JPH0677464A - ショットキバリア半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 単結晶半導体基体の平面状の主表面に二種類
のショットキ金属層を設け、順方向および逆方向損失を
低減すると共に、集積度および微細加工精度が高く、製
造容易な構造を得る。 【構成】 バリアハイトの大きい第１（又は第２）のシ
ョットキ金属層がはさむバリアハイトの小さい第２（又
は第１）のショットキ金属層の幅を１μｍ以下とするこ
と、第１（又は第２）のショットキ金属層が金属障壁層
を介して、第２（又は第１）のショットキ金属層を被う
ように設けること、および、そのバリアハイトの小なる
方のショットキ金属層の幅を１μｍ以下とすることを特
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、ショットキバリア半導
体装置の構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、順方向特性が優れ、高速、か
つ低損失の整流ダイオ−ドとして、ショットキバリア半
導体装置が知られている。

【０００３】図１は、従来構造のショットキバリアダイ
オ−ドの断面構造図であり、１はシリコン単結晶基板、
２はエピタキシアル成長層等のシリコン単結晶基体、３
はショットキバリア金属、４は酸化膜等の表面保護用絶
縁膜、６は２のシ（２）リコン単結晶基体の導電型と逆
の導電型を有するガ−ドリング領域、Ａはアノ−ド、Ｃ
はカソ−ドである。

【０００４】図１のような従来構造により、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がある。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も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。

【０００５】その他、主として、逆方向特性の改善のた
め、図１のショットキ金属３と接触するシリコン単結晶
基体２の表面を凹凸状とし、凹部に逆導電型半導体領域
を形成する構造のショットキダイオ−ドが提案されてい
る。又、バリアハイトの異なる二種類のショットキ金属
をシリコン単結晶基体上に設けて、順方向損失と逆方向
損失の改善を意図した構造も提案されている。

【０００６】

【発明の解決しようとする課題】ショットキ金属が一種
類の従来構造では、順方向および逆方向特性の両方を満
足させる構造を得ることが困難である。又、単結晶半導
体基体表面に凹凸を設ける従来構造は、製造が厄介であ
る。又、二種類のショットキ金属を設（３）けた従来構
造では、十分な低損失特性のものを高集積度により実現
することが困難であり、さらに厚さが０.１μｍ以下の
薄いショットキ金属の形成による構造が製造しにくく、
従って、微細加工精度の面でも問題があった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、（１）平面状
をなす単結晶半導体基体の主表面上に、バリアハイトの
異なる第１および第２のショットキ金属層を隣接して設
け、かつ、バリアハイトの大きい第１（又は第２）のシ
ョットキ金属層がはさむバリアハイトの小さい第２（又
は第１）のショットキ金属層の前記主表面上の幅を１μ
ｍ以下としたこと。

【０００８】（２）平面状をなす単結晶半導体基体の主
表面上に、バリアハイトの異なる第１および第２のショ
ットキ金属層が隣接し、かつ、第１（又は第２）のショ
ットキ金属層は、第２（又は第１）のショットキ金属層
の少なくとも頂部に形成した金属障壁層を介し、全面を
被うように設けたこと。

【０００９】（３）前項の第１又は第２のショットキ金
属層の内、バリアハイトの小さい方のショットキ金属層
の単結晶半導体基体の主表面上の幅を１μｍ以下とした
こと。これらにより、集積度および微細加工精度が高
く、かつ、低損失特性をもった、特に、単位セルを多数
個並列接続して構成する電力用等のショットキバリア半
導体装置に好適な構造を実現する。

【００１０】

【実施例】図３（ａ）（ｂ）は本発明の実施例を示す平
面図および断面図であり、図１と同一符号は同等部分を
示す。７、８はバリアハイトの異なる第１および第２の
ショットキ金属層であり、例えば、７にＡｌ、８にＴｉ
を選択した場合は、７の第１のショットキ金属層は８の
第２のショットキ金属層よりバリアハイトが大となる。
９は例えばＴｉＮ、ＴｉＷ等の金属障壁層である。
（４）

【００１１】本発明構造の基本作用は、第１および第２
の二種類のショットキ金属層をシリコン単結晶基体２に
被着し、その間にショットキバリアを形成し、順方向特
性および逆方向特性の改善を図る点で、従来構造と同等
である。

