JPH1070290A - ショットキーバリア半導体装置およびその製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属層が設けられる半導体基板の動作層表面
にエッチングにより凹部を形成することなく、逆方向特
性の耐圧が大きく、かつ、順方向電圧降下が小さいショ
ットキーバリア半導体装置およびその製法を提供する。 【解決手段】 半導体基板の動作層２の表面にショット
キーバリアを形成する金属層３が設けられ、該金属層の
周囲の前記動作層の上層部に該動作層の導電型と異なる
導電型領域のガードリング４が形成されたショットキー
バリア半導体装置であって、前記金属層が接する動作層
およびガードリングの表面が平坦面に形成され、かつ、
前記金属層の下の前記動作層の厚さｄ₂ が前記ガードリ
ングの下の前記動作層（ｎ^- 型半導体層）の厚さｄ₁ よ
り薄く形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体基板の動作層
上にショットキーバリアを形成する金属層が設けられる
ショットキーバリア半導体装置およびその製法に関す
る。さらに詳しくは、逆方向特性の耐圧を高く維持しな
がら順方向の電圧降下を小さくしたショットキーバリア
半導体装置およびその製法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ショットキーバリアダイオード（以下、
ＳＢＤという）は、スイッチング特性が高速で、順方向
損失が小さいため、高周波用の整流回路に広く用いられ
ている。従来のＳＢＤは、たとえば図４に示されるよう
な構造になっている。

【０００３】すなわち、図４において、２１はたとえば
シリコンなどからなるｎ⁺ 型の半導体基板で、２２は半
導体基板２１の上にエピタキシャル成長された、たとえ
ばｎ ^- 型の動作層となる半導体層、２３はモリブデン
（Ｍｏ）などからなり、ショットキーバリアを形成する
金属層、２４は金属層２３の外周近傍の半導体層２２の
表面側にｐ型ドーパントが拡散されて形成されたガード
リングである。２５は半導体層２２の表面に熱酸化また
はＣＶＤ法などにより形成された、たとえばＳｉＯ₂ な
どからなる絶縁膜である。

【０００４】ガードリング２４は、ショットキーバリア
を形成する金属層２３の周辺での逆方向特性である耐圧
が中心部のそれに比して小さくなる現象があり、周辺で
の耐圧を向上させるために形成されている。すなわち、
ガードリング２４が設けられることにより、ショットキ
ーバリア周辺部での耐圧はガードリング２４部のｐｎ接
合により支配されることになり、ガードリング２４とｎ
⁺ 型の半導体基板２１との距離ｄ₁ を大きくすることに
より耐圧を大きくすることができる。

【０００５】しかし、耐圧を大きくするため、ｎ^- 型の
半導体層２２の厚さを厚くしてｄ₁を大きくすると、Ｓ
ＢＤの動作領域である半導体層２２の厚さｄ₂ も大きく
なり、動作抵抗が大きくなる。その結果、順方向電圧の
降下が大きくなり、ＳＢＤの特徴が減殺される。

【０００６】この問題を解決するため、たとえば特開平
４−６５８７６号公報に開示され、図５にその断面図が
示されるように、金属層２３が設けられる半導体層２２
の表面にエッチングによる凹部を形成し、その凹部内に
金属層２３を設けることにより、ｎ型の半導体層２２と
金属層２３との接合面をガードリング２４の表面より下
側にして、ＳＢＤの動作領域の厚さｄ₂ を薄くしてい
る。なお、図５において２１はｎ⁺ 型の半導体基板、２
４はｐ型領域であるガードリング、２５は絶縁膜であ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来のガードリングが
設けられたＳＢＤで耐圧を高くし、かつ、順方向の電圧
降下を小さくするためにショットキーバリアを形成する
金属層の接触面をその周囲のガードリングの表面より低
くする方法では、特開平４−６５８７６号公報にも示さ
れているように、つぎの問題がある。すなわち、ｎ型層
とｐ型層のエッチングレートが異なるため、ガードリン
グとの境界部で段差が生じやすい。また、エッチングの
ための窓開け部では、絶縁膜の下までオーバーエッチン
グされるため、絶縁膜と半導体層との間に段差が生じや
すい。その結果、この表面に成膜される金属層や電極膜
のステップカバレジが悪く段切れが生じて耐圧が低くな
ったり、その上部の電極用金属とショートするという問
題がある。

