JPH0618270B2 - シヨツトキバリア半導体装置 - Google Patents

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。

〔従来の技術及び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。

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。

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⁺型半導体領域と、この上に形成されたｎ型半導体
領域と、このｎ型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（以下バリア電極と呼ぶ）
と、ｎ型半導体領域上にバリア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かつバリア
電極に接続されたフイールドプレートと、n⁺型半導体領
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
電極とｎ型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型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。

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電極の周辺に接続されるととも
にバリア電極を囲むように配置されたp⁺型半導体領域か
ら成るガードリングを有する。ガードリングのp⁺型半導
体領域はｎ型半導体領域と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つた。

上述のような問題点を解決するために、ショットキバリ
ア電極の周囲に、テーパを有し、且つショットキバリア
効果を有する抵抗層を形成することが、特公昭４９−４
１４６３号公報に記載されている。この方法によれば、
確かに高耐圧化が可能になる。

しかし、この特許公報には抵抗層の外周端の微小領域で
生じるブレークダウンを抑制するための技術は開示され
ていない。

そこで、本発明の目的は、高速応答性を確保しつつ高耐
圧化が可能な構造のショットキバリア半導体装置におけ
る抵抗層の外周端のブレークダウンを抑制することにあ
る。

［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ョットキバリアを形成するよう
に前記半導体領域上に配置されたバリア電極と、前記バ
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、かつ前記バリア電極と電気的に接続され、かつ前記
バリア電極よりも大きなシート抵抗を有し、かつ前記半
導体領域との間にショットキバリアが得られるように形
成された薄層と、前記薄層の外周端領域と前記半導体領
域の前記薄層の外周端を囲む部分とに対してそれぞれオ
ーミック接触して前記薄層の外周端領域と前記半導体領
域とを電気的に接続する接続物体とを備え、前記バリア
電極によるショットキバリアと前記薄層によるショット
キバリアとは直接又はｐｎ接合を介して連続しているシ
ョットキバリア半導体装置に係わるものである。

［作 用］ 上記発明において、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、バリア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、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。薄層はバリア電極を包囲しているので、薄層がバ
リア電極を隣接包囲している場合には２つの空乏層が互
いに連続し、後述の実施例のようにp⁺型領域のガードリ
ングが設けられている場合にはｐｎ接合の空乏層を介し
て２つの空乏層は連続する。バリア電極と薄層との両方
が半導体領域との間にシヨツトキバリアを生成し、且つ
薄層が抵抗体であるために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。

ところで、薄層を包囲するように本発明に従う接続物体
を設けない場合には、逆電圧印加時に、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
逆電流は薄層が抵抗体であるために制御されてさほど大
きくならない。しかし、微少領域のブレークダウンによ
り、微少領域の焼損が生じ、不良レベルには至らない
が、小信号領域での逆電流の増加をもたらす。これに対
し、本発明に従う接続物体（導体又は低抵抗半導体等）
を有する場合には、薄層の周縁が半導体領域に電気的に
接続されているので、ここでのブレークダウンが発生せ
ず、逆電流がなめらかに変化し、ノイズの少ないシヨツ
トキバリアダイオードを提供することができる。また、
焼損が発生しないので特性変動が少なくなる。

〔第１の実施例〕 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図及び第２図に基づいて説
明する。

まず、第２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。この半導体基板２
１は厚さ３００μｍ、不純物濃度１〜３×１０¹⁸cm^-3の
n⁺型領域２２上に、厚さ１０〜２０μｍ、不純物濃度１
〜２×１０¹⁵cm^-3のｎ型領域２３をエピタキシヤル成長
させたものである。

次に、第２図(B)に示すように、ｎ型GaAsから成るｎ型
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〜２００Å（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⁺型領域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。

次に、第２図(C)に示すようにフオトエツチングによりA
l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電極に対応させて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の下部に位置する
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２４ａ、２４ｂはTi自体は導体であ
つても極薄の膜であるため、シート抵抗が２０〜４００
Ω／□の抵抗層となつており、Al層２５ａに比べれば桁
違いに高抵抗である。

