JP5446161B2 - Schottky barrier diode and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、ショットキーバリアダイオードおよびその製造方法に関し、特に、逆方向耐電圧の向上したショットキーバリアダイオード、およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a Schottky barrier diode and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a Schottky barrier diode having an improved reverse withstand voltage and a manufacturing method thereof.

窒化ガリウム(GaN)は、シリコン(Si)に比べて約3倍のバンドギャップ、約10倍の高い絶縁破壊電界強度、さらに大きな飽和電子速度などの様々な優れた特性を有している。GaNは、従来のSiパワーデバイスでは困難な高耐圧化と、低損失化、すなわち低オン抵抗化との両立が期待できるため、パワーデバイス(電力用半導体素子)への応用が期待されている。   Gallium nitride (GaN) has various excellent characteristics such as a band gap that is about three times that of silicon (Si), a breakdown electric field strength that is about ten times higher, and a larger saturation electron velocity. Since GaN can be expected to achieve both high breakdown voltage, which is difficult with conventional Si power devices, and low loss, that is, low on-resistance, it is expected to be applied to power devices (power semiconductor elements).

従来、GaN基板を用いたショットキーバリアダイオード(SBD)、pn接合ダイオード、MIS(metal-insulator-semiconductor)トランジスタなどの半導体素子が提案されている(たとえば、特許文献1参照)。従来、パワーデバイスに用いられるGaN材料としては、サファイアやSiC(シリコンカーバイド)などの異種基板上に形成されたGaNエピタキシャル層が、一般的に用いられてきた。これに対し、GaN基板上に形成したGaNエピタキシャル層は、異種基板上に形成したGaNエピタキシャル層に対し、不純物濃度が低く、転位密度が低い。そのため、GaN基板上にGaNエピタキシャル成長を行なうことで、高耐圧・低オン抵抗のパワーデバイスを実現できることが開示されている(たとえば、非特許文献1参照)。   Conventionally, semiconductor elements such as a Schottky barrier diode (SBD), a pn junction diode, and a MIS (metal-insulator-semiconductor) transistor using a GaN substrate have been proposed (see, for example, Patent Document 1). Conventionally, as a GaN material used for a power device, a GaN epitaxial layer formed on a heterogeneous substrate such as sapphire or SiC (silicon carbide) has been generally used. In contrast, a GaN epitaxial layer formed on a GaN substrate has a lower impurity concentration and a lower dislocation density than a GaN epitaxial layer formed on a heterogeneous substrate. Therefore, it is disclosed that a power device with a high breakdown voltage and a low on-resistance can be realized by performing GaN epitaxial growth on a GaN substrate (see, for example, Non-Patent Document 1).

また、パワーデバイスの電極端部への電界集中を抑制し高耐圧化を図るための構造として、フィールドプレート(FP)構造が開示されている(たとえば、非特許文献2参照)。
特開2006−100801号公報 田辺達也他「GaN基板上GaNエピタキシャル成長とパワーデバイスへの応用」、SEIテクニカルレビュー第170号、2007年1月、p34〜p39 高田賢治他「AlGaN/GaN HEMT パワーデバイス」、東芝レビュー59巻7号、2004年7月、p35〜p38
In addition, a field plate (FP) structure is disclosed as a structure for suppressing electric field concentration at the electrode end portion of the power device and increasing the breakdown voltage (see, for example, Non-Patent Document 2).
JP 2006-100801 A Tatsuya Tanabe et al. “GaN epitaxial growth on GaN substrates and application to power devices”, SEI Technical Review No. 170, January 2007, p34-p39 Kenji Takada et al. “AlGaN / GaN HEMT Power Device”, Toshiba Review Vol. 59, No. 7, July 2004, p35-p38

本発明者は、GaN基板を用いたショットキーバリアダイオード(SBD)の高耐圧化について検討を進めた。その結果、本発明者は、GaN基板上に形成したGaNエピタキシャル層を用いて作製したSBDにフィールドプレート(FP)構造を適用しても、フィールドプレート構造によるショットキー電極端の電界集中緩和に基づく逆方向耐電圧上昇の効果が抑制される、という問題があることを初めて明らかにした。つまり、GaN基板上に形成したGaNエピタキシャル層を用いて、SBDを作製した場合、SBDにFP構造を適用しても、FP構造によるショットキー電極端の電界集中緩和に基づく、逆方向リーク電流の減少・逆方向耐電圧の上昇という効果が抑制される場合があった。   The inventor of the present invention has made a study on increasing the breakdown voltage of a Schottky barrier diode (SBD) using a GaN substrate. As a result, even when the field plate (FP) structure is applied to the SBD fabricated using the GaN epitaxial layer formed on the GaN substrate, the present inventor is based on the electric field concentration relaxation at the Schottky electrode end by the field plate structure. It was revealed for the first time that there was a problem that the effect of increasing the reverse withstand voltage was suppressed. That is, when an SBD is fabricated using a GaN epitaxial layer formed on a GaN substrate, the reverse leakage current based on the electric field concentration relaxation at the Schottky electrode end by the FP structure is applied even if the FP structure is applied to the SBD. In some cases, the effect of decreasing and increasing the reverse withstand voltage is suppressed.

それゆえに、本発明の主たる目的は、フィールドプレート構造によるショットキー電極端の電界集中緩和に基づく逆方向耐電圧上昇の効果が抑制されることのない、逆方向耐電圧の向上したショットキーバリアダイオードを提供することである。また、本発明の他の目的は、逆方向耐電圧の向上したショットキーバリアダイオードの製造方法を提供することである。   Therefore, a main object of the present invention is to provide a Schottky barrier diode having an improved reverse withstand voltage without suppressing the effect of increasing the reverse withstand voltage based on the electric field concentration relaxation of the Schottky electrode end by the field plate structure. Is to provide. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a Schottky barrier diode with improved reverse withstand voltage.

本発明者は、GaN基板上に形成したGaNエピタキシャル層を用いて作製したSBDにFP構造を適用しても、FP構造によるショットキー電極端の電界集中緩和に基づく逆方向耐電圧上昇の効果が抑制される理由について検討した。その結果、以下の理由を推定した。   Even if the present inventor applied the FP structure to the SBD fabricated using the GaN epitaxial layer formed on the GaN substrate, the effect of increasing the reverse withstand voltage due to the relaxation of the electric field concentration at the Schottky electrode end by the FP structure is obtained. The reason for the suppression was examined. As a result, the following reason was estimated.

FP構造を構成する窒化絶縁膜をプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition:化学気相成長)によって成膜する際には、通常、原料ガスとしてアンモニアを用いている。そのため、成膜時にアンモニア分子が解離し、水素ラジカル、水素イオンなどが発生する。本明細書では水素ラジカル、水素イオンを含む用語として、「水素種」を用いる。水素種の発生により水素が半導体層に取り込まれることで、結果的に窒化絶縁膜中の水素濃度も上昇する。FP構造を有するSBDでは、水素が半導体層に取り込まれると悪影響を及ぼす。   When the nitride insulating film constituting the FP structure is formed by plasma CVD (Chemical Vapor Deposition), ammonia is usually used as a source gas. Therefore, ammonia molecules are dissociated during film formation, generating hydrogen radicals, hydrogen ions, and the like. In this specification, “hydrogen species” is used as a term including hydrogen radicals and hydrogen ions. Hydrogen is taken into the semiconductor layer due to generation of hydrogen species, and as a result, the hydrogen concentration in the nitride insulating film also increases. In the SBD having the FP structure, when hydrogen is taken into the semiconductor layer, it has an adverse effect.

つまり、本発明者は、半導体層中に取り込まれた水素によって、FP構造によるショットキー電極端の電界集中緩和に基づく逆方向耐電圧上昇の効果が抑制されると推定した。そこで、本発明を以下のような構成とした。   That is, the present inventor estimated that the hydrogen incorporated into the semiconductor layer suppresses the effect of increasing the reverse withstand voltage based on the electric field concentration relaxation at the Schottky electrode end by the FP structure. Therefore, the present invention has the following configuration.

本発明に係るショットキーバリアダイオードは、主表面を有する半導体層を備える。また、主表面上に形成され、開口部が形成されている第1窒化絶縁膜を備える。また、開口部の内部に、主表面に接触するように形成されたショットキー電極を備える。ショットキーバリアダイオードは、第1窒化絶縁膜上に形成された第2窒化絶縁膜をさらに備える。また、ショットキー電極に接続するとともに、第1窒化絶縁膜および第2窒化絶縁膜に重なるように形成された、フィールドプレート電極を備える。そして、第1窒化絶縁膜中の水素濃度は、3.8×1022cm-3未満である。第2窒化絶縁膜中の水素濃度は、第1窒化絶縁膜中の水素濃度よりも高い。 The Schottky barrier diode according to the present invention includes a semiconductor layer having a main surface. A first nitride insulating film formed on the main surface and having an opening is provided. In addition, a Schottky electrode formed to be in contact with the main surface is provided inside the opening. The Schottky barrier diode further includes a second nitride insulating film formed on the first nitride insulating film. In addition, a field plate electrode is provided which is connected to the Schottky electrode and is formed to overlap the first nitride insulating film and the second nitride insulating film . The hydrogen concentration in the first nitride insulating film is less than 3.8 × 10 22 cm −3 . The hydrogen concentration in the second nitride insulating film is higher than the hydrogen concentration in the first nitride insulating film.

