JPH0618280B2

JPH0618280B2 - ショットキバリア半導体装置

Info

Publication number: JPH0618280B2
Application number: JP63094616A
Authority: JP
Inventors: 康二大塚; 崇鈴木
Original assignee: Sanken Electric Co Ltd
Current assignee: Sanken Electric Co Ltd
Priority date: 1988-04-19
Filing date: 1988-04-19
Publication date: 1994-03-09
Anticipated expiration: 2009-03-09
Also published as: JPH01266760A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は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良好な高速応答性（高速
スイッチング特性）及び低電力損失等の利点を生かし
て、高周波整流回路等に広範囲にわたって使用されてい
る。しかし、ショットキバリアダイオードではバルク耐
圧（ショットキバリアの中央部分での耐圧）に比べて周
辺耐圧（ショットキバリアの周辺部分での耐圧）が低下
する現象が認められ、このため、高耐圧のものを得るの
が難しい。

上記問題を解決する方法としてガードリング領域を設け
たショットキバリアダイオードが知られている。ガード
リング領域を含む高耐圧化構造によればガードリング領
域によって形成されるｐｎ接合が、バリア電極に基づく
ショットキバリアの周辺耐圧を担い、ショットキバリア
の周辺耐圧を向上できる。従って、フィールドプレート
構造と組合せてショットキバリアダイオードの高耐圧化
が可能である。しかし、順方向に大きな電流が流れたと
きには、ガードリング領域から半導体領域への少数キャ
リアの注入が増加する。このため、順方向動作から逆方
向動作に切換えたとき、この少数キャリアが削減するま
では完全にスイッチオフしない。つまり、スイッチング
動作に応答遅れが生じて、ショットキバリアダイオード
の利点である高速応答性が減殺される。

高速応答性の低下を解決するガードリング領域を含む高
耐圧換構造として、第７図に示すショットキバリアダイ
オードが考えられる。図示のショットキバリアダイオー
ドではｎ^＋形領域（２１ａ）とｎ形領域（２１ｂ）から
成る半導体基板（２１）の上面にバリア電極（２４）が
形成される。バリア電極（２４）の外周部及びバリア電
極（２４）で被覆されないｎ形領域（２１ｂ）の上面に
絶縁層（１１）が形成される。また、バリア電極（２
４）及び絶縁層（１１）の上面には外部接続用の電極
（１２）が形成される。ｎ形領域（２１ｂ）のバリア電
極（２４）と絶縁層（１１）の境界部分下部にあたる箇
所にはｐ^＋形領域から成るガードリング領域（２２）が
形成されている。また、ガードリング領域（２２）の内
側にはバリア電極（２４）と絶縁層（１１）の下面に隣
接してｎ^＋形領域（２３）が設けられている。ｎ^＋形領
域（２１ａ）の下面にはオーミック電極（２５）が形成
されている。

この構造によれば、ガードリング領域（２２）を流れる
順方向電流の通路断面積が狭められるため、少数キャリ
アの注入量を減少できる。したがって、高速応答性が大
きく低下することはない。しかし、ｎ^＋形領域（２３）
を形成したことにより、第７図のショットキバリアダイ
オードにはｎ^＋形領域（２３）をエミッタ、ガードリン
グ領域（２２）をベース、ｎ形領域（２１ｂ）とｎ^＋形
領域（２１ａ）をコレクタとするｎｐｎトランジスタ構
造が形成される。つまり、第７図のショットキバリアダ
イオードは、バリア電極（２４）と半導体基板（２１）
とに基づくショットキバリアダイオードと、ガードリン
グ領域（２２）と半導体基板（２１）に基づくｐｎ接合
ダイオードと、ｎｐｎトランジスタとを含んでいる。従
って、図示のショットキバリアダイオードは等価的にこ
れらのダイオード及びトランジスタが電気的に並列に接
続されたショットキバリア複合体とみなせる。