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に
被覆されていないTi薄層２４ｂは酸化されて第２図(D)
に示すチタン酸化物薄層２８となる。Al層２５ａの下部
のTi薄層２４ａはAl層２５ａ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Al層２５ａとAl層２５
ａの下部に位置するTi薄層２４ａから成る金属電極をバ
リア電極２７と呼ぶこととする。第３図に示すようにバ
リア電極２７を中心として、その外周に隣接してチタン
酸化物薄層２８が配置されている。更に、第２図(D)及
び第３図に示すようにチタン酸化物薄層２８の外周端側
にはオーミツク接続電極２９がチタン酸化物薄層２８を
全周にわたつて包囲するように配置されている。オーミ
ツク接続電極２９はＡｕ（金）−Ge（ゲルマニウム）合
金から成り、ｎ型領域２３とチタン酸化物薄層２８の両
方にオーミツク（低抵抗）接触し、ｎ型領域２３とチタ
ン酸化物薄層２８とを電気的に接続する導体である。即
ち、チタン酸化物薄層２８とｎ型領域２３とはオーミツ
ク接続電極２９を介し電気的に導通状態にある。Ti薄層
２４ａは極く薄い膜であるためバリア電極２７において
Al層２５ａとTi薄層２４ａ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必ずしも明らかでは
ない。また、Ti薄層２４ａはシヨツトキバリア形成以外
の役割りとして、Al層２５ａのｎ型領域２３への密着性
の向上に寄与する。バリア電極２７のシート抵抗は１Ω
／□以下が望ましく、本実施例では約０．０５Ω／□で
ある。第２図(D)に示す本発明に従うチタン酸化物薄層
２８はTi薄層２４ｂの層厚より増大して概算で７５Å〜
３００Åであり、シート抵抗が５０〜５００ＭΩ／□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いわゆる酸素ブアー
なチタン酸化物TiO_x（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。

つづいて、第１図に示すように、チタン酸化物薄層２８
を被覆する絶縁層３０を設け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３０はプラズマＣＶ
Ｄ（chemical vapor deposifion）法により形成したシ
リコン酸化膜から成る。絶縁層３０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。図示は省略するが、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。

第３図の各部の寸法を例示すると次の通りである。バリ
ア電極２７の幅ａは約９００μｍ、チタン酸化物薄層２
８の幅ｂは約１４０μｍ、オーミツク接続電極２９の幅
ｃは約３０μｍ、チタン酸化物薄層２８とｎ型領域２３
の端縁との間隔ｄは約１５０μｍである。

このシヨツトキバリアダイオードにおいては、バリア電
極２７とｎ型領域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型領域
２３との間にも第２のシヨツトキバリアが形成される。
第２の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
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I_Sがチタン酸化物薄層２８とバ
リア電極２７の面積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。このことはバリア
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がバリア電極２７と略同一のバリアハイトφ
_B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。

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−逆電流特性について以下に説明する。シヨツトキバ
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
高めていくと、シヨツトキバリアダイオードには極めて
微少な飽和電流I_Sが流れる。この時、バリア電極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及びオーミツ
ク接続電極２９には直接に接続されない。従つて、オー
ミツク接続電極２９及びチタン酸化物薄層２８を通る電
流はバリア電極２７に流れ込む。逆電圧を高めていくと
オーミツク接続電極２９とチタン酸化物薄層２８を通つ
てバリア電極２７に達する電流通路を通る逆電流I₀が増
加する。チタン酸化物薄層２８は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
限が働くので、逆電流I₀は逆電圧の増大に伴つて徐々に
増加する特性を示す。また、逆電流の増加に伴つてバリ
ア電極２７に基づく第１のシヨツトキバリアと、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
逆電流も徐々に増加する。

バリア電極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３
１がバリア電極２７とチタン酸化物薄層２８の下部のｎ
型領域２３に生じる。逆電圧の増加に伴つてチタン酸化
物薄層２８の内周端P₁から外周端P₂にかけての横方向の
電位勾配が徐々に大きくなり、結果としてチタン酸化物
薄層２８とn⁺型領域２３との間の電位差は内周端P₁から
外周端P₂に向うにしたがつて小さくなる。このため、上
記の空乏層３１の広がり（垂直方向の厚さ）も内周端P₁
から外周端P₂に向うにしたがつて小さくなる。また、バ
リア電極２７からチタン酸化物薄層２８にかけてのｎ型
領域２３の表面はシヨツトキバリアとして続している。
これらの結果、電界集中を緩和するなだらかな空乏層３
１が得られ、バリア電極２７の周縁端での電界集中が緩
和される。