第1窒化絶縁膜中の水素濃度を低くするということは、つまりは第1窒化絶縁膜を形成するときに発生する水素種の量を低減させるということであり、これによって水素の半導体層への悪影響を排除することができる。したがって、第1窒化絶縁膜中の水素濃度を3.8×1022cm-3未満、好ましくは2.0×1022cm-3未満、より好ましくは1.6×1022cm-3以下と規定することにより、水素濃度の高い窒化絶縁膜を用いる場合と比べて、水素が半導体層に取り込まれる悪影響を排除することができる。そのため、フィールドプレート構造によるショットキー電極端への電界集中の緩和に基づく、逆方向耐電圧上昇の効果が抑制されることはない。つまり、大きな電界緩和効果が得られ、逆方向耐電圧を上昇させることができる。第1窒化絶縁膜中の水素濃度は低いほど好ましく、たとえば第1窒化絶縁膜中の水素濃度が2.0×1022cm-3未満であればより好ましい。なお、現状では、水素濃度の検出限界は1.0×1017cm-3である。ショットキーバリアダイオードは、第1窒化絶縁膜上に形成された第2窒化絶縁膜をさらに備える。この場合は、第1窒化絶縁膜と第2窒化絶縁膜とは、積層構造とされている。このとき、半導体層との界面に水素濃度の低い第1窒化絶縁膜を形成すれば、第2窒化絶縁膜中の水素濃度に関わらず、逆方向リーク電流が低減し電界緩和が起こる効果を得ることができる。第2窒化絶縁膜の材質は、たとえばSiN x 、SiON(シリコン酸窒化膜)などを用いることができる。第2窒化絶縁膜が第1窒化絶縁膜上に積層している場合、第2窒化絶縁膜に耐圧を負担させることができるので、第1窒化絶縁膜の厚みは、半導体層との界面の水素濃度を低くしてフィールドプレート構造の効果が得られるために必要な厚みである0.5nm以上であればよい。つまり、第1窒化絶縁膜の厚みは0.5nm以上5μm以下とすることができる。 That lowering the hydrogen concentration of the first nitride insulating film is, that is that of reducing the amount of hydrogen species generated in forming the first nitride insulating film, thereby to hydrogen of the semiconductor layer Adverse effects can be eliminated. Therefore, the hydrogen concentration in the first nitride insulating film is less than 3.8 × 10 22 cm −3 , preferably less than 2.0 × 10 22 cm −3 , more preferably 1.6 × 10 22 cm −3 or less. By defining, it is possible to eliminate the adverse effect of hydrogen being taken into the semiconductor layer as compared with the case where a nitride insulating film having a high hydrogen concentration is used. Therefore, the effect of increasing the reverse withstand voltage based on the relaxation of the electric field concentration on the Schottky electrode end by the field plate structure is not suppressed. That is, a large electric field relaxation effect can be obtained and the reverse withstand voltage can be increased. The lower the hydrogen concentration in the first nitride insulating film, the better. For example, the hydrogen concentration in the first nitride insulating film is more preferably less than 2.0 × 10 22 cm −3 . Currently, the detection limit of the hydrogen concentration is 1.0 × 10 17 cm −3 . The Schottky barrier diode further includes a second nitride insulating film formed on the first nitride insulating film. In this case, the first nitride insulating film and the second nitride insulating film have a laminated structure. At this time, if the first nitride insulating film having a low hydrogen concentration is formed at the interface with the semiconductor layer, the reverse leakage current is reduced and the electric field is relaxed regardless of the hydrogen concentration in the second nitride insulating film. be able to. For example, SiN x , SiON (silicon oxynitride film) or the like can be used as the material of the second nitride insulating film . In the case where the second nitride insulating film is stacked on the first nitride insulating film, the second nitride insulating film can bear a withstand voltage, and thus the thickness of the first nitride insulating film is the hydrogen at the interface with the semiconductor layer. The thickness may be 0.5 nm or more, which is a necessary thickness for reducing the concentration and obtaining the effect of the field plate structure. That is, the thickness of the first nitride insulating film can be not less than 0.5 nm and not more than 5 μm.

ここでフィールドプレート構造とは、窒化絶縁膜と、窒化絶縁膜上に形成されたフィールドプレート電極と、によって構成される構造である。フィールドプレート電極はショットキー電極と電気的に接続されており、ショットキー電極とフィールドプレート電極とは同電位である。フィールドプレート構造によって、デバイス破壊の原因となる動作時のショットキー電極端部での電界集中を緩和し、ショットキーバリアダイオードの高耐圧化、高出力化を可能としている。窒化絶縁膜とは、たとえばSiNx(シリコン窒化膜)やAlN(窒化アルミニウム)などの、絶縁性を有する、窒化物を含む膜をいう。 Here, the field plate structure is a structure including a nitride insulating film and a field plate electrode formed on the nitride insulating film. The field plate electrode is electrically connected to the Schottky electrode, and the Schottky electrode and the field plate electrode have the same potential. The field plate structure alleviates electric field concentration at the end of the Schottky electrode during operation, which causes device destruction, and enables the Schottky barrier diode to have a high breakdown voltage and a high output. The nitride insulating film refers to an insulating nitride-containing film such as SiN x (silicon nitride film) or AlN (aluminum nitride).

上記ショットキーバリアダイオードにおいて好ましくは、半導体層は、窒化ガリウム基板を含む。この場合は、半導体層に窒化ガリウム基板を適用することにより、逆方向リーク電流が低減し、電界緩和の効果がより顕著に現れる。   In the Schottky barrier diode, the semiconductor layer preferably includes a gallium nitride substrate. In this case, by applying a gallium nitride substrate to the semiconductor layer, the reverse leakage current is reduced, and the effect of electric field relaxation becomes more prominent.

また好ましくは、窒化ガリウム基板の転位密度は、1×108cm-2以下である。この場合は、低転位密度の窒化ガリウム基板を適用することにより、さらに逆方向リーク電流が低減し、電界緩和の効果が一層顕著に現れる。窒化ガリウム基板の転位密度は低いほど好ましい。たとえば、窒化ガリウム基板の転位密度が1×106cm-2以下であればより好ましい。なお、現状では、窒化ガリウム基板の転位密度の下限値は1×103cm-2程度である。 Preferably, the dislocation density of the gallium nitride substrate is 1 × 10 8 cm −2 or less. In this case, by applying a gallium nitride substrate having a low dislocation density, the reverse leakage current is further reduced, and the electric field relaxation effect becomes more prominent. The lower the dislocation density of the gallium nitride substrate, the better. For example, it is more preferable that the dislocation density of the gallium nitride substrate is 1 × 10 6 cm −2 or less. Currently, the lower limit of the dislocation density of the gallium nitride substrate is about 1 × 10 3 cm −2 .

また好ましくは、半導体層においてショットキー電極と接触する領域の転位密度は、1×108cm-2以下である。この場合は、さらに逆方向リーク電流が低減し、電界緩和の効果が一層顕著に現れる。半導体層においてショットキー電極と接触する領域の転位密度は低いほど好ましい。たとえば、半導体層においてショットキー電極と接触する領域の転位密度が1×106cm-2以下であればより好ましい。なお、現状では、半導体層においてショットキー電極と接触する領域の転位密度の下限値は1×103cm-2程度である。 Preferably, the dislocation density of the region in contact with the Schottky electrode in the semiconductor layer is 1 × 10 8 cm −2 or less. In this case, the reverse leakage current is further reduced, and the effect of electric field relaxation appears more remarkably. The lower the dislocation density in the region in contact with the Schottky electrode in the semiconductor layer, the better. For example, it is more preferable that the dislocation density in the region in contact with the Schottky electrode in the semiconductor layer is 1 × 10 6 cm −2 or less. Currently, the lower limit of the dislocation density in the region in contact with the Schottky electrode in the semiconductor layer is about 1 × 10 3 cm −2 .

また好ましくは、ショットキー電極の材質は、金(Au)、プラチナ(Pt)、ニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、コバルト(Co)、銅(Cu)、銀(Ag)、タングステン(W)、およびチタン(Ti)からなる群より選ばれた少なくとも一種の物質を含む。この場合は、ショットキー電極の材質として金などを用いることにより、低リーク電流ショットキー電極を実現できるので、フィールドプレート構造による電界緩和が起こる。その結果逆方向リーク電流が減少し、逆方向耐電圧が上昇する。   Preferably, the material of the Schottky electrode is gold (Au), platinum (Pt), nickel (Ni), palladium (Pd), cobalt (Co), copper (Cu), silver (Ag), tungsten (W). And at least one substance selected from the group consisting of titanium (Ti). In this case, by using gold or the like as the material of the Schottky electrode, a low leakage current Schottky electrode can be realized, so that electric field relaxation occurs due to the field plate structure. As a result, the reverse leakage current decreases and the reverse withstand voltage increases.

また好ましくは、第1窒化絶縁膜の厚みは、10nm以上5μm以下である。第1窒化絶縁膜の厚みが10nm未満であれば、第1窒化絶縁膜の耐圧が低く、第1窒化絶縁膜が先に破壊されてフィールドプレート構造の効果は得られない。また、第1窒化絶縁膜の厚みが5μm超であれば、フィールドプレート構造による電界緩和自体が得られない。第1窒化絶縁膜の厚みは、たとえば耐圧1kV設計においては、0.2μm以上2μm以下であればより好ましい。 Preferably, the thickness of the first nitride insulating film is not less than 10 nm and not more than 5 μm. If the thickness of the first nitride insulating film is less than 10 nm, the breakdown voltage of the first nitride insulating film is low, and the first nitride insulating film is destroyed first, and the effect of the field plate structure cannot be obtained. Moreover, if the thickness of the first nitride insulating film exceeds 5 μm, the electric field relaxation itself by the field plate structure cannot be obtained. The thickness of the first nitride insulating film is more preferably 0.2 μm or more and 2 μm or less, for example, in a design with a withstand voltage of 1 kV.

また好ましくは、第1窒化絶縁膜の屈折率は、1.7以上2.2以下である。屈折率が2.2以下の場合、第1窒化絶縁膜中の絶縁性が低くなることを抑制できるので、導電性が高くなることを抑制でき、その結果として逆方向リーク電流を抑制できる。屈折率が1.7以上の場合、膜密度の低下を抑制することができるので、第1窒化絶縁膜の耐圧を向上することができる。 Preferably, the refractive index of the first nitride insulating film is not less than 1.7 and not more than 2.2. When the refractive index is 2.2 or less, it is possible to suppress a decrease in insulation in the first nitride insulating film, and thus it is possible to suppress an increase in conductivity, and as a result, it is possible to suppress a reverse leakage current. When the refractive index is 1.7 or more, a decrease in film density can be suppressed, so that the breakdown voltage of the first nitride insulating film can be improved.

また好ましくは、フィールドプレート電極の、第1窒化絶縁膜と重なる長さは、1μm以上1mm以下である。上記長さが1μm未満であれば、制御が困難となり、安定してフィールドプレート構造の効果が得られない。また、上記長さが1mm超であれば、フィールドプレート構造による電界緩和自体が得られない。上記長さは、たとえば耐圧1kV設計においては空乏層幅は2μm以上20μm以下に拡がるので、5μm以上40μm以下であればより好ましい。 Preferably, the length of the field plate electrode overlapping the first nitride insulating film is not less than 1 μm and not more than 1 mm. If the said length is less than 1 micrometer, control will become difficult and the effect of a field plate structure will not be acquired stably. If the length exceeds 1 mm, the electric field relaxation itself by the field plate structure cannot be obtained. For example, in the design with a withstand voltage of 1 kV, the length is more preferably 5 μm or more and 40 μm or less because the depletion layer width extends from 2 μm to 20 μm.