このため、電極（２４）（２５）間に逆方向電圧を印加
すると、前記のｎｐｎトランジスタが動作し、ショット
キバリア複合体に比較的大きな漏れ電流が発生して、耐
圧低下の原因となることがある。更に、ショットキバリ
アダイオードがブレークダウンを起こす前に、ｎｐｎト
ランジスタ構造がパンチスルーブレークダウンを起こし
て高耐圧が得られないことも多い。パンチスルーブレー
クダウンは、ｎ形領域（２１ｂ）からガードリング領域
（２２）に伸びる空乏層がｎ^＋形領域（２３）に到達し
て起きるブレークダウンである。パンチスルーブレーク
ダウンを防止するためには、ガードリング領域（２２）
を深く形成してｎｐｎトランジスタ構造のベース幅を大
きく形成する必要がある。しかし、この場合は、ショッ
トキバリアダイオードがブレークダウンを起こす前に、
リーチスルーブレークダウンが起こり易くなる欠点が生
ずる。リーチスルーブレークダウンは、ガードリング領
域（２２）からｎ形領域（２１ｂ）に伸びる空乏層がｎ
^＋形領域（２１ａ）に到達して起きるブレークダウンで
ある。リーチスルーブレークダウンを防止するには、ｎ
形領域（２１ｂ）の厚さを大きくすればよいが、この場
合、順電圧が大きくなって電力損失が増大する。

そこで、本発明の目的は、上記問題を解決して、高速応
答性を低下することなく高耐圧化を確実に達成すること
のできるショットキバリア半導体装置を提供することに
ある。

課題を解決するための手段本発明によるショットキバリア半導体装置は、一導電形
の半導体領域上に形成されかつ半導体領域との間にショ
ットキバリアを生成するバリア電極と、バリア電極及び
半導体領域に隣接してかつショットキバリアを包囲する
ように形成された半導体領域とは逆の導電形の半導体領
域から成るガードリング領域とを有する。ガードリング
領域はガードリング領域に部分的にイオン注入すること
により形成された半絶縁性半導体領域を含む。半絶縁性
半導体領域によりガードリング領域内での順方向電流通
路断面積が減少している。

作用本願ではガードリング領域の内側領域を選択的に半絶縁
性半導体領域に変換することにより、高速応答性を低下
することなくショットキバリア半導体装置の高耐圧化を
達成できる。即ち、本願では、ガードリング領域と半導
体領域との間に形成されるＰＮ接合がショットキバリア
の周辺耐圧を担い、ショットキバリアの周辺耐圧を向上
することができる。これと同時に、半絶縁性半導体領域
と半導体領域間でのキャリア注入が実質的に生じないの
で、キャリアの蓄積により高速動作に制限を受けない。
また、半絶縁性半導体領域によってガードリング領域の
順方向電流の通路断面積が減少し、高速応答性に優れ
る。更に、本願では寄生トランジスタが形成されないか
ら、高耐圧で漏れ電流が小さい利点がある。

実施例以下、本発明の実施例を第１図〜第６図について説明す
る。

第１図は本発明に従う一実施例としてのショットキバリ
アダイオードを示す。また、第２図はこのショットキバ
リアダイオードの各製造工程でのダイオードチップの断
面図を示す。このショットキバリアダイオードを形成す
るには、まず第２図（ａ）に示す半導体基板（１）を用
意する。半導体基板（１）はGaAs（砒化ガリウム）から
成るｎ^＋形領域（１ａ）と、その上にエピタキシャル成
長によって形成されたGaAsから成るｎ形領域（１ｂ）と
を有する。ｎ^＋形領域（１ａ）は厚さ約３００μｍ、不
純物濃度２×１０¹⁸cm^-3であり、ｎ形領域（１ｂ）は厚
さ約１５μｍ、不純物濃度２×１０¹⁵cm^-3である。

次に、第２図（ｂ）に示すように、半導体基板（１）の
上面にマスクとしてのシリコン酸化膜（２）をプラズマ
ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）により形成す
る。シリコン酸化膜（２）の所定の箇所には開口（３）
をフォトエッチングにより設ける。続いて、開口（３）
を通じて、ｎ形領域（１ｂ）内にＺｎ（亜鉛）を拡散し
てｐ^＋形領域を形成する。このｐ^＋形領域がガードリン
グ領域（４）として作用し、ショットキバリアダイオー
ドの周辺耐圧の向上に寄与する。ガードリング領域
（４）は深さが約３μｍであり、表面濃度は約５×１０
¹⁸cm^-3となっている。なお、ガードリング領域（４）は
拡散によって形成されるため、開口（３）よりも横方向
に広がって形成される。