【００１２】しかしながら、本発明構造の重要な特徴の
第一は、バリアハイトの大きい第１のショットキ金属層
７がはさむバリアハイトの小さい第２のショットキ金属
層８の単結晶基体２の主表面上における幅Ｗを１μｍ以
下とすることである。又、０.０５〜０.５μｍが実験的
に幅Ｗの好ましい値であることがわかった。一方、その
とき、バリアハイトの大きい第１のショットキ金属層７
の主表面上の幅は、任意に選択できるが、８の幅Ｗと同
等程度までとして、集積度を上げ得るようにする。

【００１３】このような、第一の特徴により、順方向お
よび逆方向損失の極めて小なる低損失のショットキバリ
ア半導体装置を高集積度により構成し得る。

【００１４】重要な特徴の第二は、第１のショットキ金
属層７と第２のショットキ金属層８の隣接配置におい
て、８の金属層を、７の金属層が全面を被うように設け
る場合、８の金属層の少なくとも頂部に、金属障壁層９
を設けることである。この場合にも第一の特徴であるＷ
＝１μｍ以下とすることが好ましい。

【００１５】このような、第二の特徴は、８の金属層の
上に７の金属層が重なる部分において、製造又は使用上
の温度上昇等に起因して、７の金属が８の金属中に侵入
し、単結晶基体２の主表面に達し、８のショットキバリ
アに影響を及ぼす現象を有効に防止する。第２の金属層
８の厚みは、微細加工精度を上げるため、０.０１μｍ
〜０.０５μｍ程度に薄くすることが好ましく、従っ
て、前記の８の金属層への拡散現象を起こしやすい状態
にあるので、ＴｉＮ、ＴｉＷ等の金属障壁層９の設置効果
は極めて大きい。（５）

【００１６】図３以外の本発明構造の実施例としては、
種々の変形があり、以下に例示する。 （１）第１のショットキ金属層７の方を、バリアハイト
を小さく、第２のショットキ金属層８の方をバリアハイ
トの大きい金属とすることもできる。この場合は、単結
晶基体２の主表面上における金属層７の幅をＷ＝１μｍ
以下にして、前記第一の特徴を選択し得る。 （２）第１と第２のショットキ金属層の隣接させる形状
パタ−ンとしては、一方が他方を包囲する形状でなく、
ストライプ状に並列させるようにしてもよい。

【００１７】図４（ａ）、（ｂ）に、図３の本発明構造
を図１の従来構造に対比したダイオ−ド特性図を示し、
（ａ）は順方向特性図、（ｂ）は逆方向特性図である。
図中、（イ）は従来例で、Ｔｉショットキバリアダイオ
−ド（バリアハイト０.５ｅＶ）、（ロ）は本発明構造
のＷを０.５μｍとした場合の実施例を示す。即ち本発
明構造の実施例による順方向特性（ロ）はＶF＝０.３５
volt（ａｔ ２００Ａｍｐ／ｃｍ2）であり、従来構造
（イ）のＴｉショットキバリアダイオ−ド ＶF＝０.３
０volt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Ｖ
B≒３０voltの点ではＩＲ＝４.０ｍＡ程度の逆方向漏れ
電流（ＩR）を得た。従来構造のＴｉショットキバリア
ダイオ−ドではＩR＝３２ｍＡであり、ダイオ−ドのパ
ワ−の損失を約２／５にすることができた。