また好ましくは、上記半導体層において第1窒化絶縁膜と接触する領域が窒化ガリウム系の化合物である。この場合は、半導体層において第1窒化絶縁膜と接触する領域に窒化ガリウム系の化合物を適用することにより、逆方向リーク電流が低減し、電界緩和の効果がより顕著に現れる。なお、窒化ガリウム系の化合物とは、たとえばAlxGayIn(1-x-y)N(0≦x<1、0<y≦1)で表される化合物である。 Preferably, a region in contact with the first nitride insulating film in the semiconductor layer is a gallium nitride compound. In this case, by applying a gallium nitride-based compound to a region in contact with the first nitride insulating film in the semiconductor layer, the reverse leakage current is reduced, and the effect of electric field relaxation becomes more prominent. Note that the gallium nitride-based compound is a compound represented by, for example, Al x Ga y In (1-xy) N (0 ≦ x <1, 0 <y ≦ 1).

本発明に係るショットキーバリアダイオードの製造方法は、半導体層を形成する工程を備える。また、半導体層上に、開口部の形成された第1窒化絶縁膜を形成する工程を備える。第1窒化絶縁膜を形成する工程の後、ショットキー電極を形成する工程に先立ち、第1窒化絶縁膜上に積層するように第2窒化絶縁膜を形成する工程をさらに備える。また、開口部の内部に、半導体層に接触するようにショットキー電極を形成する工程を備える。また、ショットキー電極に接続するとともに第1窒化絶縁膜および第2窒化絶縁膜に重なるように、フィールドプレート電極を形成する工程を備える。そして、第1窒化絶縁膜を形成する工程では、主要成分としてアンモニアを含まない原料ガスを用いる。第2窒化絶縁膜中の水素濃度は、第1窒化絶縁膜中の水素濃度よりも高い。 The manufacturing method of the Schottky barrier diode according to the present invention includes a step of forming a semiconductor layer. In addition, the method includes forming a first nitride insulating film having an opening on the semiconductor layer. After the step of forming the first nitride insulating film, prior to the step of forming the Schottky electrode, the method further includes a step of forming a second nitride insulating film so as to be stacked on the first nitride insulating film. Further, a step of forming a Schottky electrode inside the opening so as to be in contact with the semiconductor layer is provided. In addition, the method includes a step of forming a field plate electrode so as to connect to the Schottky electrode and overlap the first nitride insulating film and the second nitride insulating film . In the step of forming the first nitride insulating film, a source gas not containing ammonia is used as a main component. The hydrogen concentration in the second nitride insulating film is higher than the hydrogen concentration in the first nitride insulating film.

この場合は、気相成長によって第1窒化絶縁膜を形成するときの原料ガスとして、水素種発生の主要因であるアンモニアを用いずに、第1窒化絶縁膜を形成する。これにより、第1窒化絶縁膜中の水素濃度が低減できる。つまり、第1窒化絶縁膜形成時の水素種の影響を低減させることができるので、水素が半導体層に取り込まれ、悪影響を及ぼすことを排除することができる。したがって、フィールドプレート構造により大きな電界緩和効果が得られ、逆方向耐電圧を上昇させることができる。この製造方法としては、プラズマCVDを用いて、SiH4(モノシラン)とN2からSiNxを成膜して、第1窒化絶縁膜を形成する方法が好ましい。第1窒化絶縁膜を形成する工程の後、ショットキー電極を形成する工程に先立ち、第1窒化絶縁膜上に積層するように第2窒化絶縁膜を形成する工程をさらに備える場合は、第1窒化絶縁膜と第2窒化絶縁膜とは、積層構造に形成される。このとき、半導体層との界面に水素濃度の低い第1窒化絶縁膜を形成すれば、第2窒化絶縁膜中の水素濃度に関わらず、逆方向リーク電流が低減し電界緩和が起こる効果を得ることができる。 In this case, as a source gas for forming the first nitride insulating film by vapor deposition, without using the ammonia is the main cause of the hydrogen species generation, a first nitride insulating film. Thereby, the hydrogen concentration in the first nitride insulating film can be reduced. That is, since the influence of the hydrogen species at the time of forming the first nitride insulating film can be reduced, it can be excluded that hydrogen is taken into the semiconductor layer and has an adverse effect. Therefore, a large electric field relaxation effect can be obtained by the field plate structure, and the reverse withstand voltage can be increased. As this manufacturing method, a method of forming a first nitride insulating film by depositing SiN x from SiH 4 (monosilane) and N 2 by using plasma CVD is preferable. After the step of forming the first nitride insulating film, prior to the step of forming the Schottky electrode, a step of forming a second nitride insulating film so as to be stacked on the first nitride insulating film is The nitride insulating film and the second nitride insulating film are formed in a stacked structure. At this time, if the first nitride insulating film having a low hydrogen concentration is formed at the interface with the semiconductor layer, the reverse leakage current is reduced and the electric field is relaxed regardless of the hydrogen concentration in the second nitride insulating film. be able to.

ここで、原料ガスは、主要成分としてアンモニアを含まないものであればよいものとする。原料ガス中に不可避的に低濃度のアンモニアが含まれていても、水素種の発生はごくわずかであるために実質的に影響はない。したがって、不可避的にアンモニアを含むガスも、原料ガスに含まれるものとする。   Here, the source gas may be any gas that does not contain ammonia as a main component. Even if the raw material gas inevitably contains a low concentration of ammonia, the generation of hydrogen species is negligible, so there is virtually no effect. Therefore, unavoidably a gas containing ammonia is also included in the raw material gas.

本発明に係るショットキーバリアダイオードの他の製造方法は、半導体層を形成する工程を備える。また、半導体層上に、開口部の形成された第1窒化絶縁膜を形成する工程を備える。第1窒化絶縁膜を形成する工程の後、ショットキー電極を形成する工程に先立ち、第1窒化絶縁膜上に積層するように第2窒化絶縁膜を形成する工程をさらに備える。また、開口部の内部に、半導体層に接触するようにショットキー電極を形成する工程を備える。また、ショットキー電極に接続するとともに第1窒化絶縁膜および第2窒化絶縁膜に重なるように、フィールドプレート電極を形成する工程を備える。そして、第1窒化絶縁膜を形成する工程では、第1窒化絶縁膜を、物理蒸着法を用いて形成する。第2窒化絶縁膜中の水素濃度は、第1窒化絶縁膜中の水素濃度よりも高い。 Another method for manufacturing a Schottky barrier diode according to the present invention includes a step of forming a semiconductor layer. In addition, the method includes forming a first nitride insulating film having an opening on the semiconductor layer. After the step of forming the first nitride insulating film, prior to the step of forming the Schottky electrode, the method further includes a step of forming a second nitride insulating film so as to be stacked on the first nitride insulating film. Further, a step of forming a Schottky electrode inside the opening so as to be in contact with the semiconductor layer is provided. In addition, the method includes a step of forming a field plate electrode so as to connect to the Schottky electrode and overlap the first nitride insulating film and the second nitride insulating film . Then, in the step of forming a first nitride insulating film, a first nitride insulating film is formed using a physical vapor deposition method. The hydrogen concentration in the second nitride insulating film is higher than the hydrogen concentration in the first nitride insulating film.

この場合は、真空蒸着、イオンプレーティング、スパッタリングなどの物理蒸着法を用いて第1窒化絶縁膜を形成するので、水素種発生の主要因であるアンモニアを用いずに、第1窒化絶縁膜を形成することができる。これにより、第1窒化絶縁膜中の水素濃度が低減できる。つまり、第1窒化絶縁膜形成時の水素種の影響がないので、水素が半導体層に取り込まれ、悪影響を及ぼすことを排除することができる。したがって、フィールドプレート構造により大きな電界緩和効果が得られ、逆方向耐電圧を上昇させることができる。第1窒化絶縁膜を形成する工程の後、ショットキー電極を形成する工程に先立ち、第1窒化絶縁膜上に積層するように第2窒化絶縁膜を形成する工程をさらに備える場合は、第1窒化絶縁膜と第2窒化絶縁膜とは、積層構造に形成される。このとき、半導体層との界面に水素濃度の低い第1窒化絶縁膜を形成すれば、第2窒化絶縁膜中の水素濃度に関わらず、逆方向リーク電流が低減し電界緩和が起こる効果を得ることができる。 In this case, vacuum deposition, ion plating, because it forms a first nitride insulating film by using a physical vapor deposition method such as sputtering, without using ammonia is the main cause of the hydrogen species generation, the first nitride insulating film Can be formed. Thereby, the hydrogen concentration in the first nitride insulating film can be reduced. In other words, since there is no influence of the hydrogen species at the time of forming the first nitride insulating film, it can be excluded that hydrogen is taken into the semiconductor layer and has an adverse effect. Therefore, a large electric field relaxation effect can be obtained by the field plate structure, and the reverse withstand voltage can be increased. After the step of forming the first nitride insulating film, prior to the step of forming the Schottky electrode, a step of forming a second nitride insulating film so as to be stacked on the first nitride insulating film is The nitride insulating film and the second nitride insulating film are formed in a stacked structure. At this time, if the first nitride insulating film having a low hydrogen concentration is formed at the interface with the semiconductor layer, the reverse leakage current is reduced and the electric field is relaxed regardless of the hydrogen concentration in the second nitride insulating film. be able to.

本発明のショットキーバリアダイオードでは、フィールドプレート構造によるショットキー電極端の電界集中緩和に基づく逆方向耐電圧上昇の効果が抑制されることなく、逆方向耐電圧が向上している。また、本発明のショットキーバリアダイオードの製造方法では、逆方向耐電圧の向上したショットキーバリアダイオードを、容易に製造することができる。   In the Schottky barrier diode of the present invention, the reverse withstand voltage is improved without suppressing the effect of increasing the reverse withstand voltage due to the electric field concentration relaxation at the Schottky electrode end by the field plate structure. Further, according to the method for manufacturing a Schottky barrier diode of the present invention, a Schottky barrier diode having an improved reverse withstand voltage can be easily manufactured.

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.