【０００８】さらに、図５に示されるように、エッチン
グによりガードリング２４の表面より下側に接合面が形
成される金属層２３が、ガードリング２４であるｐ型領
域と接していると、ｐ型領域から延びる空乏層が横方向
に延びることができず、横方向の耐圧が上昇しないとい
う問題がある。

【０００９】本発明はこのような問題を解決するために
なされたもので、金属層が設けられる半導体基板の動作
層表面にエッチングにより凹部を形成することなく、逆
方向特性の耐圧が大きく、かつ、順方向電圧降下が小さ
いショットキーバリア半導体装置およびその製法を提供
することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明によるショットキ
ーバリア半導体装置は、半導体基板の動作層の表面にシ
ョットキーバリアを形成する金属層が設けられ、該金属
層の周囲の前記動作層の上層部に該動作層の導電型と異
なる導電型領域のガードリングが形成されたショットキ
ーバリア半導体装置であって、前記金属層が接する動作
層およびガードリングの表面が平坦面に形成され、か
つ、前記金属層の下の前記動作層の厚さが前記ガードリ
ングの下の前記動作層の厚さより薄く形成されている。

【００１１】ここに動作層とは、バリア金属との接触に
より接合容量、逆耐圧、順方向電圧などの電気的特性を
満たして動作するように不純物濃度が定められた半導体
層を意味し、ガードリングの下側では、それと同程度の
不純物濃度で空乏層を広げやすく不純物濃度が低く形成
されている部分も含む。

【００１２】前記金属層の外周で前記半導体基板がメサ
エッチングされることによりメサ形形状とされているこ
とにより、半導体基板表面のパッシベーション膜での耐
圧を向上させることができ、本発明での半導体層におけ
る耐圧の向上に伴い一層の高耐圧化を達成することがで
きる。

【００１３】本発明のショットキーバリア半導体装置の
製法は、半導体基板の動作層の表面にショットキーバリ
アを形成する金属層が設けられ、該金属層の周囲の前記
動作層の上層部に該動作層の導電型と異なる導電型領域
のガードリングが形成されたショットキーバリア半導体
装置の製法であって、（ａ）不純物濃度が低い第１導電
型の半導体基板の裏面の前記ガードリングを形成する場
所に対応する部分にマスクを形成して第１導電型の不純
物をさらに選択拡散して前記半導体基板の裏面側の不純
物濃度を高くすることにより、前記半導体基板の表面側
に不純物濃度が低い動作層を、動作領域部で薄く、周囲
のガードリングを形成する部分で厚くなるように形成
し、（ｂ）前記動作層の厚い部分の前記半導体基板の表
面から第２導電型の不純物をリング状に導入してガード
リングを形成し、（ｃ）該ガードリング上の一部にかか
るように前記動作層の表面にショットキーバリアを形成
する金属層を設けることを特徴とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】つぎに、図面を参照しながら本発
明のショットキーバリア半導体装置およびその製法につ
いて説明をする。

【００１５】図１は本発明のショットキーバリア半導体
装置の一実施形態であるＳＢＤの断面説明図である。図
１において、１はたとえばｎ⁺ 型のシリコンなどからな
る半導体層で、その上にｎ^- 型の半導体層である動作層
２が周囲では深く、中心部の動作領域部で浅く形成され
ている。ｎ^- 型半導体層である動作層２をこのように周
囲で深くし、動作領域部で浅く形成するには、たとえば
後述するように、ｎ^-型半導体基板の裏面からｎ型不純
物を選択拡散することにより、ｎ⁺ 型半導体層１が動作
領域部では基板表面の近くまで形成され、周囲では基板
表面から遠くなるように形成される。周囲の動作層２が
厚く形成された部分にガードリング４とするｐ⁺ 型領域
が３０μｍ程度の深さに設けられており、そのガードリ
ング４上にかかるように、動作層２の表面にモリブデン
（Ｍｏ）やクロム（Ｃｒ）などの半導体層とショットキ
ーバリア（ショットキー接合）を形成する金属層３が設
けられている。ガードリング４は、前述のように、ショ
ットキー接合の周辺部での耐圧を向上するために設けら
れている。金属層３の上にはＮｉやＡｕなどからなる電
極が形成される（図示されていない）。

