである。下側のチタン
酸化物薄層28gは、上側のチタン酸化物薄層2
8d,28e,28fの厚さはほぼ同一である
が、酸化の程度を上側のチタン酸化物薄層28
d,28e,28fよりも強めているので、上側
のチタン酸化物薄層28d,28e,28fより
もシート抵抗が大きい。従つて、上側のチタン酸
化物薄層28d、Ti薄層24h、チタン酸化物
薄層28e、Ti薄層24i及びチタン酸化物薄
層28fを通る電流が下側のチタン酸化物薄層2
8gを通る電流よりも大きくなり、上側の層によ
つて主として電位勾配が決定される。下側のチタ
ン酸化物薄層28gは高いバリアハイトφBを有
するようになるので、飽和電流Isの小さいシヨツ
トキバリアダイオードを提供することができる。
即ち、第3図の領域,,の逆電流レベルを
小さくすることができる。[Fifth Example] The shot barrier diode of the fifth example shown in FIG. It has thin layers 28d, 28e, 28f and ring-shaped potential equalizing Ti thin layers 24h, 24i.
Upper titanium oxide thin layer 28d, 28e, 28f
is obtained by oxidizing the Ti thin layer that was continuous with the Ti thin layers 24g, 24h, and 24i. The lower titanium oxide thin layer 28g is equal to the upper titanium oxide thin layer 2.
The thicknesses of 8d, 28e, and 28f are almost the same, but the degree of oxidation is different from that of the upper titanium oxide thin layer 28.
d, 28e, and 28f, the sheet resistance is greater than that of the upper titanium oxide thin layers 28d, 28e, and 28f. Therefore, the current passing through the upper titanium oxide thin layer 28d, the Ti thin layer 24h, the titanium oxide thin layer 28e, the Ti thin layer 24i, and the titanium oxide thin layer 28f is transferred to the lower titanium oxide thin layer 2.
8g, and the potential gradient is determined primarily by the upper layer. Since the lower titanium oxide thin layer 28g has a high barrier height φB , it is possible to provide a shot barrier diode with a small saturation current Is.
In other words, the reverse current level in the regions , , , in FIG. 3 can be reduced.
なお、上側のチタン酸化物薄層28fの一部は
n形領域23に接しているが、ここに非接触であ
つてもよい。また、下側のチタン酸化物薄層28
gにも第7図及び第8図に示すような等電位化用
のTi薄層24d,24eを設けてもよい。また、
Ti薄層24h,24iの上に、第7図及び第8
図と同様にAl層を残存させてもよい。 Although a portion of the upper titanium oxide thin layer 28f is in contact with the n-type region 23, it may not be in contact therewith. In addition, the lower titanium oxide thin layer 28
Ti thin layers 24d and 24e for potential equalization as shown in FIGS. 7 and 8 may also be provided on the electrodes g. Also,
7 and 8 on the Ti thin layers 24h and 24i.
The Al layer may remain as shown in the figure.
[第6の実施例]
第10図に示す第6の実施例のシヨツトキバリ
アダイオードは、第6図と同一の構成のバリア金
属電極27及び絶縁層29の上に真空蒸着によつ
て電極層34を設けたものである。この電極層3
4の周縁部34aは絶縁層29とチタン酸化物薄
層28とを介してn形領域23に対向しているの
で、フイールドプレートとして機能する。この結
果、チタン酸化物薄層28に基づく耐圧改善作用
とフイールドプレートに基づく耐圧改善作用との
両方を得ることができる。なお、プラズマCVD
により形成したシリコン酸化膜から成る絶縁層2
9は、電極層34の周縁部34aをフイールドプ
レートとして機能させる上でも、特に問題は認め
られなかつた。[Sixth Embodiment] The shot barrier diode of the sixth embodiment shown in FIG. 10 has an electrode layer formed by vacuum evaporation on the barrier metal electrode 27 and the insulating layer 29 having the same structure as in FIG. 6. 34. This electrode layer 3
Since the peripheral edge portion 34a of No. 4 faces the n-type region 23 via the insulating layer 29 and the titanium oxide thin layer 28, it functions as a field plate. As a result, both the breakdown voltage improvement effect based on the titanium oxide thin layer 28 and the breakdown voltage improvement effect based on the field plate can be obtained. In addition, plasma CVD
Insulating layer 2 made of silicon oxide film formed by
In No. 9, no particular problem was observed in making the peripheral portion 34a of the electrode layer 34 function as a field plate.