(実施の形態1)
図1は、本発明のショットキーバリアダイオードの断面図である。図2は、図1に示すショットキーバリアダイオードの斜視図である。図1および図2に示すように、ショットキーバリアダイオード(SBD)1は、半導体層を構成するGaN自立基板2およびGaNエピタキシャル層3を備える。GaNエピタキシャル層3は、GaN自立基板2の表面2a上に形成されている。SBD1はまた、窒化絶縁膜としての絶縁層4を備える。絶縁層4は、主表面としてのGaNエピタキシャル層3の表面3a上に形成されている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a sectional view of a Schottky barrier diode of the present invention. FIG. 2 is a perspective view of the Schottky barrier diode shown in FIG. As shown in FIGS. 1 and 2, a Schottky barrier diode (SBD) 1 includes a GaN free-standing substrate 2 and a GaN epitaxial layer 3 that constitute a semiconductor layer. The GaN epitaxial layer 3 is formed on the surface 2 a of the GaN free-standing substrate 2. The SBD 1 also includes an insulating layer 4 as a nitride insulating film. The insulating layer 4 is formed on the surface 3a of the GaN epitaxial layer 3 as the main surface.

SBD1はさらに、GaNエピタキシャル層3の表面3aに接触するとともに絶縁層4に重なるように形成されている電極5と、GaN自立基板2の裏面2b側に形成されている電極6とを備える。絶縁層4には開口部が形成されており、電極5は絶縁層4の開口部の内部に形成されている。電極5は、たとえば平面形状が円形となるように、形成されている。   The SBD 1 further includes an electrode 5 formed so as to be in contact with the surface 3 a of the GaN epitaxial layer 3 and overlap the insulating layer 4, and an electrode 6 formed on the back surface 2 b side of the GaN free-standing substrate 2. An opening is formed in the insulating layer 4, and the electrode 5 is formed inside the opening of the insulating layer 4. The electrode 5 is formed, for example, so that the planar shape is circular.

電極5は、絶縁層4の開口部の内部においてGaNエピタキシャル層3の表面3aに接触する部分であるショットキー電極と、絶縁層4に重なる部分であるフィールドプレート電極とを含む。フィールドプレート電極と、絶縁層4とは、フィールドプレート構造を形成する。また、上記ショットキー電極は、GaNエピタキシャル層3とショットキー接合を形成する。一方電極6は、GaN自立基板2とオーミック接合を形成する、オーミック電極である。   The electrode 5 includes a Schottky electrode that is a portion in contact with the surface 3 a of the GaN epitaxial layer 3 inside the opening of the insulating layer 4 and a field plate electrode that is a portion overlapping the insulating layer 4. The field plate electrode and the insulating layer 4 form a field plate structure. The Schottky electrode forms a Schottky junction with the GaN epitaxial layer 3. On the other hand, the electrode 6 is an ohmic electrode that forms an ohmic junction with the GaN free-standing substrate 2.

絶縁層4は、シリコン窒化膜(SiNx)によって形成することができる。また絶縁層4中の水素濃度は、3.8×1022cm-3未満、好ましくは2.0×1022cm-3未満、より好ましくは1.6×1022cm-3以下とすることができる。このように、膜中水素濃度の低いSiNxを、フィールドプレート構造を形成する絶縁膜として適用することができる。この場合、水素濃度の高い絶縁層を用いる場合と比べて、絶縁層形成時に水素種が発生してGaNエピタキシャル層3に悪影響を与えることを抑制できる。そのため、フィールドプレート構造によるショットキー電極端への電界集中の緩和に基づく逆方向耐電圧上昇の効果が抑制されることはない。つまり、SBD1では大きな電界緩和効果が得られ、逆方向耐電圧を上昇させることができる。 The insulating layer 4 can be formed of a silicon nitride film (SiN x ). The hydrogen concentration in the insulating layer 4 is less than 3.8 × 10 22 cm −3 , preferably less than 2.0 × 10 22 cm −3 , more preferably 1.6 × 10 22 cm −3 or less. Can do. Thus, SiN x having a low hydrogen concentration in the film can be applied as an insulating film for forming a field plate structure. In this case, compared to the case where an insulating layer having a high hydrogen concentration is used, it is possible to suppress the generation of hydrogen species during the formation of the insulating layer and adversely affecting the GaN epitaxial layer 3. Therefore, the reverse withstand voltage increase effect based on the relaxation of the electric field concentration at the Schottky electrode end by the field plate structure is not suppressed. That is, with SBD1, a large electric field relaxation effect can be obtained, and the reverse withstand voltage can be increased.

絶縁層4の屈折率は、好ましくは1.7以上2.2以下、より好ましくは1.8以上2.1以下である。このような屈折率を有するSiNxを、フィールドプレート構造を形成する絶縁膜として適用することができる。この場合、屈折率が大きくなると、Siがリッチな膜になる。Siがリッチな膜になるということは、Siに近い組成の膜となるので、絶縁物であるSiNxに比べて導電性が高くなる。このため、屈折率が高すぎると、絶縁層4による逆方向リーク電流が発生してしまう。この観点から、本発明者は絶縁層4の屈折率に着目して、逆方向リーク電流の発生を抑制する屈折率を鋭意研究した結果、屈折率が2.2以下の場合に効果的であることを見出した。屈折率が2.1以下の場合、より効果的に逆方向リーク電流の発生を抑制することができる。 The refractive index of the insulating layer 4 is preferably 1.7 or more and 2.2 or less, more preferably 1.8 or more and 2.1 or less. SiN x having such a refractive index can be applied as an insulating film forming a field plate structure. In this case, when the refractive index increases, the film becomes rich in Si. The fact that the film is rich in Si means that the film has a composition close to that of Si, and therefore has higher conductivity than SiN x that is an insulator. For this reason, if the refractive index is too high, reverse leakage current due to the insulating layer 4 is generated. From this point of view, the present inventor pays attention to the refractive index of the insulating layer 4, and as a result of earnestly studying the refractive index that suppresses the occurrence of reverse leakage current, it is effective when the refractive index is 2.2 or less. I found out. When the refractive index is 2.1 or less, the generation of reverse leakage current can be more effectively suppressed.

一方、本発明者は絶縁層4の膜密度と膜耐圧とに相関関係があることに着目して、膜密度が低いと、膜を構成する物質が密に詰まっていないため屈折率が低くなり、膜耐圧が十分に得られないことを見出した。この観点から、本発明者が鋭意研究した結果、屈折率が1.7のときの膜耐圧は1MV/cmであり、屈折率が1.85のときの膜耐圧は9MV/cmであるという知見を得た。この知見から、屈折率が1.7以上の場合、1MV/cmの膜耐圧を維持することができるため、好ましい。屈折率が1.8以上の場合、膜密度をより向上できるので、膜耐圧をより向上することができる。なお、上記のように屈折率が1.7以上の膜密度の高い絶縁層4が、たとえば平行平板型プラズマCVDにより形成される場合には、200mW/cm2を超える高いプラズマパワー密度を要する。この場合、反応ガスの解離が促進され、SiとNとの結合が促進される。その結果、屈折率が1.7以上の膜密度の高い絶縁層4を実現することができる。 On the other hand, the inventor pays attention to the fact that the film density of the insulating layer 4 and the film withstand voltage have a correlation. If the film density is low, the material constituting the film is not densely packed and the refractive index is low. The inventors have found that a sufficient film breakdown voltage cannot be obtained. From this point of view, as a result of intensive studies by the present inventors, the finding that the film withstand voltage when the refractive index is 1.7 is 1 MV / cm, and the film withstand voltage when the refractive index is 1.85 is 9 MV / cm. Got. From this knowledge, it is preferable that the refractive index is 1.7 or more because the film withstand voltage of 1 MV / cm can be maintained. When the refractive index is 1.8 or more, the film density can be further improved, so that the film breakdown voltage can be further improved. As described above, when the insulating layer 4 having a high refractive index and a film density of 1.7 or more is formed by, for example, parallel plate type plasma CVD, a high plasma power density exceeding 200 mW / cm 2 is required. In this case, dissociation of the reaction gas is promoted, and the bond between Si and N is promoted. As a result, the insulating layer 4 having a refractive index of 1.7 or higher and a high film density can be realized.

なお、上記「屈折率」は、たとえば分光エリプソメータにより633nmの波長に対して分光エリプソメトリー(偏光解析法)を用いて測定される値である。   The above-mentioned “refractive index” is a value measured by using a spectroscopic ellipsometry (polarization analysis method) for a wavelength of 633 nm, for example, with a spectroscopic ellipsometer.

GaN自立基板2およびGaNエピタキシャル層3が半導体層を構成している。すなわち、半導体層はGaN基板を含む。GaN自立基板2の転位密度は、1×108cm-2以下であることが望ましい。これにより、GaNエピタキシャル層3の転位密度も、GaN自立基板2と同等で1×108cm-2以下となり、SBD1における逆方向リーク電流が低減し、電界緩和の効果がより顕著に現れる。なお、転位密度は、たとえば溶融KOH中のエッチングによりできるピットの個数を数えて、単位面積で割るという方法によって測定することができる。 The GaN free-standing substrate 2 and the GaN epitaxial layer 3 constitute a semiconductor layer. That is, the semiconductor layer includes a GaN substrate. The dislocation density of the GaN free-standing substrate 2 is desirably 1 × 10 8 cm −2 or less. As a result, the dislocation density of the GaN epitaxial layer 3 is also equal to or less than 1 × 10 8 cm −2, which is equivalent to that of the GaN free-standing substrate 2, the reverse leakage current in the SBD 1 is reduced, and the effect of electric field relaxation appears more remarkably. The dislocation density can be measured by, for example, counting the number of pits formed by etching in molten KOH and dividing by the unit area.

また、半導体層はGaNエピタキシャル層3を含む。GaNエピタキシャル層3において電極5のうちのショットキー電極と接触する領域3cの転位密度は、1×108cm-2以下が望ましく、1×106cm-2以下がより望ましい。これにより、上述したように、電界緩和の効果がより顕著に現れる。 The semiconductor layer includes a GaN epitaxial layer 3. The dislocation density of the region 3c in contact with the Schottky electrode in the electrode 5 in the GaN epitaxial layer 3 is preferably 1 × 10 8 cm −2 or less, and more preferably 1 × 10 6 cm −2 or less. Thereby, as mentioned above, the effect of electric field relaxation appears more remarkably.

また、半導体層において窒化絶縁膜と接触する領域が窒化ガリウム系の化合物である。本実施の形態では、半導体層において絶縁層4と接触しているのはGaNエピタキシャル層3であるので、窒化ガリウム系の化合物としてGaNを用いている。   Further, a region in contact with the nitride insulating film in the semiconductor layer is a gallium nitride compound. In the present embodiment, since the GaN epitaxial layer 3 is in contact with the insulating layer 4 in the semiconductor layer, GaN is used as the gallium nitride compound.