【００１８】次に、前記の本発明構造の実施例につい
て、製造工程例を述べる。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１上にリンを不純物原子とした比抵抗０.５Ω・ｃｍ
のエピタキシアルシリコン層２を６μｍ堆積させる。ス
チ−ム酸化処理で約０.７μｍ厚さのＳｉＯ2膜を形成
し、ガ−ドリング部（６）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５×１０¹⁴ｃｍ-2を５０ｋｅＶで打ち込み、１
１００℃、１２０分、Ｏ2雰囲気でアニ−ル拡散してガ
−ドリング部６（Ｐ+拡散）２μｍを形成する。次に、
ショットキ金属を形成する部分のガ−ドリング部内側の
酸化膜を除去する第２次の写真処理を行う。さらに、Ｔ
ｉ膜とＴｉＮ膜をスパッタ堆積法を用いて連続的に堆積
させる。Ｔｉ膜の膜厚は１００オングストロ−ム、Ｔｉ
Ｎ膜の膜厚は５００オングストロ−ム堆積させる。Ｔｉ
膜は、アルゴン分圧を１０ｍＴｏｒｒだけ導入し、ＤＣ
パワ−を１.０ＫＷとすることで、約３０秒で１００オ
ングストロ−ムの膜厚が達成される。ＴｉＮ膜は、アル
ゴンの分圧を８ｍＴｏｒｒとし窒素の分圧を２ｍＴｏｒ
ｒとして、ＤＣパワ−を１.５ｋＷとすることで、約２
分で５００オングストロ−ムの膜厚が達成される。次
に、第３次の写真処理後、低いショットキバリアハイト
となる領域以外のＴｉ／ＴｉＮ堆積膜をエッチングす
る。Ｔｉの膜厚を１００オングストロ−ムとし、ＴｉＮ
の膜厚を５００オングストロ−ムとして、できる限り薄
い膜にした理由は、このエッチング時に生じるサイドエ
ッチング量を減少させて、マスク寸法の設計通りのエッ
チングを可能にするためである。このデバイスでは、こ
のような微細加工精度を高める工夫が必要である。Ｔｉ
Ｎ膜のエッチング液としてはＨＮＯ3とＣＨ3ＣＯＯＨと
ＨＦ（２０：２０：１）の混合液を用いた。５００オン
グストロ−ムのＴｉＮ膜は約２０秒でエッチングされ
る。さらに、Ｔｉは２％ＨＦを用いた。この場合、１０
０オングストロ−ムのＴｉ膜は約１０秒でエッチングさ
れる。その後、高いショットキバリアハイトのＡｌ金属
をスパッタ堆積法を用いて０.５μｍだけ堆積させ、引
き続きＮｉ蒸着を真空蒸着室内で通常方法にて行った。
また、Ｓｉウェハ−の裏面にもＣｒ／Ｎｉ蒸着を引き続
き処理する。次に、パタ−ン面のＡ電極必要領域にのみ
Ａｌ／Ｎｉが存在するように第４次写真を行う。Ｎｉの
エッチング液は塩化第２鉄系のエッチング液で、又、
（７）Ａｌは公知のＨ3ＰＯ4系のエッチング液でエッチ
ングした。その後、ウェハ−上のＮｉ面にＰｂ−Ｓｎ系
ハンダを溶融、チップをダイシングし、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。

【００１９】前記せる本発明の実施例で示した構造およ
び製造工程は、本発明の要旨の範囲で、変形、変換、付
加等の変更をなし得るものである。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、順方向および逆方
向損失を低減すると共に、集積度および微細加工精度の
高いショットキバリア半導体装置を製造容易に得ること
ができるので、電力用をはじめ、各種用途に利用して、
産業上の効果、極めて大なるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来構造の断面構造図である。

【図２】従来構造の整流特性関係図である。

【図３】本発明構造の構造図であり、（ａ）は平面図、
（ｂ）は断面図である。

【図４】特性図であり、（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 単結晶基板 ２ 単結晶基体 ３ ショットキ金属 ４ 表面保護用絶縁膜 ５ 水素を含む半導体領域 ６ ガ−ドリング領域 （８） ７ 第１のショットキ金属 ８ 第２のショットキ金属 ９ 金属障壁層 Ａ アノ−ド Ｃ カソ−ド Ｗ バリアハイトの小さい方の第１又は第２のショ
ットキ金属層の幅

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平面状をなす単結晶半導体基体の主表面
   上に、バリアハイトの異なる第１および第２のショット
   キ金属層を隣接して設け、かつ、バリアハイトの大きい
   第１（又は第２）のショットキ金属層がはさむバリアハ
   イトの小さい第２（又は第１）のショットキ金属層の前
   記主表面上の幅を１μｍ以下としたことを特徴とするシ
   ョットキバリア半導体装置。
2. 【請求項２】 平面状をなす単結晶半導体基体の主表面
   上に、バリアハイトの異なる第１および第２のショット
   キ金属層が隣接し、かつ、第１（又は第２）のショット
   キ金属層は、第２（又は第１）のショットキ金属層の少
   なくとも頂部に形成した金属障壁層を介し、全面を被う
   ように設けたことを特徴とするショットキバリア半導体
   装置。
3. 【請求項３】 第１又は第２のショットキ金属層の内、
   バリアハイトの小さい方のショットキ金属層の単結晶半
   導体基体の主表面上の幅を１μｍ以下としたことを特徴
   とする請求項２のショットキバリア半導体装置。