[第7の実施例]
第1〜第6の実施例における絶縁層29は、プ
ラズマCVDによるシリコン酸化膜である。プラ
ズマCVDによるシリコン酸化膜と光CVDによる
シリコン酸化膜とが同様な作用効果を有すること
を確めるために、第1〜第6の実施例の絶縁層2
9を光CVDによるシリコン酸化膜に置き換えた
ものに相当するシヨツトキバリアダイオードを作
製した。なお、絶縁層29以外の部分の製造方法
は、第1〜第6の実施例と同一である。[Seventh Example] The insulating layer 29 in the first to sixth examples is a silicon oxide film formed by plasma CVD. In order to confirm that the silicon oxide film formed by plasma CVD and the silicon oxide film formed by photoCVD have similar effects, the insulating layer 2 of the first to sixth embodiments was
A shotgun barrier diode corresponding to No. 9 was replaced with a silicon oxide film formed by photo-CVD. Note that the manufacturing method for the parts other than the insulating layer 29 is the same as in the first to sixth embodiments.
この実施例に係わる光CVDは、原料気体にエ
ネルギーの大きな力(紫外線、紫外線レーザな
ど)を照射してこれを励起し、原料気体の反応生
成物である薄膜を基板上に付着させる方法であ
る。この方法も、光励起によつてラジカルが作り
出されて化学反応が促進されるので、大幅に低温
で薄膜を作成できる。光CVDは、プラズマCVD
と比べると成長速度は大幅に小さくなつてしまう
が、プラズマCVDより更に低温化が可能である
し、イオンがほとんど発生しないので基板に与え
る損傷が少ない。従って、プラズマCVDによる
シリコン酸化膜を有するシヨツトキバリアダイオ
ードとほぼ同等又はこれ以上の特性のものを得る
ことができる。 The optical CVD according to this embodiment is a method in which a raw material gas is irradiated with a high energy force (ultraviolet light, ultraviolet laser, etc.) to excite it, and a thin film, which is a reaction product of the raw material gas, is deposited on a substrate. . In this method, too, radicals are created by photoexcitation and chemical reactions are promoted, so thin films can be formed at significantly lower temperatures. Optical CVD is plasma CVD
Although the growth rate is significantly lower than that of plasma CVD, the temperature can be lowered even more than plasma CVD, and since almost no ions are generated, there is less damage to the substrate. Therefore, it is possible to obtain characteristics that are substantially equivalent to or better than those of a shotgun barrier diode having a silicon oxide film formed by plasma CVD.
次に、第11図の紫外線励起の光CVD装置の
概念図を参照して第7の実施例に係わる光CVD
方を詳しく説明する。外囲器の上壁45と下部の
窓部46の間の空間47に、原料ガスとしてSi2
H6(ジシラン)とN2O(亜酸化窒素)の混合ガス
が導入される。ガスの流入量(1気圧時換算)
は、Si2H6 2.5cc/分、N2O 50cc/分である。
空間47は真空ポンプ(図示せず)による排気に
より0.5torrの減圧状態に保持される。窓部46
は透明な石英製で、その下部に500Wの低圧水銀
ランプ48が配置される。上壁45には第1図D
の状態にある半導体基板21が取付けられ、ヒー
タ(図示せず)により300℃に加熱されている。
原料ガスは、低圧水銀ランプ48から出る紫外線
49(1849Åと2537Åのスペクトル線)によつて
照射されて活性な状態に励起される。その結果、
シリコン酸化膜から成る絶縁膜29が半導体基板
21の上に付着する。この段階での絶縁膜29の
厚さは、1時間の成長を行つて約1000Åであつ
た。時間を更にかけてもつと厚くしてもよいが、
ここでは、上述のプラズマCVDにより約6000Å
のシリコン酸化膜を光CVDの約1000Åのシリコ
ン酸化膜の上に重ねて形成して絶縁膜29とし
た。その後、フオトエツチングによつて絶縁膜2
9の一部を除去し、第1図Eのように絶縁膜29
を形成した。 Next, referring to the conceptual diagram of the ultraviolet-excited optical CVD apparatus in FIG.
I will explain the method in detail. A space 47 between the upper wall 45 and the lower window 46 of the envelope is filled with Si 2 as a raw material gas.
A mixed gas of H 6 (disilane) and N 2 O (nitrous oxide) is introduced. Gas inflow amount (converted to 1 atm)
are Si 2 H 6 2.5 cc/min and N 2 O 50 cc/min.