【００１６】動作層２としては、前述のように、予め不
純物濃度を低くした半導体層１の裏面からさらに不純物
を選択的に導入することにより、不純物が導入されない
表面側の不純物濃度が低い部分がそのまま用いられる。
しかし、中心部の動作領域部では不純物の導入が半導体
基板の表面まで達するようにして、表面にさらに動作層
２とする不純物濃度の低い半導体層がエピタキシャル成
長により形成されても良い。そうすることにより、動作
領域部の不純物濃度を厳密に制御しやすい。なお、６は
下部電極である。

【００１７】図１に示される例では、周囲にメサエッチ
ングが施されてその表面にガラスパッシベーション膜５
が設けられている。このメサ形状にすることにより、プ
レーナタイプのパッシベーションの耐圧より遥かに高い
耐圧強度を有し、本発明の半導体層での耐圧の向上に伴
って、一層静電破壊などに対して耐性が強くなり好まし
い。しかし、本発明の構造でプレーナタイプにすること
もできる。

【００１８】本発明のＳＢＤは、金属層３が接する動作
領域部の動作層２およびその周囲のガードリング４の部
分の表面が平坦な状態で、ガードリング４が設けられた
ところの動作層（ｎ^- 型半導体層）２の深さｄ₁ が動作
領域部での動作層２の深さｄ ₂ より大きく形成されてい
ることに特徴がある。すなわち、動作領域部の動作層２
をエッチングにより薄くするのではなく、金属層３が設
けられる半導体層の表面は平坦でありながら、周囲のガ
ードリングが形成される部分の動作層（ｎ^- 型半導体
層）２が厚く形成されている。たとえば６００Ｖの耐圧
に耐え得るＳＢＤを得るのに、ガードリング４部での動
作層（ｎ^- 型半導体層）２の厚さｄ₁ は５０μｍ程度以
上に形成され、動作領域部のｎ^- 型半導体層２の厚さｄ
₂ は１０〜３０μｍ程度に形成される。この厚さの差は
たとえば前述の選択拡散の選択度を調整すれば自由に得
られ、ガードリング４部の動作層（ｎ^- 型半導体層）２
の厚さｄ₁ を厚くすることにより、半導体層での耐圧を
充分に高くすることができる。

【００１９】本発明によれば、動作領域部の動作層をエ
ッチングすることにより薄くしていないため、エッチン
グに伴い発生する、ガードリングとの境界部での段差や
エッチングのための窓開け部での絶縁膜の下へのオーバ
ーエッチングによる絶縁膜と半導体層との間の段差が生
じない。その結果、この表面に成膜される金属層３や電
極膜のステップカバレジが悪く段切れが生じて耐圧が低
くなったり、その上部の電極用金属とショートするとい
う問題が生じない。したがって、エッチングに伴う問題
を生じることなく、ガードリング４部での動作層（ｎ^-
型半導体層）２の厚さｄ₁ を厚くすることにより２００
０Ｖ程度の耐圧までは充分に向上させることができると
共に、動作領域での動作抵抗を小さく保つことができ
る。なお、１０００Ｖ以上になるとプレーナタイプでは
半導体基板の表面でのパシベーション膜の耐圧が得られ
ないが、図１に示されるようにメサ形形状にすることに
より、２０００Ｖ程度までの耐圧を確保することができ
る。

【００２０】つぎに、このショットキーバリア半導体装
置の製法について、図２を参照しながら説明をする。

【００２１】まず、図２（ａ）に示されるように、たと
えば不純物濃度が１×１０¹⁴程度と低く、厚さが２６０
μｍ程度の半導体基板１０の裏面にＳｉＯ₂ などの保護
膜を形成し、ｎ^- 型半導体層の厚い領域を形成する部分
のみを残すようにパターニングをしてマスク１１を形成
する。ついで、たとえば１２５０℃程度でリンなどのｎ
型不純物を１５０〜２００時間程度拡散して、不純物濃
度が１×１０²⁰〜１×１０²¹程度の高不純物濃度の半導
体層１とする。その結果、マスク１１のない部分は半導
体基板１０の表面近くまで拡散し、マスク１１のある部
分はマスク１１を突き抜ける分拡散領域が浅く、図２
（ａ）に示されるように、マスク１１のある部分で厚
く、マスク１１のない部分で薄いｎ^- 型半導体層（動作
層）２と基板の裏面側のｎ⁺ 型半導体層１とが形成され
る。

