JP2000012872A - ショットキバリアダイオードおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 逆方向電流を大幅に小さくすることができ、
かつ静電容量も低減できる高周波特性に優れたショット
キバリアダイオードを提供する。 【解決手段】 Ｎ⁺⁺型のシリコン基板１上に成長させた
Ｎ^- 型のエピタキシャル層２表面の一部にショットキ接
合面１０を形成し、それを取り囲むようにＰ型のガード
リング層３を環状に形成し、エピタキシャル層２表面に
露出するガードリング層３外周縁のＰＮジャンクション
１１ａを覆うナイトライド膜６を形成し、その上にドー
プトオキサイド膜７を形成し、ショットキ接合面１０お
よび内周縁のＰＮジャンクション１１ｂと接触する金属
電極９を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ミキサ用、高速ス
イッチング用などに用いられる高周波用のショットキバ
リアダイオードおよびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のようにショットキバリアダイオー
ドは、半導体と金属を接触させたときに生じる電位障壁
（ショットキバリア）を利用して整流作用をもたせたダ
イオードであり、例えばＮ型のシリコン基板をカソード
とするショットキバリアダイオードに順方向電圧をかけ
ると、金属中の自由電子よりもエネルギーレベルが高い
状態で半導体中の電子が金属の方に注入され順方向電流
が流れる。ショットキバリアダイオードのバリア高さΦ
Ｂは、ＰＮ接合のダイオードと比較して、例えば１／２
〜２／３と低いため、一般に順方向電圧が低いという利
点がある。またこのとき、キャリアの伝導は電子、すな
わち多数キャリアの流れによるため、逆回復時間が短
く、スイッチング速度が速いという利点がある。

【０００３】図４は一般的なショットキバリアダイオー
ドの断面図であり、Ｎ⁺⁺型のシリコン基板１上に成長さ
せたＮ^- 型のエピタキシャル層２表面には、膜厚１５０
０Å程度の熱酸化膜４が環状に形成されている。この熱
酸化膜４に囲まれたエピタキシャル層２表面に金属電極
９を接触させ、ショットキ接合面１０を形成している。
ショットキ接合面１０の周囲を取り囲むエピタキシャル
層２にはＰ型のガードリング層３が環状に設けられてい
る。エピタキシャル層２表面に露出するガードリング層
３外周縁のＰＮジャンクション１１ａは熱酸化膜４で覆
われ不活性化され、ガードリング層３内周縁のＰＮジャ
ンクション１１ｂは金属電極９と接触している。

【０００４】ショットキバリアダイオードに逆方向電圧
をかけると、ショットキ接合面の周辺部に電界が集中す
るため、一般に逆方向電流は大きくなる。また、熱酸化
膜と金属電極の界面のショットキ接合面は接合状態が不
安定であるため、わずかな汚染で逆方向電流が大きくな
ることがある。

【０００５】ガードリング層３は、この逆方向電流を改
善するために設けられたものであり、ショットキ接合面
１０の周辺部がガードリング層３と接するので、周辺部
の電界集中が緩和されて逆方向電流を小さくすることが
できる。また、ショットキ接合面１０は外部からの汚染
が侵入しやすい熱酸化膜４と金属電極９の界面からガー
ドリング層３を介して隔離されるため、外部からの汚染
によって逆方向電流が大きくなることを防いでいる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ミキサ用な
ど高周波特性が要求されるショットキバリアダイオード
は、逆方向電流が例えば電圧１０Ｖの場合において１０
ηＡ程度と非常に小さいこと、また浮遊容量を加えた静
電容量も例えば０．５〜１．０ＰＦ以下と非常に小さい
ことが要求される。このため、図５に高周波用のショッ
トキバリアダイオードの一例を示すように、逆方向電流
を小さくするため、可能な限りショットキ接合面１０を
小さくしてショットキ接合容量を減らしている。ショッ
トキ接合面１０を小さくしたことに伴い、ガードリング
層３の幅Ｗは一般のショットキバリアダイオードよりも
狭くなっている。ショットキ接合面１０およびエピタキ
シャル層２表面に露出するガードリング層３内周縁のＰ
Ｎジャンクション１１ｂを除いたエピタキシャル層２上
に、例えば膜厚２μｍ程度の非常に厚いＣＶＤ酸化膜５
を形成することで寄生の静電容量を小さくしている。