電極5の材質は、金、プラチナ、ニッケル、パラジウム、コバルト、銅、銀、タングステン、およびチタンからなる群より選ばれた少なくとも一種の物質を含むことが望ましい。電極5の、GaNエピタキシャル層3の表面3aに接触する部分は、ショットキー電極であるために、ショットキー電極の材質として上記材料を用いることになる。これにより、低リーク電流を実現できる。   The material of the electrode 5 desirably includes at least one substance selected from the group consisting of gold, platinum, nickel, palladium, cobalt, copper, silver, tungsten, and titanium. Since the portion of the electrode 5 that contacts the surface 3a of the GaN epitaxial layer 3 is a Schottky electrode, the above material is used as the Schottky electrode material. Thereby, a low leakage current can be realized.

図1に、絶縁層4の厚みを寸法tとして示す。絶縁層4の厚み(寸法t)は、10nm以上5μm以下であることが望ましい。絶縁層4の厚み(寸法t)が10nm未満であれば、絶縁層4の耐圧が低く、絶縁層4が先に破壊されてフィールドプレート構造の効果は得られない。また、絶縁層4の厚みが5μm超であれば、フィールドプレート構造による電界緩和自体が得られない。   FIG. 1 shows the thickness of the insulating layer 4 as a dimension t. The thickness (dimension t) of the insulating layer 4 is desirably 10 nm or more and 5 μm or less. If the thickness (dimension t) of the insulating layer 4 is less than 10 nm, the withstand voltage of the insulating layer 4 is low, and the insulating layer 4 is destroyed first, so that the effect of the field plate structure cannot be obtained. Further, if the thickness of the insulating layer 4 exceeds 5 μm, the electric field relaxation itself by the field plate structure cannot be obtained.

また、図1に示す寸法Lは、フィールドプレート長を示す。フィールドプレート長とは、フィールドプレート電極が絶縁層4と重なる長さである。本実施の形態の場合、フィールドプレート長とは、図1に示すような、SBD1の、平面形状円形の電極5の中心を通る断面において、フィールドプレート電極が絶縁層4と重なっている長さである。つまり、絶縁層4の開口部の平面形状が円形状であって、電極5の一部であるショットキー電極の平面形状が円形である場合、フィールドプレート長とは、ショットキー電極の半径方向における、フィールドプレート電極が絶縁層4と重なる長さである。   A dimension L shown in FIG. 1 indicates a field plate length. The field plate length is a length in which the field plate electrode overlaps the insulating layer 4. In the case of the present embodiment, the field plate length is a length in which the field plate electrode overlaps the insulating layer 4 in the cross section passing through the center of the planar circular electrode 5 of the SBD 1 as shown in FIG. is there. That is, when the planar shape of the opening of the insulating layer 4 is circular and the planar shape of the Schottky electrode which is a part of the electrode 5 is circular, the field plate length is the radial direction of the Schottky electrode. The length of the field plate electrode overlaps with the insulating layer 4.

換言すると、フィールドプレート長とは、ショットキー電極の平面形状に対する重心と、当該平面形状の外周部上のある一点と、を結ぶような直線の方向において、フィールドプレート電極が絶縁層と重なっている長さをいう。このようなフィールドプレート長は、1μm以上1mm以下であることが望ましい。フィールドプレート長が1μm未満であれば、制御が困難となり、安定してフィールドプレート構造の効果が得られない。また、フィールドプレート長が1mm超であれば、フィールドプレート構造による電界緩和自体が得られない。   In other words, the field plate length means that the field plate electrode overlaps the insulating layer in the direction of a straight line that connects the center of gravity with respect to the planar shape of the Schottky electrode and a certain point on the outer periphery of the planar shape. Say length. Such a field plate length is desirably 1 μm or more and 1 mm or less. If the field plate length is less than 1 μm, the control becomes difficult and the effect of the field plate structure cannot be obtained stably. Further, if the field plate length exceeds 1 mm, the electric field relaxation itself by the field plate structure cannot be obtained.

次に、SBD1の製造方法について説明する。図3は、ショットキーバリアダイオードの製造方法の各工程を示す流れ図である。図1〜図3を参照して、本発明のショットキーバリアダイオードの製造方法について説明する。   Next, the manufacturing method of SBD1 is demonstrated. FIG. 3 is a flowchart showing each step of the Schottky barrier diode manufacturing method. With reference to FIGS. 1-3, the manufacturing method of the Schottky barrier diode of this invention is demonstrated.

まず、図3に示す工程(S10)において、GaN自立基板2を形成する。具体的には、HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy、ハイドライド気相成長法)で作製された、n導電型の、(0001)面GaN自立基板2を準備する。GaN自立基板2のキャリア濃度はたとえば3×1018cm-3であり、厚みはたとえば400μmであり、平均転位密度はたとえば1×106cm-2である。次に工程(S20)において、エピタキシャル膜を形成する。具体的には、GaN自立基板2上に、キャリア密度がたとえば5×1015cm-3であり厚みがたとえば7μmであるn導電型エピタキシャル膜を、OMVPE(Organo-Metallic Vapor Phase Epitaxy、有機金属気相成長)法により成長して、GaNエピタキシャル層3を作製する。この工程(S10)および工程(S20)により、GaN自立基板2と、GaNエピタキシャル層3とを含む半導体層を形成することができる。 First, in the step (S10) shown in FIG. 3, the GaN free-standing substrate 2 is formed. Specifically, an n conductivity type (0001) plane GaN free-standing substrate 2 prepared by HVPE (Hydride Vapor Phase Epitaxy) is prepared. The carrier concentration of the GaN free-standing substrate 2 is, for example, 3 × 10 18 cm −3 , the thickness is, for example, 400 μm, and the average dislocation density is, for example, 1 × 10 6 cm −2 . Next, in step (S20), an epitaxial film is formed. Specifically, an n-conductivity type epitaxial film having a carrier density of, for example, 5 × 10 15 cm −3 and a thickness of, for example, 7 μm is formed on the GaN free-standing substrate 2 by using an OMVPE (Organo-Metallic Vapor Phase Epitaxy) The GaN epitaxial layer 3 is produced by growing by the (phase growth) method. By this step (S10) and step (S20), a semiconductor layer including the GaN free-standing substrate 2 and the GaN epitaxial layer 3 can be formed.

次に工程(S30)において、窒化絶縁膜を形成する。具体的には、GaNエピタキシャル層3上に、絶縁層4としてSiNxを、プラズマCVDによりNH3(アンモニア)を用いずにSiH4、N2(窒素)から成膜する。つまり、主要成分としてNH3を含まない原料ガスを用いて、絶縁層4を形成する。絶縁層4の膜厚(寸法t)は、たとえば約100nmである。次に工程(S40)において、オーミック電極を形成する。具体的には、GaN自立基板2の裏面2bを有機洗浄および塩酸洗浄した後に、Ti/Al/Ti/Au(20nm/100nm/20nm/200nm)を、EB(Electron Beam)蒸着法を用いて裏面2bの全体に形成する。その後、窒素雰囲気下で約2分間600℃に加熱し、合金化を行ない、オーミック電極としての電極6を形成する。 Next, in step (S30), a nitride insulating film is formed. Specifically, SiN x is formed as an insulating layer 4 on the GaN epitaxial layer 3 from SiH 4 and N 2 (nitrogen) by plasma CVD without using NH 3 (ammonia). That is, the insulating layer 4 is formed using a source gas that does not contain NH 3 as a main component. The film thickness (dimension t) of the insulating layer 4 is, for example, about 100 nm. Next, in step (S40), an ohmic electrode is formed. Specifically, after the back surface 2b of the GaN free-standing substrate 2 is subjected to organic cleaning and hydrochloric acid cleaning, Ti / Al / Ti / Au (20 nm / 100 nm / 20 nm / 200 nm) is formed on the back surface using an EB (Electron Beam) evaporation method. 2b is formed entirely. Thereafter, heating is performed at 600 ° C. for about 2 minutes in a nitrogen atmosphere, and alloying is performed to form an electrode 6 as an ohmic electrode.

次に工程(S50)において、窒化絶縁膜のエッチングを行なう。具体的には、フォトリソグラフィーにより、絶縁層4上にパターニングを行なう。その後、BHF(Buffered Hydrogen Fluoride、バッファードフッ酸)により、絶縁層4のウェットエッチングを行なう。その後、有機洗浄によってレジストの除去を行なう。このようにして絶縁層4をエッチングし、絶縁層4に開口部を形成する。この時点で、開口部ではGaNエピタキシャル層3が露出している。開口部はたとえば、その側面が、直径の最大値が200μmである円錐台の円錐面形状をなすように、形成することができる。   Next, in the step (S50), the nitride insulating film is etched. Specifically, patterning is performed on the insulating layer 4 by photolithography. Thereafter, the insulating layer 4 is wet-etched with BHF (Buffered Hydrogen Fluoride). Thereafter, the resist is removed by organic cleaning. In this way, the insulating layer 4 is etched, and an opening is formed in the insulating layer 4. At this point, the GaN epitaxial layer 3 is exposed in the opening. For example, the opening can be formed such that the side surface thereof has a truncated cone shape having a maximum diameter of 200 μm.

次に工程(S60)において、ショットキー電極およびフィールドプレート電極を形成する。具体的には、フォトリソグラフィーによりパターニングを行なう。続いて、塩酸洗浄によるGaNエピタキシャル層3の表面処理を、室温で3分間行なった後、電極材料としてNi/Au(80nm/300nm)を、EB蒸着法と抵抗加熱蒸着法とにより形成する。その後レジストを除去する際に、レジスト上に成膜された電極材料は同時に除去され(リフトオフ)、電極5が形成される。電極5の形状は、絶縁層4に形成された開口部よりも直径の大きい形状とすることができ、たとえば平面形状が直径220μmの円形となるように形成することができる。   Next, in step (S60), a Schottky electrode and a field plate electrode are formed. Specifically, patterning is performed by photolithography. Subsequently, after surface treatment of the GaN epitaxial layer 3 by hydrochloric acid cleaning is performed for 3 minutes at room temperature, Ni / Au (80 nm / 300 nm) is formed as an electrode material by EB vapor deposition and resistance heating vapor deposition. Thereafter, when the resist is removed, the electrode material formed on the resist is simultaneously removed (lifted off), and the electrode 5 is formed. The shape of the electrode 5 can be a shape having a larger diameter than the opening formed in the insulating layer 4. For example, the electrode 5 can be formed in a circular shape having a diameter of 220 μm.