逆電圧が約２５０Ｖになると、バリア電極２７の周縁と
オーミツク電極２６との間に臨界電界強度Ecritを越え
る所が生じてブレークダウンが発生し逆電流が急激に増
大する。

なお、オーミツク接続電極２９を設けない構造のシヨツ
トキバリアダイオードとすれば、逆電圧の増加に伴い、
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、逆電流が階段状に増加する。
本発明に従う第１図のシヨツトキバリアダイオードはチ
タン酸化物薄層２８とｎ型領域２３がオーミツク接続電
極２９によりオーミツク接続されており、逆電圧印加時
において導通状態にあるためチタン酸化物薄層２８の外
周縁におけるブレークダウンは生じない。第５図の実線
の特性曲線は本発明に従う第１図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
はオーミツク接続電極２９を有さない構造のシヨツトキ
バリアダイオードの逆電圧−逆電流特性を示す。オーミ
ツク接続電極２９を有さない構造に比べて第１図のシヨ
ツトキバリアダイオードでは逆電流がなめらに変化する
ことがわかる。

また、オーミツク接続電極２９を有さない構造の場合、
チタン酸化物薄層２８の外周端の微少領域でブレークダ
ウンが生じたとき、ブレークダウンに伴う逆電流はその
微少領域に集中して流れることとなる。この結果、逆電
流に基づくチタン酸化物薄層２８の横方向での電位分布
がチタン酸化物薄層２８の全周にわたつて均一ではなく
なる。本発明に基づく第１図のシヨツトキバリアダイオ
ードではチタン酸化物薄層２８の外周端とｎ型領域２３
とが全周にわたつてオーミツク接続されている。このた
めチタン酸化物薄層２８の外周端P₁からバリア電極２７
に向う電流がチタン酸化物薄層２８の全周にわたつてほ
ぼ均一となる。結果として、チタン酸化物薄層２８の内
周端P₁から外周端P₂にかけての逆電流に基づく電位分布
のしかたがリング状のチタン酸化物薄層２８の全周にわ
たつてほぼ等しくなる。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。

本実施例のシヨツトキバリアダイオードは次のような利
点を有する。

(1)チタン酸化物薄層２８は高いシート抵抗を有する抵
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、バリア電極２７の外周縁における電界集中を有
効に緩和する空乏層を良好に発生させる。従つて、単に
フイールドプレートもしくはガードリングを設けた構造
のシヨツトキバリアダイオードやフイールドプレートと
ガードリングの両方を設けた構造のシヨツトキバリアダ
イオードよりも大幅に耐圧を向上できる。本実施例のシ
ヨツトキバリアダイオードのチタン酸化物薄層２８はシ
リコン多結晶等から成る高抵抗フイールドプレートと同
様に逆電流を制限する作用と、電界集中を緩和する空乏
層を良好に形成する作用を有する。しかし、本実施例の
チタン酸化物薄層２８は高抵抗フイールドプレートと異
なりｎ型領域２３との間にシヨツトキバリアを形成する
ことができる。このため、バリア電極２７とチタン酸化
物薄層２８の境界面の下部のｎ型領域２３での電界集中
を有効に緩和でき、従来の高抵抗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よりも耐圧が向上す
る。

(2)従来のガードリングを有するシヨツトキバリアダイ
オードに比較して高速応答性に優れている。

(3)従来の絶縁層を介してフイールドプレートもしくは
高抵抗フイールドプレートを設けた構造のシヨツトキバ
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。

(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を容易に得
ることができる。また、バリア電極２７とチタン酸化物
薄層２８との電気的接続を容易かつ確実に達成すること
ができる。

(5)オーミツク接続電極２９を設けたので、特性変動が
少ない。即ちオーミツク接続電極２９を有さない構造の
シヨツトキバリアダイオードではチタン酸化物薄層２８
の外周縁の微少領域にブレークダウンに伴う電流が集中
的に流れ、その微少領域を焼損することがある。この焼
損は後のＢＴ試験（高温下で逆電圧を印加する試験）等
において、不良レベルには至らないけれども小信号領域
での逆電流の増加をもたらす。本実施例のシヨツトキバ
リアダイオードでは前述のように、逆電圧印加レベルに
おいてチタン酸化物薄層２８とｎ型領域２３とが実質的
に導通しており、上記の焼損は起こらず、上記焼損に伴
う特性変動も起こらない。