The space 47 is maintained at a reduced pressure of 0.5 torr by exhaustion using a vacuum pump (not shown). Window section 46
is made of transparent quartz, and a 500W low-pressure mercury lamp 48 is placed below it. On the upper wall 45 there is a mark shown in Figure 1D.
The semiconductor substrate 21 in this state is attached and heated to 300° C. by a heater (not shown).
The source gas is irradiated with ultraviolet light 49 (1849 Å and 2537 Å spectral lines) emitted from a low-pressure mercury lamp 48 and excited to an active state. the result,
An insulating film 29 consisting of a silicon oxide film is deposited on the semiconductor substrate 21 . The thickness of the insulating film 29 at this stage was about 1000 Å after 1 hour of growth. You can make it thicker if you take more time, but
Here, approximately 600Å
An insulating film 29 was formed by overlapping a silicon oxide film with a thickness of about 1000 Å by photo-CVD. After that, the insulating film 2 is etched by photo-etching.
9 is removed, and the insulating film 29 is removed as shown in FIG. 1E.
was formed.
[変形例]
本発明は上述の実施例に限定されることなく、
例えば次の変形が可能なものである。[Modifications] The present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, but
For example, the following transformations are possible.
(1) チタン酸化物薄層28,28a〜28fのシ
ート抵抗は、半導体チツプ構造やサイズによつ
て効果的な範囲が変わるが、10kΩ/□〜
5000MΩ/□、望ましくは10MΩ/□〜
1000MΩ/□に選ぶべきである。(1) The effective range of the sheet resistance of the titanium oxide thin layers 28, 28a to 28f varies depending on the semiconductor chip structure and size, but is from 10 kΩ/□ to
5000MΩ/□, preferably 10MΩ/□~
It should be selected as 1000MΩ/□.
(2) チタン酸化物薄層の幅bを約10μm以上にす
ることによつて耐圧向上の効果が現われ、
30μm以上にすることによつてその効果が顕著
になることが確認されている。しかし、所定の
耐圧が得られる歩留を高くするためには100μm
以上に設計することが一層望ましい。幅b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。従つて、幅
bの上限はないが、幅b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、半導体チツプが大型化するという
問題が生じる。従つて、幅bを30〜500μmの範
囲にすることが望ましい。(2) By increasing the width b of the titanium oxide thin layer to approximately 10 μm or more, the effect of improving the breakdown voltage appears;
It has been confirmed that the effect becomes more pronounced when the thickness is 30 μm or more. However, in order to increase the yield at which the specified withstand voltage can be obtained,
It is even more desirable to design the above. Width b
Even if the thickness is set to 500 μm or larger, a sufficient effect of improving the breakdown voltage can be obtained. Therefore, although there is no upper limit to the width b, even if the width b is set to 500 .mu.m or more, a proportional increase in breakdown voltage cannot be expected, and the problem arises that the semiconductor chip becomes larger. Therefore, it is desirable that the width b is in the range of 30 to 500 μm.
(3) 第1図BのTi薄層24の膜厚は、膜厚制御、
酸化温度、酸化時間等を勘案して20Å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
層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300Å
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。(3) The thickness of the Ti thin layer 24 in FIG.
The thickness should be 20 Å or more in consideration of oxidation temperature, oxidation time, etc. As for the upper limit, there is no limit as long as the above prescribed sheet resistance can be obtained, but when forming a titanium oxide thin layer by thermally oxidizing a Ti thin layer, the upper limit is 300 Å, taking into account the oxidation temperature and oxidation time.
It should be: If strong oxidation such as plasma oxidation is used, this upper limit can be further expanded.
(4) Ti薄層24a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24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。(4) The oxidation temperature when oxidizing the Ti thin layer 24a to obtain the titanium oxide thin layer 28 is preferably 500°C or lower, and 380°C when using an Au-based electrode.
The following shall apply. The lower limit of the oxidation temperature is 200° C. or higher when thermal oxidation is used, but it can be lower than room temperature when plasma oxidation is used. The oxidation time is the thickness of the Ti thin layer 24,
The oxidation time varies depending on the oxidation temperature and oxidation atmosphere, but is preferably within the range of 5 seconds to 2 hours.
(5) チタン酸化物薄層28,28a〜28gに対
応するものでチタン酸化物の蒸着やスパツタリ
ングで形成してもよい。(5) It corresponds to the titanium oxide thin layers 28, 28a to 28g, and may be formed by vapor deposition or sputtering of titanium oxide.