続いて、第２図（ｃ）に示すように、イオン化したＨｅ
を加速して半導体基板（１）の上面に導き、シリコン酸
化膜（２）の開口（３）を通じてガードリング領域
（４）に注入する。このように、ガードリング領域
（４）にＨｅ（ヘリウム）イオンを注入することにより
ガードリング領域（４）の一部を半絶縁性半導体領域
（５）に変換することができる。つまり、Ｈｅイオンの
注入された部分のガードリング領域（４）はGaAsの結晶
が乱されて抵抗率が１０^７〜１０^９Ω・cm程度の絶縁物
に近い半導体領域、即ち、半絶縁性半導体領域（５）と
なる。なお、「半絶縁性半導体領域」の表記は、用語
「半絶縁性」と「半導体」との概念が矛盾するが、本明
細書では汎用語として使用されているように「半導体材
料から成りかつ半絶縁性を有する高抵抗な領域」を意味
する。

本実施例では、イオン注入のマスクとして、シリコン酸
化膜（２）を使用した。シリコン酸化膜（２）で被覆さ
れた部分の半導体基板（１）にはＨｅイオンが注入され
ない。ガードリング領域（４）を形成するためのマスク
と半絶縁性半導体領域（５）を形成するためのマスクは
異なるマスクとしてもよいが、高い位置精度が得られる
点では本実施例のように、同一のマスクとするのが望ま
しい。Ｈｅイオンは半導体基板（１）の表面に対してほ
ぼ直角な方向で注入されるので、半絶縁性半導体領域
（５）は平面的に見て開口（３）と略同一の領域に形成
される。したがって、半絶縁性半導体領域（５）は平面
的に見てガードリング領域（４）の内側にガードリング
領域（４）と略同心形状に形成される。また、第２図
（ｃ）から明らかなように、半絶縁性半導体領域（５）
は上面が半導体基板（１）の上面に露出し、上面以外は
ガードリング領域（４）に包囲されるように半導体基板
（１）に埋設されている。なお、半絶縁性半導体領域
（５）の深さは約２μｍである。

次に、第２図（ｄ）に示すように、シリコン酸化膜
（２）をエッチングにより除去し、半導体基板（１）の
上面にＴｉ（チタン）層（６）とＡｌ（アルミニウム）
層（７）を順次真空蒸着により形成する。Ｔｉ層（６）
の層厚は５０Å（０．００５μｍ）と極薄である。Ａｌ
層（７）の層厚は約２μｍとなっている。半導体基板
（１）の下面にはＡｕ（金）−Ｇｅ（ゲルマニウム）合
金とＡｕとを連続的に真空蒸着してオーミック電極
（８）を形成する。

続いて、第２図（ｅ）に示すようにＡｌ層（７）の一部
をフォトエッチングにより除去して、主なる順電流通路
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
Ａｌ層（７ａ）を残存させる。Ｔｉ層（６）も外周部分
をフォトエッチングにより除去して、Ａｌ層（７ａ）の
下部に位置するＴｉ層（６ａ）と、Ｔｉ層（６ａ）に隣
接してこれを包囲するＴｉ層（６ｂ）とを残存させる。
Ａｌ層（７ａ）とＴｉ層（６ａ）はともにGaAs半導体と
の間にショットキバリアを生成する金属層であるから、
Ａｌ層（７ａ）とその下部のＴｉ層（６ａ）を合わせて
バリア電極（９）が形成される。

次に、空気中で２７５℃、１５分間の熱処理を施す。こ
れにより、第２図（ｆ）のようにＡｌ層（７ａ）で被覆
されていないＴｉ層（６ｂ）は酸化されてチタン酸化物
層（１０）となる。Ａｌ層（７ａ）に被覆されたＴｉ層
（６ａ）は酸化されない。チタン酸化物層（１０）はＴ
ｉ薄層（６ｂ）よりやや層厚が増大しており、シート抵
抗が約１００ＭΩ／□の半絶縁性の高抵抗層である。

なお、チタン酸化物層（１０）もバリア電極（９）と同
様に半導体基板（１）との間にショットキバリアを形成
する。しかし、バリア電極（９）のシート抵抗は１Ω／
□以下であり、チタン酸化物層（１０）はバリア電極
（９）よりもシート抵抗が比較にならない程大きい。こ
のため、順方向電流は主としてＴｉ層（６ａ）とＡｌ層
（７ａ）に流れ、チタン酸化物層（１０）にはほとんど
流れない。したがって、本明細書ではチタン酸化物層
（１０）を除外して、Ｔｉ層（６ａ）とＡｌ層（７ａ）
から成る電極をバリア電極（９）としている。