(6)チタン酸化物薄層２８の外周縁でブレークダウンが
起きないため、オーミツク接続電極２９を有さない構造
に比べて、逆電流の変化がなめらかな逆電圧−逆電流特
性が得られる。従つて、ノイズの少ない小信号用の高耐
圧シヨツトキバリアダイオードを提供することができ
る。

(7)オーミツク接続電極２９をチタン酸化物薄層２８の
全周に渡つて閉環状に設けたことにより、チタン酸化物
薄層２８の横方向での電位分布が全周にわたつてほぼ等
しくできる。このため、電界集中が有効に緩和でき規定
耐圧以下となる製品の生じる頻度が減少し耐圧歩留りを
一段と向上できる。

〔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７図及び第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６図のシヨツトキバリアダイオードはAl層２５ｂとAl
層２５ｂの下部に位置するTi薄層２４ｃから成るバリア
電極２７の外周をTi薄層２４ｄとチタン酸化物薄層２８
とが順次隣接して包囲した構造を有する。チタン酸化物
薄層２８とバリア電極２７とはTi薄層２４ｄを介して電
気的に接続されている。また、チタン酸化物薄層２８の
外周端は第１図のシヨツトキバリアと同様にAu−Ge合金
から成るオーミツク接続電極２９を介しｎ型領域２３と
オーミツク接続されている。ここで、Ti薄層２４ｄはチ
タン酸化物薄層２８に比べてシート抵抗が小さく、また
ｎ型領域２３との間にシヨツトキバリアを形成するの
で、バリア電極２７の一部として作用する。従つて、以
下Al層２５ｂとAl層２５ｂの下部に位置するTi薄層２４
ｃから成る部分を第１のバリア電極２７ａ、Ti薄層２４
ｄから成る部分を第２のバリア電極２７ｂと呼ぶことと
する。

第６図のシヨツトキバリアダイオードは第２図(D)の工
程の後にAl層２５ａの周縁部をエツチング除去し、Al層
２５ａの下部のTi薄層２４ａの一部を露出させて第２の
バリア電極２７ｂを得ることで作製できる。

第６図のシヨツトキバリアダイオードでは応力集中点と
電界集中点とを分離でき、耐圧歩留りをさらに向上する
ことができる。即ち比較的肉厚の第１のバリア電極２７
ａとｎ型領域２３の熱膨張係数の違いに基づく応力がｎ
型領域２３に生じる。第２のバリア電極２７ｂとチタン
酸化物薄層２８は極めて薄いので、これらの応力は第１
のバリア電極２７ａのものと比べれば無視できる。この
ため、ｎ型領域２３の表面における第１のバリア電極２
７ａの周縁部の下部には上記応力の集中する応力集中点
が生じる。

また、シート抵抗が大きく異なる被層の境界部分の下部
に位置する半導体領域には電界集中点が生じる。第５図
のシヨツトキバリアダイオードにおいては第２のバリア
電極２７ｂとチタン酸化物薄層２８の境界部分の下部の
ｎ型領域２３に電界集中点が生じる。応力集中点ではｎ
型領域２３に歪が加つ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が低下ししてい
る。従つて、この応力集中点に電界が集中すればブレー
クダウンがさらに発生し易くなる。第６図のシヨツトキ
バリアダイオードでは上述のように電界集中点と応力集
中点を離間することができるため、耐圧をさらに増大す
ることができる。また、第６図のシヨツトキバリアダイ
オードは第１図のシヨツトキバリアダイオードの効果を
合わせ持つ。さらに、第１図のシヨツトキバリアダイオ
ードより少しではあるが、逆方向サージ耐量が増加する
効果もある。

〔第３の実施例〕 第７図に示す本発明の第３の実施例に係わるシヨツトキ
バリアダイオードは第１図のシヨツトキバリアダイオー
ドのTi薄層２４ａとチタン酸化物薄層２８の接続部分の
下部に肉厚のTi薄層３２を設けた構造を有する。Ti薄層
３２は肉厚といつても１００〜４００Å程度の極薄の膜
である。この場合、Al層２５ｃの下部を外れているTi薄
層３２の部分をバリア電極２７の一部と考えることがで
きる。以下、Al層２５ｃとTi薄層２４ａと肉厚のTi薄層
３２から成る部分を第１のバリア電極２７ａ、肉厚のTi
薄層３２の残部を第２のバリア電極２７ｂと呼ぶことと
する。チタン酸化物薄層２８の外周端は第１図のシヨツ
トキバリアダイオードと同様にAu−Ge合金から成るオー
ミツク接続電極２９により、ｎ型領域２３とオーミツク
接続されている。