(6) Ti薄層24及びチタン酸化物薄層28はIn
やSn等を添加したものであつてもよい。(6) The Ti thin layer 24 and the titanium oxide thin layer 28 are In
It may also be one to which Sn or the like is added.
(7) 耐圧を更に向上させるとともに逆サージ耐量
の向上を計りたいような場合には、p+形領域
から成るガードリングと組み合わせることもで
きる。ガードリングと組合せると高速応答性に
ついては不利になるのが一般的であるが、次の
ような構造にすればその不利も解消できる。即
ち、第6図の例で説明すれば、p+形領域は電
界集中点32に対応してTi薄層24cからチ
タン酸化物薄層28にかけての位置に形成し、
Al層25aからは離間させる。こうすれば、
Ti薄層24cの抵抗分によつてp+形領域に順
電流が流れることはほとんどなく、高速応答性
の低下は起こらない。なお、この場合には、チ
タン酸化物薄層28及びバリア金属電極27と
p+形領域から成るガードリングとの間にシヨ
ツトキバリアは形成されないが、ガードリング
のp+形領域と基板21のn形領域23との間
のpn接合に基づく空乏層が形成され、このpn
接合の空乏層を介してチタン酸化物薄層28の
空乏層とバリア金属電極27と空乏層とが接続
し、耐圧向上作用が生じる。(7) If you want to further improve the withstand voltage and reverse surge resistance, you can also combine it with a guard ring consisting of a p + type region. Generally, when combined with a guard ring, there is a disadvantage in terms of high-speed response, but this disadvantage can be overcome by using the following structure. That is, to explain using the example of FIG. 6, the p + type region is formed at a position from the Ti thin layer 24c to the titanium oxide thin layer 28 corresponding to the electric field concentration point 32,
It is spaced apart from the Al layer 25a. If you do this,
Due to the resistance of the Ti thin layer 24c, forward current hardly flows into the p + type region, and high-speed response does not deteriorate. In this case, the titanium oxide thin layer 28 and the barrier metal electrode 27
Although no shot barrier is formed between the guard ring and the guard ring consisting of the p + type region, a depletion layer is formed based on the pn junction between the p + type region of the guard ring and the n type region 23 of the substrate 21, and this pn
The depletion layer of the titanium oxide thin layer 28, the barrier metal electrode 27, and the depletion layer are connected through the depletion layer of the junction, resulting in an effect of improving the breakdown voltage.
(8) GaAsの代りにInP(燐化インジウム)等の
−族化合物やシリコンを使用するシヨツトキ
バリア半導体装置にも適用可能である。(8) It is also applicable to shot barrier semiconductor devices that use − group compounds such as InP (indium phosphide) or silicon instead of GaAs.
(9) 集積回路中にシヨツトキバリア半導体装置を
形成する場合には、n形領域23を島状に囲む
ようにn+形領域22に設けてオーミツク電極
26をn形領域23の表面側に設けるプレーナ
構造としてもよい。(9) When forming a shot barrier semiconductor device in an integrated circuit, a planar structure is used in which the n + -type region 22 is provided so as to surround the n-type region 23 in an island shape, and the ohmic electrode 26 is provided on the surface side of the n-type region 23 . It may also be a structure.
(10) n形領域23、n+形領域22をp形領域と
置き換えることができる。(10) The n-type region 23 and the n + -type region 22 can be replaced with a p-type region.
(11) シリコン酸化膜から成る絶縁膜29を形成す
るためのプラズマCVD又は光CVDの方法も実
施例の方法に限られない。例えば、強力な紫外
線レーザを照射して光励起プラズマを発生させ
るプラズマCVD法も適用できる。(11) The method of plasma CVD or photoCVD for forming the insulating film 29 made of a silicon oxide film is not limited to the method of the embodiment. For example, a plasma CVD method that generates optically excited plasma by irradiating a powerful ultraviolet laser can also be applied.
[発明の効果]
上述の如く、本発明によれば、チタン酸化物の
薄層及びプラズマCVD又は光CVDにより形成さ
れたシリコン酸化膜を設けることにより、高耐
圧、高速且つ高信頼性のシヨツトキバリア半導体
装置を提供することができる。また、薄層のシー
ト抵抗を10kΩ/□〜5000MΩ/□にすることに
よつて高耐圧化を効果的に達成することができ
る。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, by providing a thin layer of titanium oxide and a silicon oxide film formed by plasma CVD or photo-CVD, a high-voltage, high-speed, and highly reliable shot barrier semiconductor can be obtained. equipment can be provided. Further, by setting the sheet resistance of the thin layer to 10 kΩ/□ to 5000 MΩ/□, a high breakdown voltage can be effectively achieved.