【００２２】なお、この拡散を中心部の動作領域部では
半導体基板１０の表面に達するように行い、その表面側
にさらにｎ^- 型半導体層をエピタキシャル成長すること
により動作層２を形成すれば、動作特性に合わせた不純
物濃度の動作層２を形成することができる。

【００２３】つぎに、図２（ｂ）に示されるように、ｎ
^- 型半導体層（動作層）２が厚く形成された動作領域部
の周囲にボロン（ＰＢＦ）を拡散し、ｐ⁺ 型領域のガー
ドリング４を形成する。

【００２４】その後、図２（ｃ）に示されるように、Ｓ
ＢＤ素子の周囲をメサエッチングし、その表面にガラス
パッシベーション膜５を形成する。

【００２５】ついで、図２（ｄ）に示されるように、ガ
ードリング４上にかかるように、半導体基板の表面にＭ
ｏ（モリブデン）またはＣｒ（クロム）などのショット
キーバリアを形成する金属層３を真空蒸着などにより成
膜し、さらにその表面および半導体基板の裏面にＡｕま
たはＮｉなどの電極材料を蒸着して下部電極６（上部電
極は図示せず）を形成し、各チップにダイシングするこ
とにより、ＳＢＤのチップが形成される。

【００２６】この方法により製造した本発明のＳＢＤの
順方向の電圧電流特性が図３にＡで示されるように、と
くに高い電圧で順方向電流が多く取れることがわかる。
すなわち、高い耐圧を得ながら、順方向の動作抵抗を小
さくすることができ、高電流特性が得られる。なお、図
３には，従来の図４に示される構造のＳＢＤの電圧電流
特性（Ｂ）が対比して示されている。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、動作層の表面にエッチ
ングを施すことなく、その表面を平坦にしながら動作領
域部での動作層の厚さを薄くし、ガードリング部での不
純物濃度の低い半導体層が厚く形成されているため、金
属層のカバレジの問題が生じることがなく、低い動作抵
抗で耐圧の高いショットキーバリア半導体装置が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のショットキーバリア半導体装置の断面
説明図である。

【図２】本発明のショットキーバリア半導体装置の製造
工程を示す図である。

【図３】本発明のショットキーバリア半導体装置の電圧
電流特性を示す図である。

【図４】従来のショットキーバリア半導体装置の断面説
明図である。

【図５】従来のショットキーバリア半導体装置の他の構
造の断面説明図である。

【符号の説明】

１ ｎ⁺ 型半導体層 ２ 動作層 ３ 金属層 ４ ガードリング １０ 半導体基板

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板の動作層の表面にショットキ
   ーバリアを形成する金属層が設けられ、該金属層の周囲
   の前記動作層の上層部に該動作層の導電型と異なる導電
   型領域のガードリングが形成されたショットキーバリア
   半導体装置であって、前記金属層が接する動作層および
   ガードリングの表面が平坦面に形成され、かつ、前記金
   属層の下の前記動作層の厚さが前記ガードリングの下の
   前記動作層の厚さより薄く形成されてなるショットキー
   バリア半導体装置。
2. 【請求項２】 前記前記金属層の外周で前記半導体基板
   がメサエッチングされることによりメサ形形状とされた
   請求項１記載のショットキーバリア半導体装置。
3. 【請求項３】 半導体基板の動作層の表面にショットキ
   ーバリアを形成する金属層が設けられ、該金属層の周囲
   の前記動作層の上層部に該動作層の導電型と異なる導電
   型領域のガードリングが形成されたショットキーバリア
   半導体装置の製法であって、（ａ）不純物濃度が低い第
   １導電型の半導体基板の裏面の前記ガードリングを形成
   する場所に対応する部分にマスクを形成して第１導電型
   の不純物をさらに選択拡散して前記半導体基板の裏面側
   の不純物濃度を高くすることにより、前記半導体基板の
   表面側に不純物濃度が低い動作層を、動作領域部で薄
   く、周囲のガードリングを形成する部分で厚くなるよう
   に形成し、（ｂ）前記動作層の厚い部分の前記半導体基
   板の表面から第２導電型の不純物をリング状に導入して
   ガードリングを形成し、（ｃ）該ガードリング上の一部
   にかかるように前記動作層の表面にショットキーバリア
   を形成する金属層を設けることを特徴とするショットキ
   ーバリア半導体装置の製法。