これにより、絶縁層4の開口部の内部においてGaNエピタキシャル層3の表面3aに接触する部分であるショットキー電極と、ショットキー電極に接続するとともに絶縁層4に重なる部分であるフィールドプレート電極と、が形成される。つまり、電極5の直径が、絶縁層4に形成された開口部の直径よりも大きいために、絶縁層4上に電極5の一部が重なって、フィールドプレート電極となるようになっている。   Thereby, a Schottky electrode which is a part in contact with the surface 3a of the GaN epitaxial layer 3 inside the opening of the insulating layer 4, a field plate electrode which is a part connected to the Schottky electrode and overlapping the insulating layer 4, Is formed. That is, since the diameter of the electrode 5 is larger than the diameter of the opening formed in the insulating layer 4, a part of the electrode 5 overlaps with the insulating layer 4 to form a field plate electrode.

以上の製造方法によって、図1および図2に示すSBD1を製造することができる。このSBD1の製造方法では、絶縁層4を形成する工程(S30)において、水素種発生の主要因であるアンモニアを用いずに、絶縁層4を形成している。これにより、絶縁層4中の水素濃度が低減できる。つまり、絶縁層4形成時の水素種のGaNエピタキシャル層3への影響を低減させることができるので、水素がGaNエピタキシャル層3に取り込まれ、悪影響を及ぼすことを排除することができる。したがって、フィールドプレート構造により大きな電界緩和効果が得られ、逆方向耐電圧を上昇させることができる。   The SBD 1 shown in FIGS. 1 and 2 can be manufactured by the above manufacturing method. In this SBD 1 manufacturing method, in the step of forming the insulating layer 4 (S30), the insulating layer 4 is formed without using ammonia, which is the main cause of hydrogen species generation. Thereby, the hydrogen concentration in the insulating layer 4 can be reduced. That is, since the influence of the hydrogen species on the GaN epitaxial layer 3 at the time of forming the insulating layer 4 can be reduced, it can be excluded that hydrogen is taken into the GaN epitaxial layer 3 and has an adverse effect. Therefore, a large electric field relaxation effect can be obtained by the field plate structure, and the reverse withstand voltage can be increased.

ここで、窒化絶縁膜を形成する工程(S30)では、絶縁層4を、物理蒸着法(PVD、Physical Vapor Deposition)を用いて形成してもよい。PVDとしては、たとえば、真空蒸着やイオンプレーティングなどの蒸発系PVD、スパッタリングなどを用いることができる。PVDでは、気相中でGaNエピタキシャル層3の表面に物理的手法により絶縁層4を形成する物質の薄膜を堆積させるので、水素種発生の主要因であるアンモニアを用いずに、絶縁層4を形成することができる。したがって、上記と同様に、水素がGaNエピタキシャル層3に取り込まれ、悪影響を及ぼすことを排除することができるので、フィールドプレート構造により大きな電界緩和効果が得られ、逆方向耐電圧を上昇させる効果が得られる。   Here, in the step of forming the nitride insulating film (S30), the insulating layer 4 may be formed using a physical vapor deposition (PVD) method. As the PVD, for example, evaporation PVD such as vacuum deposition or ion plating, sputtering, or the like can be used. In PVD, since a thin film of a material that forms the insulating layer 4 is deposited on the surface of the GaN epitaxial layer 3 in a gas phase by a physical method, the insulating layer 4 is formed without using ammonia, which is a main cause of hydrogen species generation. Can be formed. Accordingly, as described above, hydrogen can be excluded from being taken into the GaN epitaxial layer 3 and adversely affected, so that a large electric field relaxation effect can be obtained by the field plate structure, and the reverse breakdown voltage can be increased. can get.

また、上記のSBDの製造方法においては、工程(S60)においてショットキー電極およびフィールドプレート電極を同時に形成する例を説明したが、ショットキー電極を形成する工程の後にフィールドプレート電極を形成する工程を設けてもよい。つまり、図1および図2を参照して、絶縁層4に形成された開口部の内部に、GaNエピタキシャル層3に接触するようにショットキー電極を形成し、続いて、ショットキー電極に接続するとともに絶縁層4に重なるように、フィールドプレート電極を形成してもよい。この場合、フィールドプレート電極は、ショットキー電極と同じ材質で形成してもよい。または、絶縁層4との接着性のよい材料など、ショットキー電極の材質と異なる材料を用いて、フィールドプレート電極を形成しても構わない。   In the above SBD manufacturing method, the example in which the Schottky electrode and the field plate electrode are simultaneously formed in the step (S60) has been described. However, the step of forming the field plate electrode after the step of forming the Schottky electrode is performed. It may be provided. That is, referring to FIGS. 1 and 2, a Schottky electrode is formed in the opening formed in insulating layer 4 so as to be in contact with GaN epitaxial layer 3, and subsequently connected to the Schottky electrode. At the same time, a field plate electrode may be formed so as to overlap the insulating layer 4. In this case, the field plate electrode may be formed of the same material as the Schottky electrode. Alternatively, the field plate electrode may be formed using a material different from the material of the Schottky electrode, such as a material having good adhesion to the insulating layer 4.

また、本実施の形態では、半導体層としてGaN自立基板2とGaNエピタキシャル層3とを含む構造を例に挙げて説明したが、本発明は特にこれに限定されない。半導体層として、GaN自立基板2を含んでいなくてもよく、GaN自立基板2の代わりに他の基板を用いてもよい。   In the present embodiment, the structure including the GaN free-standing substrate 2 and the GaN epitaxial layer 3 as the semiconductor layer has been described as an example. However, the present invention is not particularly limited to this. The semiconductor layer may not include the GaN free-standing substrate 2, and another substrate may be used instead of the GaN free-standing substrate 2.

(実施の形態2)
図4は、実施の形態2のショットキーバリアダイオードの断面図である。実施の形態2のSBD11と、上述した実施の形態1のSBD1とは、基本的に同様の構成を備えている。しかし、実施の形態2では、絶縁層14、17の構成が図4に示すような構成となっている点で実施の形態1とは異なっている。
(Embodiment 2)
FIG. 4 is a cross-sectional view of the Schottky barrier diode of the second embodiment. The SBD 11 according to the second embodiment and the SBD 1 according to the first embodiment described above basically have the same configuration. However, the second embodiment is different from the first embodiment in that the configuration of the insulating layers 14 and 17 is as shown in FIG.

具体的には、図4に示すように、窒化絶縁膜としての絶縁層14は、GaNエピタキシャル層3の表面3a上に形成されている。第2絶縁膜としての絶縁層17は、絶縁層14上であってフィールドプレート電極の下に形成されている。つまり、絶縁層14および絶縁層17は、積層構造を成している。フィールドプレート電極は、絶縁層17を介在させて、窒化絶縁膜としての絶縁層14上に形成されており、絶縁層14とともにフィールドプレート構造を構成している。   Specifically, as shown in FIG. 4, the insulating layer 14 as a nitride insulating film is formed on the surface 3 a of the GaN epitaxial layer 3. The insulating layer 17 as the second insulating film is formed on the insulating layer 14 and below the field plate electrode. That is, the insulating layer 14 and the insulating layer 17 have a laminated structure. The field plate electrode is formed on the insulating layer 14 as a nitride insulating film with the insulating layer 17 interposed therebetween, and constitutes a field plate structure together with the insulating layer 14.

絶縁層14は、実施の形態1の絶縁層4と同様に、プラズマCVDによりNH3を用いずにSiH4、N2から成膜されたSiNxである。つまり絶縁層14は、主要成分としてNH3を含まない原料ガスを用いて、形成されている。絶縁層14の膜厚は、0.5nm以上5μm以下とすることができ、たとえば約100nmである。一方、絶縁層17は、NH3を用いたプラズマCVDにより成膜されたSiNxである。絶縁層17の膜厚は、たとえば約200nmである。 The insulating layer 14 is SiN x formed from SiH 4 and N 2 by plasma CVD without using NH 3 , similarly to the insulating layer 4 of the first embodiment. That is, the insulating layer 14 is formed using a source gas that does not contain NH 3 as a main component. The film thickness of the insulating layer 14 can be not less than 0.5 nm and not more than 5 μm, for example, about 100 nm. On the other hand, the insulating layer 17 is SiN x formed by plasma CVD using NH 3 . The film thickness of the insulating layer 17 is about 200 nm, for example.

実施の形態2の構成によれば、絶縁層17中の水素濃度は比較的高いものの、主要成分としてNH3を含まない原料ガスを用いて成膜されている絶縁層14中の水素濃度は3.8×1022cm-3未満と低くすることができる。つまり、図4に示すSBD11では、GaNエピタキシャル層3との界面に水素濃度の低い絶縁層14が形成されている。絶縁層17中の水素濃度に関わらず、絶縁層17の形成時には絶縁層14が形成されているので、GaNエピタキシャル層3への水素の侵入を防止できる。その結果SBD11では、逆方向リーク電流が低減し電界緩和が起こる効果を得ることができる。SBD11のその他の構成については、実施の形態1のSBD1において説明した通りであるので、その説明は繰り返さない。 According to the configuration of the second embodiment, although the hydrogen concentration in the insulating layer 17 is relatively high, the hydrogen concentration in the insulating layer 14 formed using the source gas not containing NH 3 as the main component is 3 .8 × 10 22 cm −3 and lower. That is, in the SBD 11 shown in FIG. 4, the insulating layer 14 having a low hydrogen concentration is formed at the interface with the GaN epitaxial layer 3. Regardless of the hydrogen concentration in the insulating layer 17, since the insulating layer 14 is formed when the insulating layer 17 is formed, hydrogen can be prevented from entering the GaN epitaxial layer 3. As a result, the SBD 11 can obtain the effect of reducing the reverse leakage current and causing electric field relaxation. Since the other configuration of SBD 11 is as described in SBD 1 of the first embodiment, description thereof will not be repeated.

(実施の形態3)
図5は、本発明の実施の形態3におけるショットキーバリアダイオードの断面図である。実施の形態3のSBD21と、上述した実施の形態1のSBD1とは基本的に同様の構成を備えている。しかし、実施の形態3では、半導体層の構成が図5に示すような構成となっている点で実施の形態1とは異なっている。
(Embodiment 3)
FIG. 5 is a cross-sectional view of a Schottky barrier diode according to Embodiment 3 of the present invention. The SBD 21 of the third embodiment and the SBD 1 of the first embodiment described above have basically the same configuration. However, the third embodiment is different from the first embodiment in that the configuration of the semiconductor layer is as shown in FIG.