【０００７】このＣＶＤ酸化膜を形成するには、ガード
リング層を形成した後、エピタキシャル層全面にＣＶＤ
酸化膜を形成し、その後ショットキ接合面およびガード
リング層内周縁のＰＮジャンクション付近のＣＶＤ酸化
膜および熱酸化膜をエッチングにより除去して形成す
る。このとき、上述したようにガードリング層３の幅Ｗ
が一般のショットキバリアダイオードよりも狭く、かつ
エッチングするＣＶＤ酸化膜５の膜厚も非常に厚いた
め、エッチングのコントロールが困難である。また、Ｃ
ＶＤ酸化膜５はエッチング速度が速いことも影響し、図
６に示すように、ガードリング層３外周縁までサイドエ
ッチが進み、外周縁のＰＮジャンクション１１ａがエピ
タキシャル層２表面に露出してしまうことがある。この
結果、その露出した表面にもショットキ接合が形成さ
れ、ＰＮ接合でショットキ接合の端部を保護できないた
め、ショットキバリアダイオードの特性に致命的な悪影
響を与えることとなる。

【０００８】本発明は、上記の問題点を解決するもので
あり、逆方向電流を大幅に小さくすることができ、かつ
静電容量も低減できるショットキバリアダイオードおよ
びその製造方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明は、第１導電型の半導体基板上に成長させたエ
ピタキシャル層表面の一部にショットキ接合面を形成
し、このショットキ接合面を取り囲む前記エピタキシャ
ル層に第２導電型のガードリング層を環状に形成したシ
ョットキバリアダイオードであって、エピタキシャル層
表面とガードリング層外周縁が接合する外周縁のＰＮジ
ャンクションを覆うナイトライド膜を形成し、ショット
キ接合面およびエピタキシャル層表面とガードリング層
内周縁が接合する内周縁のＰＮジャンクションを除くエ
ピタキシャル層上に、ナイトライド膜を介してドープト
オキサイド膜を形成し、ショットキ接合面および内周縁
のＰＮジャンクションと接触する金属電極を形成したシ
ョットキバリアダイオードである。

【００１０】ナイトライド膜は、エピタキシャル表面に
露出したガードリング層外周縁を覆い、エピタキシャル
層表面に露出する外周縁のＰＮジャンクションの保護膜
として作用する。従来の保護膜である酸化膜の場合、シ
ョットキバリアダイオードに逆方向電圧をかけると、酸
化膜中のナトリウムイオンなどの可動イオンが移動し、
ショットキ接合面の周辺部に電子が集中して空乏層が十
分に広がらないため、ガードリング層を設けたにもかか
わらず逆方向電流が小さくならないという現象が起こ
る。これに対し、ナイトライド膜はナトリウムイオンに
対する障壁効果が大きく、ナイトライド膜中の可動イオ
ンがきわめて小さい。また、ナイトライド膜は外部から
の汚染イオンを十分に阻止できるため、逆方向電流を小
さくすることができる。また、ドープトオキサイド膜
は、２μｍ程度に厚く形成されているため、静電容量を
小さくすることができると同時に、外部からのナトリウ
ムイオンの汚染に対してもＣＶＤ酸化膜よりも障壁効果
が大きいため、逆方向電流を小さくすることができる。

【００１１】また本発明は、第１導電型の半導体基板上
にエピタキシャル層を成長させ、エピタキシャル層表面
から第２導電型の不純物を導入して環状のガードリング
層を形成する第１の工程と、外周縁のＰＮジャンクショ
ンを覆うナイトライド膜を形成する第２の工程と、エピ
タキシャル層全面にドープトオキサイド膜を形成する第
３の工程と、ドープトオキサイド膜をパターニングして
エッチングすることにより、前記ガードリング層に囲ま
れたエピタキシャル層表面および内周縁のＰＮジャンク
ションを開口する第４の工程と、この開口したエピタキ
シャル層表面および内周縁のＰＮジャンクションに接触
する金属電極を形成し、ショットキ接合を形成する第５
の工程を備えたショットキバリアダイオードの製造方法
である。