ガードリング領域（４）は、第２図（ｆ）に示すように
バリア電極（９）とチタン酸化物層（１０）の両方の下
面に隣接してバリア電極（９）の下部とチタン酸化物層
（１０）の下部に跨って形成されている。また、ガード
リング領域（４）は第３図に示すようにバリア電極
（９）の周縁部に沿って環状に形成されている。これに
より、ガードリング領域（４）とｎ型半導体領域（１
ｂ）に基づくｐｎ接合とバリア電極（９）に基づくショ
ットキバリアとが連続する。

半絶縁性半導体領域（５）は、第２図（ｆ）に示すよう
に、バリア電極（９）とチタン酸化物層（１０）の両方
の下面に隣接するようにガードリング領域（４）のほぼ
中央に配置される。また、第３図に示すように、半絶縁
性半導体領域（５）はバリア電極（９）の周縁部に沿っ
て環状に形成される。

続いて、第１図に示すように、バリア電極（９）及びチ
タン酸化物層（１０）の上面にプラズマＣＶＤ法によ
り、シリコン酸化膜から成る絶縁層（１１）を形成す
る。その後、バリア電極（９）の上面にＴｉとＡｕを連
続して真空蒸着して外部端子接続用の電極（１２）を形
成する。以上により電力用ショットキバリアダイオード
チップが完成する。

本実施例のショットキバリアダイオードにバリア電極
（９）側を負の電位、オーミック電極（８）側を正の電
位とする逆方向電圧を印加した場合、バリア電極（９）
に基づくショットキバリアと、チタン酸化物薄層（１
０）に基づくショットキバリアのそれぞれから空乏層が
延びる。また、ガードリング領域（４）とｎ型領域（１
ｂ）に基づくｐｎ接合からも空乏層が延びる。上記３つ
の空乏層は連続して一体化し、電界集中を緩和する良好
な空乏層が得られる。このとき、ガードリング領域
（４）とｎ型領域（１ｂ）の界面に形成されたｐｎ接合
は、従来例と同様にバリア電極（９）に基づくショット
キバリアの周辺耐圧を担うため、ショットキバリアの周
辺耐圧を向上することができる。また、ガードリング領
域（４）に形成された半絶縁性半導体領域（５）はほぼ
絶縁物とみなせる領域であるから、半絶縁性半導体領域
（５）からのキャリアの注入及び半絶縁性半導体領域
（５）へのキャリアの注入は実質的に起らない。このた
め、半導体基板（１）とバリア電極（９）とから成るシ
ョットキバリアダイオードの周囲に、従来のようなトラ
ンジスタ構造が形成されない。したがって、本実施例の
ショットキバリアダイオードは、高耐圧でありかつ漏れ
電流が小さい。

次に、本実施例のショットキバリアダイオードに順方向
電圧を印加した場合を考える。本実施例のショットキバ
リアダイオードでは、ガードリング領域（４）に半絶縁
性半導体領域（５）が形成されているために、ガードリ
ング領域（４）の順方向電流の通路断面積が狭められて
いる。したがって、ガードリング領域（４）からｎ型領
域（１ｂ）への少数キャリアの注入量を減少させること
ができ、高速応答性が高水準に達成される。

半絶縁性半導体領域（５）の代わりにシリコン酸化膜等
から成る絶縁物を形成しても、ガードリング領域（４）
の順方向電流の通路断面積を狭めることができ、少数キ
ャリアの注入を減少させる効果は得られる。しかし、ガ
ードリング領域（４）とは異なる材料から成る領域を形
成すると、その領域近傍のガードリング領域（４）に機
械的な歪が発生して好ましくない。また、半絶縁性半導
体領域（５）はガードリング領域（４）に電子線を照射
して形成することも可能である。しかし、高抵抗の半絶
縁性半導体領域（５）を良好にかつ容易に形成するに
は、イオン注入によるのが望ましい。