具体的には、図5に示すように、SBD21の半導体層は、支持基板23と、GaN下地層22と、GaNエピタキシャル層3とを含んでおり、GaN自立基板を含んでいない。GaNエピタキシャル層3においてショットキー電極と接触する領域3cの転位密度は、好ましくは1×108cm-2以下であり、より好ましくは1×106cm-2以下である。 Specifically, as shown in FIG. 5, the semiconductor layer of the SBD 21 includes a support substrate 23, a GaN foundation layer 22, and a GaN epitaxial layer 3, and does not include a GaN free-standing substrate. The dislocation density of the region 3c in contact with the Schottky electrode in the GaN epitaxial layer 3 is preferably 1 × 10 8 cm −2 or less, more preferably 1 × 10 6 cm −2 or less.

支持基板23は、導電性の基板である。この支持基板23上にGaN下地層22が形成されている。このGaN下地層22上にGaNエピタキシャル層3が形成されている。なお、支持基板23とGaN下地層22とは、オーミック接触している。また、支持基板23が金属の場合、オーミック電極6は省略されてもよい。その他の構成については、実施の形態2と同様であるので、その説明は繰り返さない。   The support substrate 23 is a conductive substrate. A GaN foundation layer 22 is formed on the support substrate 23. A GaN epitaxial layer 3 is formed on the GaN foundation layer 22. The support substrate 23 and the GaN foundation layer 22 are in ohmic contact. Moreover, when the support substrate 23 is a metal, the ohmic electrode 6 may be omitted. Since other configurations are the same as those in the second embodiment, description thereof will not be repeated.

なお、GaNエピタキシャル層3の転位密度は領域3cと同じであっても異なっていてもよい。その他の構成については、実施の形態1と同様であるので、その説明は繰り返さない。   Note that the dislocation density of the GaN epitaxial layer 3 may be the same as or different from that of the region 3c. Since other configurations are the same as those in the first embodiment, description thereof will not be repeated.

次に、SBD21の製造方法について説明する。図6は、本発明の実施の形態3におけるショットキーバリアダイオードの製造方法の各工程を示す流れ図である。本実施の形態におけるSBD21の製造方法は、基本的には実施の形態1におけるSBD1の製造方法と同様の構成を備えているが、貼り合わせ基板を形成するための工程をさらに備えている点において異なる。   Next, a method for manufacturing the SBD 21 will be described. FIG. 6 is a flowchart showing each process of the Schottky barrier diode manufacturing method according to Embodiment 3 of the present invention. The manufacturing method of the SBD 21 in the present embodiment basically has the same configuration as the manufacturing method of the SBD 1 in the first embodiment, but further includes a step for forming a bonded substrate. Different.

具体的には、実施の形態1の工程(S10)と同様に、GaN自立基板2を準備する。次に、工程(S71)で、GaN自立基板2の表面または裏面から不純物をイオン注入する。これにより、GaN自立基板2の表面または裏面近傍に不純物を多く含む層が形成される。次に、工程(S72)で、イオン注入した面と支持基板23とを貼り合わせる。次に、工程(S73)で、GaN自立基板2と支持基板23とが貼り合わされた状態で熱処理する。これにより、GaN自立基板2における不純物を多く含む領域を境界として、分割される。その結果、支持基板23と、支持基板23上にGaN自立基板2よりも薄いGaN下地層22が形成された貼り合わせ基板を作成することができる。   Specifically, the GaN free-standing substrate 2 is prepared as in the step (S10) of the first embodiment. Next, impurities are ion-implanted from the front surface or the back surface of the GaN free-standing substrate 2 in a step (S71). Thereby, a layer containing a large amount of impurities is formed near the front surface or the back surface of the GaN free-standing substrate 2. Next, in the step (S72), the ion-implanted surface and the support substrate 23 are bonded together. Next, in step (S73), heat treatment is performed in a state where the GaN free-standing substrate 2 and the support substrate 23 are bonded together. Thereby, the GaN free-standing substrate 2 is divided with a region containing a large amount of impurities as a boundary. As a result, a bonded substrate in which the support substrate 23 and a GaN base layer 22 thinner than the GaN free-standing substrate 2 are formed on the support substrate 23 can be formed.

次に、工程(S20)では、GaN下地層22上にGaNエピタキシャル層3を形成する。このGaNエピタキシャル層3において後述するショットキー電極と接触する領域の転位密度は、1×108cm-2以下であることが好ましい。 Next, in step (S <b> 20), the GaN epitaxial layer 3 is formed on the GaN foundation layer 22. In the GaN epitaxial layer 3, the dislocation density in a region in contact with a Schottky electrode described later is preferably 1 × 10 8 cm −2 or less.

次に、実施の形態1と同様に、絶縁層形成工程(S30)、オーミック電極形成工程(S40)、絶縁層エッチング工程(S50)、ショットキー電極およびフィールドプレート電極形成工程(S60)を実施する。   Next, as in the first embodiment, the insulating layer forming step (S30), the ohmic electrode forming step (S40), the insulating layer etching step (S50), and the Schottky electrode and field plate electrode forming step (S60) are performed. .

以上の工程(S10〜S73)を実施することにより、図5に示すショットキーバリアダイオード21を製造することができる。   By performing the above steps (S10 to S73), the Schottky barrier diode 21 shown in FIG. 5 can be manufactured.

なお、本実施の形態では、GaN自立基板2を用いてGaN下地層22を形成し、さらにGaN下地層22を用いてGaNエピタキシャル層3を形成したが、特にこれに限定されない。   In the present embodiment, the GaN base layer 22 is formed using the GaN free-standing substrate 2, and the GaN epitaxial layer 3 is formed using the GaN base layer 22. However, the present invention is not limited to this.

実施の形態3の構成によれば、半導体層はGaN自立基板を含んでいない。つまり、高価なGaN自立基板2の一部のみを使用している。このためGaN自立基板2の残部を再利用できるので、製造コストを低減することができる。   According to the configuration of the third embodiment, the semiconductor layer does not include a GaN free-standing substrate. That is, only a part of the expensive GaN free-standing substrate 2 is used. For this reason, since the remainder of the GaN free-standing substrate 2 can be reused, the manufacturing cost can be reduced.

以下、本発明の実施例について説明する。実施の形態1および実施の形態2で説明したSBD1、11を作製し、逆方向耐電圧を測定する実験を行なった。なお、SBD1の具体的な製造方法およびサイズなどの特性は、実施の形態1で説明した通りである。   Examples of the present invention will be described below. The SBDs 1 and 11 described in the first embodiment and the second embodiment were manufactured, and an experiment was performed to measure the reverse withstand voltage. The specific manufacturing method and characteristics such as size of SBD 1 are as described in the first embodiment.

一方SBD11の具体的な製造方法では、図3に示す窒化絶縁膜を形成する工程(S30)において、NH3を用いずにSiH4、N2からプラズマCVDによりSiNxを100nm成膜して絶縁層14を形成した。続いてSiH4、NH3、H2からプラズマCVDによりSiNxを200nm成膜して絶縁層17を形成した。つまり、絶縁層17は、窒化絶縁膜を形成する工程(S30)の後、ショットキー電極を形成する工程(S60)に先立ち、絶縁層14上に積層するように形成された。エッチングする工程(S50)では、絶縁層14と絶縁層17とのいずれもがエッチングされ、GaNエピタキシャル層3が露出するように開口部が形成された。SBD11のその他の製造工程およびサイズなどの特性は、SBD1と同様である。 On the other hand, in the specific manufacturing method of the SBD 11, in the step (S30) of forming the nitride insulating film shown in FIG. 3, SiN x is deposited to 100 nm by plasma CVD from SiH 4 and N 2 without using NH 3 and insulated. Layer 14 was formed. Subsequently, an SiN x film having a thickness of 200 nm was formed from SiH 4 , NH 3 , and H 2 by plasma CVD to form an insulating layer 17. That is, the insulating layer 17 was formed to be laminated on the insulating layer 14 prior to the step (S60) of forming the Schottky electrode after the step of forming the nitride insulating film (S30). In the etching step (S50), both the insulating layer 14 and the insulating layer 17 were etched, and an opening was formed so that the GaN epitaxial layer 3 was exposed. Other manufacturing processes and size characteristics of the SBD 11 are the same as those of the SBD 1.

また比較例として、従来のNH3を用いたプラズマCVDによって、比較例としてのSBDを作製した。比較例としてのSBDの具体的な製造方法では、図3に示す絶縁層を形成する工程(S30)において、NH3を用いてSiH4、NH3、H2からプラズマCVDによりSiNxを100nm成膜して絶縁層を形成した。比較例としてのSBDのその他の製造工程およびサイズなどの特性は、SBD1と同様である。 As a comparative example, an SBD as a comparative example was manufactured by plasma CVD using conventional NH 3 . In a specific method of manufacturing SBD as a comparative example, in the step (S30) of forming an insulating layer shown in FIG. 3, with NH 3 SiH 4, NH 3, H 2 from the SiN x 100 nm formed by plasma CVD A film was formed to form an insulating layer. Other manufacturing processes and characteristics such as size of SBD as a comparative example are the same as SBD1.

各SBDについて、逆方向耐電圧の測定を実施した。また、各SBDの絶縁層中水素濃度の測定も実施した。水素濃度の測定方法としては、SIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry、二次イオン質量分析)を用いた。   The reverse withstand voltage was measured for each SBD. Moreover, the hydrogen concentration in the insulating layer of each SBD was also measured. As a method for measuring the hydrogen concentration, SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometry) was used.

その結果、逆方向耐電圧は、本発明の実施例であるSBD1およびSBD11ではいずれも400Vであったのに対し、比較例としてのSBDでは200Vであった。   As a result, the reverse withstand voltage was 400 V for both SBD1 and SBD11, which are examples of the present invention, and 200 V for SBD as a comparative example.

また、絶縁層中水素濃度は、SBD1では1.6×1022cm-3であった。SBD11では、1層目の絶縁層では1.6×1022cm-3、2層目の絶縁層では3.8×1022cm-3であった。比較例としてのSBDでは、3.8×1022cm-3であった。 Further, the hydrogen concentration in the insulating layer was 1.6 × 10 22 cm −3 in SBD1. In SBD11, the first insulating layer was 1.6 × 10 22 cm −3 , and the second insulating layer was 3.8 × 10 22 cm −3 . In SBD as a comparative example, it was 3.8 × 10 22 cm −3 .