【００１２】ナイトライド膜は、例えば１５００Å程度
の薄膜でも十分に保護膜としての効果を得ることができ
るため、エッチング精度のコントロールが容易で、正確
に外周縁のＰＮジャンクションをナイトライド膜で保護
することができる。ドープトオキサイド膜はエッチング
速度が速く、膜厚も非常に厚いためサイドエッチが進
み、外周縁のＰＮジャンクションよりもさらに外側まで
エッチングされることがあるが、ナイトライド膜のエッ
チング速度は酸化膜に比べてかなり遅いため、エッチン
グされることがなく、確実に外周縁のＰＮジャンクショ
ンを保護することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。

【００１４】図１は本実施の形態によるショットキバリ
アダイオードの一例を示す断面図、図２はこのショット
キバリアダイオードの一部を取り除いた状態を示す平面
図である。

【００１５】ショットキバリアダイオードは、Ｎ⁺⁺型の
シリコン基板１上にＮ^- 型のエピタキシャル層２が形成
され、このエピタキシャル層２の周辺部にＰ型のガード
リング層３がエピタキシャル層２表面に露出して環状に
形成されている。ガードリング層３に囲まれたエピタキ
シャル層２表面には金属電極９が接触し、ショットキ接
合面１０を形成している。エピタキシャル層２表面に露
出するガードリング層３の略中央からシリコン基板１の
外端に向けて熱酸化膜４が形成され、さらにその上にシ
リコン窒化膜などのナイトライド膜６が形成され、エピ
タキシャル層２表面に露出するガードリング層３外周縁
のＰＮジャンクション１１ａを保護している。

【００１６】ナイトライド膜６上には、リンホウ酸ガラ
スなどのドープトオキサイド膜７が形成されている。こ
のドープトオキサイド膜７の開口部８には金属電極９が
形成され、ショットキ接合面１０を形成している。金属
電極９はガードリング層３内周縁のＰＮジャンクション
１１ｂにも接触し、開口部８からドープトオキサイド膜
７上をシリコン基板１の中央にかけて延び、シリコン基
板１の中央部で円盤状に形成され、ワイヤボンディング
領域を形成している。

【００１７】ガードリング層３外周縁のＰＮジャンクシ
ョン１１ａを覆うナイトライド膜６は、膜中のナトリウ
ムイオンなどの可動イオンが極めて小さいため、逆方向
電圧をかけたときショットキ接合面１０周辺部に生じる
電界集中を緩和できる。さらに、外部からの汚染に対し
て障壁効果があるため、逆方向電流がこれらの影響で増
大してしまうことがない。ショットキバリアダイオード
の静電容量は、ガードリング層の空乏層、ショットキ接
合面、およびエピタキシャル表面とワイヤボンディング
領域の寄生容量によって決まるが、エピタキシャル層２
表面に２μｍ程度の膜厚の非常に厚いドープトオキサイ
ド膜７を形成することにより、高周波に用いることがで
きるよう静電容量を低減することができる。

【００１８】次に、このショットキバリアダイオードの
製造方法を図３（ａ）〜（ｅ）を参照しながら説明す
る。

【００１９】まず、図３（ａ）に示すようにＮ⁺⁺型のシ
リコン基板１の主面上にＮ^- 型のエピタキシャル層２を
２μｍ程度成長させる。そして、エピタキシャル層２全
面に熱酸化膜４を１５００Å程度形成した後、シリコン
基板１周辺部の熱酸化膜４を環状に除去する。そして、
熱酸化膜４を除去したエピタキシャル層２表面にアンチ
モン、リンなどのＰ型不純物を蒸着、拡散してガードリ
ング層３を形成する。Ｐ型の不純物拡散時のウェットド
ライブにより、ガードリング層３表面上にも１０００Å
程度のごく薄い熱酸化膜４が成長している。

【００２０】次いで、図３（ｂ）に示すようにガードリ
ング層３上を含む熱酸化膜４全面に減圧ＣＶＤ法により
シリコン窒化膜などのナイトライド膜６を１２００Å程
度形成する。

【００２１】次いで、図３（ｃ）に示すように、プラズ
マエッチ法によりガードリング層３の略中央より内側の
ナイトライド膜６を除去する。このとき、熱酸化膜４は
プラズマエッチ法であるため除去されることがない。