第７図のシヨツトキバリアダイオードは肉厚のTi薄層３
２をｎ型領域２３上に予め真空蒸着等で形成しておくこ
とで、第２図(B)から(D)と同様の製造方法で製作でき
る。

第７図のシヨツトキバリアダイオードは第２のバリア電
極２７ｂを肉厚のTi薄層３２で形成したため、第６図の
シヨツトキバリアダイオードより逆方向サージ耐量が増
大する効果がさらに顕著になる。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、逆方向の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の肉厚を増加し、抵
抗を第６図のシヨツトキバリアダイオードよりさらに下
げることで第２のバリア電極２７ｂが逆方向サージ電流
の通路として第６図のシヨツトキバリアダイオードより
も有効に働く。これにより、逆方向サージ電流が第２の
バリア電極２７ｂの外周端側の複数箇所に分散して流
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、逆方向サージ耐量が増大する。また、第１のバリア
電極２７ａのうち、周辺のTi薄層３２の設けられた部分
はTi薄層２４ａの部分よりバリアハイトφ_Bが大きいシ
ヨツトキバリアが形成される。このため、主シヨツトキ
バリアの周辺耐圧が向上し、シヨツトキバリアの耐圧が
より向上する。また、第１図のシヨツトキバリアダイオ
ードの効果も合わせ持つ。

〔第４の実施例〕 第８図に本発明の第４の実施例に係わるシヨツトキバリ
アダイオードを示す。第８図のシヨツトキバリアダイオ
ードはｎ型領域２３の表面にリング状のチタン酸化物薄
層２８ａを有し、更にこの上にリング状のチタン酸化物
薄層２８ｂを有する。チタン酸化物薄層２８ａ、２８ｂ
の外周端はそれぞれAu−Ge合金から成るオーミツク接続
電極２９によりｎ型領域２３にオーミツク接続されてい
る。Al層２５ａの下部に位置する２層のTi薄層２４ｅ、
２４ｆの延在部分にあたる２層のTi薄層２４ｇ、２４ｈ
はバリア電極２７の一部として作用するので、以下、Al
層２５ａとAl層２５ａの下部に位置する２層のTi薄層２
４ｅ、２４ｆから成る金属電極部分を第１のバリア電極
２７ａ、２層のTi薄層２４ｇ、２４ｈから成る金属電極
部分を第２のバリア電極２７ｂと呼ぶこととする。下側
のチタン酸化物薄層２８ａは上側のチタン酸化物薄層２
８ｂより酸化の程度を強めているので、上側のチタン酸
化物薄層２８ｂよりもシート抵抗が大きい。従つて、上
側のチタン酸化物薄層２８ｂを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チタン酸化物薄層２８ｂにより
決定される。下側のチタン酸化物薄層２８ａは高いバリ
アハイトφ_Bを有するので、飽和電流I_Sが減少し逆電流
レベルの小さいシヨツトキバリアダイオードを提供でき
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
なつている。このため、Ti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、２
８ｂ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を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
を錬続的に変化させれば更によい。また、第３の実施例
と同様に第１及び第２の実施例より逆サージ耐量を増大
できる。また、第１の実施例の効果を合わせ持つ。

〔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、２８ｂ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１０
ＭΩ／□〜１０００ＭΩ／□に選ぶべきである。

(2)チタン酸化物薄層２８の幅ｂは約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。しかし、所
定の耐圧が得られる歩留りを高くするためには１００μ
ｍ以上に設計することが一層望ましい。幅ｂを５００μ
ｍ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３０〜５００
μｍの範囲にすることが望ましい。