以上のように、本発明のSBDでは窒化絶縁膜中の水素濃度が低いために、水素濃度の高い窒化絶縁膜を用いる比較例としてのSBDと比べて、逆方向耐電圧は2倍となり大きく増加していた。したがって、本発明のSBDでは、窒化絶縁膜中の水素濃度が低減されている、つまり窒化絶縁膜形成時に水素が半導体層に取り込まれる悪影響が排除されているために、フィールドプレート構造により大きな電界緩和効果が得られ、逆方向耐電圧を上昇させることができることが示された。また、窒化絶縁膜と第2絶縁膜とを積層構造とした場合、半導体層との界面に水素濃度の低い窒化絶縁膜を形成すれば、同様の効果が得られることが明らかとなった。   As described above, since the hydrogen concentration in the nitride insulating film is low in the SBD of the present invention, the reverse withstand voltage is doubled and greatly increased compared to the SBD as a comparative example using a nitride insulating film having a high hydrogen concentration. Was. Therefore, in the SBD of the present invention, since the hydrogen concentration in the nitride insulating film is reduced, that is, the adverse effect of hydrogen being taken into the semiconductor layer when the nitride insulating film is formed is eliminated, the field plate structure has a larger electric field relaxation. It was shown that an effect was obtained and the reverse withstand voltage could be increased. Further, it has been clarified that when the nitride insulating film and the second insulating film have a laminated structure, a similar effect can be obtained if a nitride insulating film having a low hydrogen concentration is formed at the interface with the semiconductor layer.

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiments and examples disclosed herein are illustrative in all respects and should not be construed as being restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明のショットキーバリアダイオードの断面図である。It is sectional drawing of the Schottky barrier diode of this invention. 図1に示すショットキーバリアダイオードの斜視図である。It is a perspective view of the Schottky barrier diode shown in FIG. ショットキーバリアダイオードの製造方法の各工程を示す流れ図である。It is a flowchart which shows each process of the manufacturing method of a Schottky barrier diode. 実施の形態2のショットキーバリアダイオードの断面図である。6 is a cross-sectional view of a Schottky barrier diode according to a second embodiment. FIG. 実施の形態3におけるショットキーバリアダイオードの断面図である。6 is a cross-sectional view of a Schottky barrier diode in a third embodiment. FIG. 実施の形態3におけるショットキーバリアダイオードの製造方法の各工程を示す流れ図である。12 is a flowchart showing each step of a method for manufacturing a Schottky barrier diode in the third embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1,11,21 ショットキーバリアダイオード、2 GaN自立基板、2a 表面、2b 裏面、3 GaNエピタキシャル層、3a 表面、3c 領域、4,14,17 絶縁層、5,6 電極、22 下地層、23 支持基板。   1,11,21 Schottky barrier diode, 2 GaN free-standing substrate, 2a surface, 2b back surface, 3 GaN epitaxial layer, 3a surface, 3c region, 4, 14, 17 insulating layer, 5, 6 electrode, 22 base layer, 23 Support substrate.

Claims (12)

主表面を有する半導体層と、
前記主表面上に形成され、開口部が形成されている第1窒化絶縁膜と、
前記第1窒化絶縁膜上に形成された第2窒化絶縁膜と、
前記開口部の内部に、前記主表面に接触するように形成されたショットキー電極と、
前記ショットキー電極に接続するとともに、前記第1窒化絶縁膜および前記第2窒化絶縁膜に重なるように形成された、フィールドプレート電極と、を備え、
前記第1窒化絶縁膜中の水素濃度は、3.8×1022cm-3未満であり、
前記第2窒化絶縁膜中の水素濃度は、前記第1窒化絶縁膜中の水素濃度よりも高い、ショットキーバリアダイオード。
A semiconductor layer having a main surface;
A first nitride insulating film formed on the main surface and having an opening;
A second nitride insulating film formed on the first nitride insulating film;
Inside the opening, a Schottky electrode formed so as to contact the main surface;
A field plate electrode connected to the Schottky electrode and formed to overlap the first nitride insulating film and the second nitride insulating film ,
The hydrogen concentration in the first nitride insulating film is less than 3.8 × 10 22 cm −3 ;
The Schottky barrier diode , wherein a hydrogen concentration in the second nitride insulating film is higher than a hydrogen concentration in the first nitride insulating film .
前記半導体層は、窒化ガリウム基板を含む、請求項1に記載のショットキーバリアダイオード。   The Schottky barrier diode according to claim 1, wherein the semiconductor layer includes a gallium nitride substrate. 前記窒化ガリウム基板の転位密度は、1×108cm-2以下である、請求項2に記載のショットキーバリアダイオード。 The Schottky barrier diode according to claim 2, wherein the dislocation density of the gallium nitride substrate is 1 × 10 8 cm −2 or less. 前記半導体層において前記ショットキー電極と接触する領域の転位密度は、1×108cm-2以下である、請求項1から請求項3のいずれかに記載のショットキーバリアダイオード。 4. The Schottky barrier diode according to claim 1, wherein a dislocation density of a region in contact with the Schottky electrode in the semiconductor layer is 1 × 10 8 cm −2 or less. 前記ショットキー電極の材質は、金、プラチナ、ニッケル、パラジウム、コバルト、銅、銀、タングステン、およびチタンからなる群より選ばれた少なくとも一種の物質を含む、請求項1から請求項4のいずれかに記載のショットキーバリアダイオード。   The material of the Schottky electrode includes at least one substance selected from the group consisting of gold, platinum, nickel, palladium, cobalt, copper, silver, tungsten, and titanium. The Schottky barrier diode described in 1. 前記第1窒化絶縁膜の厚みは、0.5nm以上5μm以下である、請求項1から請求項5のいずれかに記載のショットキーバリアダイオード。 6. The Schottky barrier diode according to claim 1, wherein a thickness of the first nitride insulating film is not less than 0.5 nm and not more than 5 μm. 前記第1窒化絶縁膜の厚みは、10nm以上5μm以下である、請求項に記載のショットキーバリアダイオード。 The Schottky barrier diode according to claim 6 , wherein the first nitride insulating film has a thickness of 10 nm to 5 μm. 前記第1窒化絶縁膜の屈折率は、1.7以上2.2以下である、請求項1から請求項のいずれかに記載のショットキーバリアダイオード。 The refractive index of the first nitride insulating film is 1.7 to 2.2, the Schottky barrier diode according to any one of claims 1 to 7. 前記フィールドプレート電極の、前記第1窒化絶縁膜と重なる長さは、1μm以上1mm以下である、請求項1から請求項のいずれかに記載のショットキーバリアダイオード。 The field plate electrode, the length overlapping the first nitride insulating film is 1μm to 1mm, the Schottky barrier diode according to any one of claims 1 to 8. 前記半導体層において前記第1窒化絶縁膜と接触する領域が窒化ガリウム系の化合物である、請求項1から請求項のいずれかに記載のショットキーバリアダイオード。 The area in contact with the first nitride insulating film in the semiconductor layer is a compound of gallium nitride, the Schottky barrier diode according to any one of claims 1 to 9. 半導体層を形成する工程と、
前記半導体層上に、開口部の形成された第1窒化絶縁膜を形成する工程と、
前記開口部の内部に、前記半導体層に接触するようにショットキー電極を形成する工程と、
前記第1窒化絶縁膜を形成する工程の後、前記ショットキー電極を形成する工程に先立ち、前記第1窒化絶縁膜上に積層するように第2窒化絶縁膜を形成する工程と、
前記ショットキー電極に接続するとともに前記第1窒化絶縁膜および前記第2窒化絶縁膜に重なるように、フィールドプレート電極を形成する工程と、を備え、
前記第1窒化絶縁膜を形成する工程では、主要成分としてアンモニアを含まない原料ガスを用い、
前記第2窒化絶縁膜中の水素濃度は、前記第1窒化絶縁膜中の水素濃度よりも高い、ショットキーバリアダイオードの製造方法。
Forming a semiconductor layer;
Forming a first nitride insulating film having an opening on the semiconductor layer;
Forming a Schottky electrode in contact with the semiconductor layer inside the opening; and
After the step of forming the first nitride insulating film, prior to the step of forming the Schottky electrode, forming a second nitride insulating film so as to be laminated on the first nitride insulating film;
Forming a field plate electrode so as to be connected to the Schottky electrode and overlap the first nitride insulating film and the second nitride insulating film ,
In the first step of forming a nitride insulating film, you have use the raw material gas not containing ammonia as the main component,
The method for manufacturing a Schottky barrier diode , wherein a hydrogen concentration in the second nitride insulating film is higher than a hydrogen concentration in the first nitride insulating film .
半導体層を形成する工程と、
前記半導体層上に、開口部の形成された第1窒化絶縁膜を形成する工程と、
前記開口部の内部に、前記半導体層に接触するようにショットキー電極を形成する工程と、
前記第1窒化絶縁膜を形成する工程の後、前記ショットキー電極を形成する工程に先立ち、前記第1窒化絶縁膜上に積層するように第2窒化絶縁膜を形成する工程と、
前記ショットキー電極に接続するとともに前記第1窒化絶縁膜および前記第2窒化絶縁膜に重なるように、フィールドプレート電極を形成する工程と、を備え、
前記第1窒化絶縁膜を形成する工程では、前記第1窒化絶縁膜を、物理蒸着法を用いて形成し、
前記第2窒化絶縁膜中の水素濃度は、前記第1窒化絶縁膜中の水素濃度よりも高い、ショットキーバリアダイオードの製造方法。
Forming a semiconductor layer;
Forming a first nitride insulating film having an opening on the semiconductor layer;
Forming a Schottky electrode in contact with the semiconductor layer inside the opening; and
After the step of forming the first nitride insulating film, prior to the step of forming the Schottky electrode, forming a second nitride insulating film so as to be laminated on the first nitride insulating film;
Forming a field plate electrode so as to be connected to the Schottky electrode and overlap the first nitride insulating film and the second nitride insulating film ,
In the step of forming the first nitride insulating film, said first nitride insulating film, formed using a physical vapor deposition method,
The method for manufacturing a Schottky barrier diode , wherein a hydrogen concentration in the second nitride insulating film is higher than a hydrogen concentration in the first nitride insulating film .
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