【００２２】次いで、図３（ｄ）に示すように、エピタ
キシャル層２全面に常圧ＣＶＤ法により２μｍ程度のド
ープトオキサイド膜７を形成する。

【００２３】次いで、図３（ｅ）に示すようにナイトラ
イド膜６よりも内側のドープトオキサイド膜７および熱
酸化膜４をエッチング法により除去し、ショットキ接合
面１０およびガードリング層３内周縁のＰＮジャンクシ
ョン１１ｂ付近を開口し、この開口部８にチタンなどの
金属電極９を蒸着して形成する。ドープドオキサイド膜
７はエッチング速度が速く、また膜厚も厚く形成してい
るためサイドエッチが進み、図示するようにガードリン
グ層３外周縁のＰＮジャンクション１１ａよりもさらに
外側までエッチングされる。しかし、ナイトライド膜６
はエッチング速度が遅いためエッチングされることな
く、ガードリング層３外周縁のＰＮジャンクション１１
ａはナイトライド膜６で保護することができる。すなわ
ち、ナイトライド膜６が外周縁のＰＮジャンクション１
１ａに対する保護膜の役目を果たし、ドープトオキサイ
ド層７が静電容量の低減の役目を果たすこととなる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ナ
イトライド膜でエピタキシャル表面に露出したガードリ
ング層の外周縁のＰＮジャンクションを保護しているた
め、ショットキ接合面周辺部の電界集中を緩和すること
ができ、また、外部からの汚染イオンを十分に阻止でき
るため、ショットキバリアダイオードの逆方向電流の増
加を抑えることができる。

【００２５】また、静電容量を低減するために厚く形成
したドープトオキサイド層をエッチングする際の許容ば
らつきの幅が結果として大きくとれるため、製造工程を
容易にすることができる。

【００２６】これらの結果、逆方向電流が大幅に低減で
き、静電容量も低減できる高周波特性に優れたショット
キバリアダイオードを安価に提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるショットキバリアダイオードの断
面図

【図２】本発明によるショットキバリアダイオードの一
部を取り除いた平面図

【図３】本発明のショットキバリアダイオードの製造方
法の説明図

【図４】一般的なショットキバリアダイオードの断面図

【図５】従来の高周波用ショットキバリアダイオードの
断面図

【図６】従来の高周波用ショットキバリアダイオードの
要部断面図

【符号の説明】

１ シリコン基板 ２ エピタキシャル層 ３ ガードリング層 ４ 熱酸化膜 ５ ＣＶＤ酸化膜 ６ ナイトライド膜 ７ ドープトオキサイド膜 ８ 開口部 ９ 金属電極 １０ ショットキ接合面 １１ａ 外周縁のＰＮジャンクション １１ｂ 内周縁のＰＮジャンクション

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１導電型の半導体基板上に成長させた
   エピタキシャル層表面の一部に金属電極を接触させショ
   ットキ接合面を形成し、このショットキ接合面を取り囲
   む前記エピタキシャル層表面に露出して第２導電型のガ
   ードリング層を環状に形成したショットキバリアダイオ
   ードであって、 前記エピタキシャル層表面に露出する前記ガードリング
   層外周縁のＰＮジャンクションを覆うナイトライド膜
   と、 前記ショットキ接合面および前記ガードリング層内周縁
   のＰＮジャンクションを除く前記エピタキシャル層上
   に、前記ナイトライド膜を介して形成したドープトオキ
   サイド膜と、 前記ショットキ接合面および前記ガードリング層内周縁
   のＰＮジャンクションと接触する金属電極とを備えたこ
   とを特徴とするショットキバリアダイオード。
2. 【請求項２】 第１導電型の半導体基板上にエピタキシ
   ャル層を成長させ、前記エピタキシャル層表面から第２
   導電型の不純物を導入して環状のガードリング層を形成
   する第１の工程と、 前記エピタキシャル層表面に露出する前記ガードリング
   層外周縁のＰＮジャンクションを覆うナイトライド膜を
   形成する第２の工程と、 前記エピタキシャル層全面にドープトオキサイド膜を形
   成する第３の工程と、 前記ドープトオキサイド膜をパターニングしてエッチン
   グすることにより、前記ガードリング層に囲まれたエピ
   タキシャル層表面および前記ガードリング層内周縁のＰ
   Ｎジャンクションを開口する第４の工程と、 前記開口したエピタキシャル層表面および前記ガードリ
   ング層内周縁のＰＮジャンクションに接触する金属電極
   を形成し、ショットキ接合を形成する第５の工程を備え
   たことを特徴とするショットキバリアダイオードの製造
   方法。