(3)接続電極は実施例のAu−Ge合金から成るオーミツク
接続電極２９に限ることなく、種々の変形が可能であ
る。例えばｎ型領域２３の上面にエピタキシヤル成長に
よりn⁺型領域を形成し、これをチタン酸化物薄層２８と
ｎ型領域２３とを電気的に接続する接続物体（領域）と
してもよい。また、ｎ型領域２３の上面に形成したn⁺型
領域に隣接してTi薄層を形成し、n⁺型領域とこのTi薄層
を接続物体（領域）としてもよい。上記の２つの半導体
接続物体は、Au−Ge合金から成る接続導体に比べて抵抗
は大きいが逆電圧印加時にはチタン酸化物薄層２８とｎ
型領域２３との低抵抗接続（短絡）と見なし得るもので
ある。

(4)接続物体（領域）はチタン酸化物薄層２８の全周を
連続して包囲せずに、離間した複数の接続物体（領域）
にてチタン酸化物薄層２８を包囲した構造としてもよ
い。この場合、接続物体間の距離を１００μｍ、望まし
くは５０μｍ以下とすることにより、チタン酸化物薄層
２８の電位分布を安定化する効果が良好に得られる。

(5)第２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３
００Å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。

(6)Ti薄層２４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、酸化雰囲気によつて変わるが、５秒〜２時間の範
囲に収めることが望ましい。

(7)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ツタリングで形成し、
Ti薄層２４ｄ、２４ｇ、２４ｈ、３２を導電性が比較的
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、Al層をマスクとしてＴｉ薄層２４ｄ、２４ｇ、２
４ｈ、３２を窒化することによつて形成し得る。

(8)シート抵抗が高く且つシヨツトキバリアを生成する
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）系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やSn等を
添加したものであつてもよい。

(9)厳しい高速応答性が要求されない場合や高速応答性
の低下を防止した構造とする場合にはガードリングと組
合せた構造としてもよい。例えば、第１図の例で説明す
れば、バリア電極２７とチタン酸化物薄層２８の接合部
分の下部のｎ型領域２３にp⁺型領域から成るガードリン
グを形成して逆サージ耐量を向上した構造としてもよ
い。この場合、バリア電極２７に基づく第１のシヨツト
キバリアとチタン酸化物薄層２８に基づく第２のシヨツ
トキバリアとは、直接には連続しないが、シヨツトキバ
リアと同じ整流障壁であるガードリング領域のｐｎ接合
を介して連続することになる。逆電圧印加時には、第１
のシヨツトキバリアに基づく空乏層と、第２のシヨツト
キバリアに基づく空乏層とがp⁺型領域とｎ型領域２３と
のｐｎ接合に基づく空乏層を介して連続し電界集中を有
効に緩和する空乏層を得ることができる。

(10)GaAsの代りにInP（燐化インジウム）等のIII−Ｖ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。

(11)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型領域２３を島状に囲むようにn⁺型領域
２２を設けてオーミツク電極２６をｎ型領域２３の表面
側に設けるプレーナ構造としてもよい。

(12)ｎ型領域２３、n⁺型領域２２をｐ型領域と置き換え
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ヨツ
トキバリア半導体装置、あるいは高耐圧化が特に高水準
に達成されたシヨツトキバリア半導体装置を提供でき
る。即ち、高速応答性を確保しつつ高耐圧化が可能であ
り、且つ薄層の外周端領域にオーミック接触する接続導
体の作用によって薄層の外周端でのブレークダウンが抑
制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
アダイオードを示す断面図、 第２図は第１図の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３図は第２図(D)の状態を示す平面図、 第４図は空乏層を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図は第１図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
示す断面図である。 ２２……n⁺型領域、２３……ｎ型領域、２４ａ……Ti薄
層、２５ａ……Al層、２６……オーミツク電極、２７…
…バリア電極、２８……チタン酸化物薄層、２９……オ
ーミツク接続電極。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】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形成するよ
   うに前記半導体領域上に配置されたバリア電極と、 前記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、かつ前記バリア電極と電気的に接続され、かつ
   前記バリア電極よりも大きなシート抵抗を有し、かつ前
   記半導体領域との間にショットキバリアが得られるよう
   に形成された薄層と、 前記薄層の外周端領域と前記半導体領域の前記薄層の外
   周端を囲む部分とに対してそれぞれオーミック接触して
   前記薄層の外周端領域と前記半導体領域とを電気的に接
   続する接続物体と を備え、前記バリア電極によるショットキバリアと前記
   薄層によるショットキバリアとは直接又はｐｎ接合を介
   して連続していることを特徴とするショットキバリア半
   導体装置。