変形例本発明は上記の実施例に限られることなくその趣旨の範
囲内で種々の変更が可能である。例えば、第４図に第二
実施例として示すように半絶縁性半導体領域（５）を半
導体基板（１）から露出させずにガードリング領域
（４）内に完全に埋設してもよい。なお、半絶縁性半導
体領域（５）を形成するに際し、加速電圧を変えて多重
にイオン注入を行うことが可能であり、このときのイオ
ン注入の電圧を調整すれば、半絶縁性半導体領域（５）
を第１図及び第４図に示すように所望の深さに適宜形成
することができる。

また、第５図に示す本発明の第三実施例のように、反応
性イオンエッチング（ＲＩＥ）により、半絶縁性半導体
領域（５）及びガードリング領域（４）を含む断面にお
いて第１図のショットキバリアダイオードを切断してメ
サ形のショットキバリアダイオードとしてもよい。

更に、第２図（ｂ）の工程の後に開口（３）より外周側
のシリコン酸化膜（２）を除去した後、第２図（ｃ）の
工程を行うことにより、第６図に示す本発明の第四実施
例のようにガードリング領域（４）より外側にも半絶縁
性半導体領域（５）を形成してもよい。この場合も、平
面的に見て半絶縁性半導体領域（５）のショットキバリ
ア側の端部をバリア電極（９）の縁部近傍から内側の領
域に位置させ、かつ半絶縁性半導体領域（５）のショッ
トキバリア側の端部側にガードリング領域（４）を設け
る。実施例及び本実施例のように、ガードリング領域
（４）を形成するための選択拡散マスクであるシリコン
酸化膜（２）の開口（３）からショットキバリア側（素
子中央側）を残存させて、いわゆる、セルフアライン方
式でイオン注入を行うと、ガードリング領域（４）の残
存幅を極めて小さくかつ正確に形成できるので好まし
い。他の実施例においても、この方法により半絶縁性半
導体領域（５）のショットキバリア側に位置するガード
リング領域（４）の残存幅を正確に決定することができ
る。

半導体領域との優れた密着性、表面安定化効果及びフィ
ールドプレート構造による半導体表面に与える影響の面
から、チタン酸化物層（１０）が好適である。しかし、
ｎ形領域（１ｂ）との間にショットキバリアを形成する
物質であれば、それに限られない。例えばＴｉ層（６）
及びチタン酸化物層（１０）の代わりに、それぞれＴａ
（タンタル）薄層及びタンタル酸化物層を設けてもよ
い。また、チタン酸化物層（１０）の厚さは、応力発生
を最小限にするために、１０〜１０００Å、望ましくは
２０〜３００Åに選定するのがよい。また、チタン酸化
物層（１０）はショットキバリア形のフィールドプレー
トとして高耐圧化に極めて大きく寄与するものである
が、これを形成しなくても、ガードリングとしての高耐
圧化効果は発揮される。

また、本発明は、GaAs、ＡｌGaAs（砒化アルミニウム・
ガリウム）、GaP（燐化ガリウム）、InＰ（燐化インジ
ウム）等のIII〜Ｖ族化合物半導体を用いた半導体装置
に好適であるが、他の化合物半導体又はＳｉ（シリコ
ン）等を用いた半導体装置にも有効である。

発明の効果以上のように、本発明によれば、高速応答性に優れかつ
高耐圧のショットキバリア半導体装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明の実施例を示すショットキバリアダイオ
ードの断面図、第２図はこのショットキバリアダイオー
ドの製造工程図、第３図は実施例のショットキバリアダ
イオードの平面図、第４図は本発明の第二実施例を示す
断面図、第５図は本発明の第三実施例を示す断面図、第
６図は本発明の第四実施例を示す断面図、第７図は従来
のショットキバリアダイオードの断面図を示す。（１ｂ）……ｎ形領域（半導体領域）、（４）……ガー
ドリング領域、（５）……半絶縁性半導体領域、（９）
……バリア電極、

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一導電形の半導体領域上に形成されかつ該
半導体領域との間にショットキバリアを生成するバリア
電極と、該バリア電極及び前記半導体領域に隣接してか
つ前記ショットキバリアを包囲するように形成された前
記半導体領域とは逆の導電形の半導体領域から成るガー
ドリング領域とを有するショットキバリア半導体装置に
おいて、前記ガードリング領域は前記ガードリング領域に部分的
にイオン注入することにより形成された半絶縁性半導体
領域を含み、前記半絶縁性半導体領域により前記ガードリング領域内
での順方向電流通路断面積が減少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。