第1図は本発明の第1の実施例に係わるシヨツ
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Dの状態を示す平面図、第3
図は第1図Eのシヨツトキバリアダイオードの逆
電圧−逆電流特性図、第4図は空乏層は模式的に
示すシヨツトキバリアダイオードの一部拡大断面
図、第5図はプラズマCVD装置を示す断面図、
第6図は第2の実施例のシヨツトキバリアダイオ
ードを示す断面図、第7図は第3の実施例のシヨ
ツトキバリアダイオードを示す断面図、第8図は
第4の実施例のシヨツトキバリアダイオードを示
す断面図、第9図は第5の実施例のシヨツトキバ
リアダイオードを示す断面図、第10図は第6の
実施例のシヨツトキバリアダイオードを示す断面
図、第11図は光CVD装置を示す断面図である。
22……n+形領域、23……n形領域、24
a……Ti薄層、25a……Al層、26……オー
ミツク電極、27……バリア金属電極、28……
チタン酸化物薄層、29……絶縁層。
1 is a cross-sectional view showing the shot barrier diode according to the first embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps, FIG. 2 is a plan view showing the state shown in FIG. 1D, and FIG.
The figure is a reverse voltage-reverse current characteristic diagram of the shot barrier diode shown in Figure 1E, Figure 4 is a partially enlarged sectional view of the shot barrier diode schematically showing the depletion layer, and Figure 5 is a diagram showing the plasma CVD equipment. A cross-sectional view showing,
6 is a sectional view showing a shot barrier diode of the second embodiment, FIG. 7 is a sectional view of a shot barrier diode of the third embodiment, and FIG. 8 is a sectional view of a shot barrier diode of the fourth embodiment. 9 is a sectional view showing the shot barrier diode of the fifth embodiment, FIG. 10 is a sectional view showing the shot barrier diode of the sixth embodiment, and FIG. 11 is the light FIG. 2 is a cross-sectional view showing a CVD device. 22...n + type area, 23...n type area, 24
a... Ti thin layer, 25a... Al layer, 26... Ohmic electrode, 27... Barrier metal electrode, 28...
Titanium oxide thin layer, 29...insulating layer.
Claims (1)
じさせることができるように前記半導体領域上に
形成されたバリア金属電極と、 前記バリア金属電極を包囲するように前記半導
体領域上に配置され、且つ前記バリア金属電極に
電気的に接続され、且つ前記バリア金属電極より
も大きなシート抵抗を有し、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チタン酸化物の薄層と、 前記薄層を被覆するように形成され、且つプラ
ズマCVD又は光CVDにより形成されたシリコン
酸化膜から成る絶縁層と 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。 2 前記薄層は、シート抵抗が10kΩ/□〜
5000MΩ/□の膜である請求項第1項記載のシヨ
ツトキバリア半導体装置。[Scope of Claims] 1. a semiconductor region; a barrier metal electrode formed on the semiconductor region so as to be able to generate a shot barrier between the semiconductor region; and a barrier metal electrode formed on the semiconductor region so as to surround the barrier metal electrode. disposed on the semiconductor region, electrically connected to the barrier metal electrode, having a sheet resistance greater than the barrier metal electrode, and capable of creating a shot barrier between the semiconductor region and the semiconductor region. A shot protection barrier comprising: a thin layer of titanium oxide; and an insulating layer formed to cover the thin layer and made of a silicon oxide film formed by plasma CVD or photoCVD. Semiconductor equipment. 2 The thin layer has a sheet resistance of 10 kΩ/□~
2. The shot barrier semiconductor device according to claim 1, wherein the film is 5000 MΩ/□.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP912788A JPH01183848A (en) | 1988-01-18 | 1988-01-18 | Schottky barrier semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP912788A JPH01183848A (en) | 1988-01-18 | 1988-01-18 | Schottky barrier semiconductor device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01183848A JPH01183848A (en) | 1989-07-21 |
| JPH0587189B2 true JPH0587189B2 (en) | 1993-12-15 |
Family
ID=11711967
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP912788A Granted JPH01183848A (en) | 1988-01-18 | 1988-01-18 | Schottky barrier semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01183848A (en) |
-
1988
- 1988-01-18 JP JP912788A patent/JPH01183848A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01183848A (en) | 1989-07-21 |
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Legal Events
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