JP2000022178A - ショットキーバリアダイオード - Google Patents

ショットキーバリアダイオード

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JP2000022178A
JP2000022178A JP18238998A JP18238998A JP2000022178A JP 2000022178 A JP2000022178 A JP 2000022178A JP 18238998 A JP18238998 A JP 18238998A JP 18238998 A JP18238998 A JP 18238998A JP 2000022178 A JP2000022178 A JP 2000022178A
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layer
barrier
schottky barrier
metal layer
barrier diode
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JP18238998A
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Michimaro Koike
理麿 小池
Takafumi Tsuchiya
尚文 土屋
Akio Yuge
昭夫 弓削
Tadaaki Soma
忠昭 相馬
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Sanyo Electric Co Ltd
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Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 バリアハイトΦBの異なる複数種類のバリア
金属用いることにより、トレードオフの関係にある順方
向電圧VFと逆方向電流IRの特性を任意に制御可能に
したSBD装置を得る。 【解決手段】 基板11上にN―型エピタキシャル層1
2を形成し、エピタキシャル層12表面に環状のP+ガ
ードリング領域15を形成する。エピタキシャル層12
表面の酸化膜に開口部を形成し、開口部表面に第1のシ
ョットキー障壁を形成するチタン層16と第2のショッ
トキー障壁を形成するニッケル層17を形成する。ニッ
ケル層を被覆するようにアルミ電極を形成する。チタン
層16の接触面積とニッケル層17の接触面積との比に
よってSBDの特性を制御可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ショットキーバリ
アダイオード(Schottky Barrier Diode:以下SBD
と称す)に関し、詳しくは、トレードオフの関係にある
順方向電圧(VF)と逆方向電流(IR)との関係を、金
属素材固有の特性に限定されることのないSBD装置を
得るものである。
【0002】
【従来の技術】SBDは、半導体層に所定の金属層を接
触させた場合に形成されるショットキー障壁を用いた半
導体素子である。一般のPN接合ダイオードより高速
で、順方向電圧降下が小さいという特性を持つ(例え
ば、特開平5−152562)。
【0003】図4を参照して、従来のSBDは、N+型
の半導体基板1の上にN−型のエピタキシャル層2を形
成し、エピタキシャル層2上のシリコン酸化膜3を開口
してシリコン表面を露出し、露出したシリコン表面にバ
リア金属層4を接触させた構成を有している。加えて、
N−型エピタキシャル層2の表面には環状のP+ガード
リング領域5を形成し、バリア金属層4の上をアルミ電
極6で被覆している。
【0004】半導体装置を製造する上で、上記のバリア
金属層4としてはニッケル(Ni)、チタン(Ti)、
モリブデン(Mo)が好適な材料とされている。各々が
固有の仕事関数ΦBを持つことから、バリア金属層4と
して好適な金属を選択することでSBDの特性(順方向
電圧VF、逆方向電流IR)の大部分を決定することが
できる。これに、エピタキシャル層2の不純物濃度や、
ショットキー接触面の面積等の要素によってSBD素子
のダイオード特性が決定付けられる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】近年の低消費電力化の
傾向から、SBD素子には順方向電圧VFを小さくする
事が特に望まれている。順方向電圧VFを小さくする手
法としては、バリア金属層4を仕事関数ΦBの小さいT
iに変更する手法がある。例えば、バリア金属層4とし
てニッケル(Ni)を用いた場合の順方向電圧(VF)
は順方向電流IFが100mAの時で0.3〜0.35
Vであるのに対し、チタン(Ti)を用いた場合では同
じ電流値で0.2〜0.25Vである。しかしながら、
順方向電圧VFと逆方向電流IRとはトレードオフの関
係にあって、順方向電圧VFを小さくできる金属を選択
することは、逆方向電流IR(リーク電流)を増大させ
ることを意味する。そのため、Tiバリアを用いたSB
D素子はリーク電流が大きく、前記リーク電流によって
逆に消費電力を増大させる結果にもなり得る。リーク電
流を最も小さくできるバリア金属としてはモリブデン
(Mo)が最適であるが、順方向電圧VFがTiの倍近
くに増大する。従って、順方向電圧VF、逆方向電流I
R共に許容できるような素子特性が望まれていた。
【0006】また、バリア金属層4を限定することは、
唯1種類の仕事関数ΦBを用いることであるので、VF
−IF特性(順方向電圧−順方向電流)を制御できる範
囲が狭く、そのため回路的な要求スペックの全てに対応
しようとすれば、要求の数だけプロセス開発をしなけれ
ばならず、開発期間の長大化とコスト高になる欠点を有
していた。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明はかかる従来の課
題に鑑みなされたもので、シリコン層の表面にショット
キー障壁を形成する金属層を設け、該金属の表面を電極
材料で被覆したたショットキーバリアダイオードにおい
て、前記シリコン層の表面に接触する金属層として、障
壁高さの異なる少なくとも2種類の金属層を形成したこ
とを特徴とするものである。
【0008】
【発明の実施の形態】以下に本発明の一実施の形態を図
面を参照しながら詳細に説明する。
【0009】図1は本発明によるSBDを示す(A)断
面図、(B)平面図である。N+型のシリコン半導体基
板11の上に気相成長法によってN−型のエピタキシャ
ル層12を形成し、エピタキシャル層12の表面を被覆
するシリコン酸化膜13に開口部14を形成し、開口部
14の外環部近傍のエピタキシャル層12表面にP+型
のガードリング領域15を形成し、開口部14に露出し
たエピタキシャル層12の表面に第1のバリア金属層1
6としてチタン(Ti)層を形成し、第1のバリア金属
層16を覆うようにして第2のバリア金属層17となる
ニッケル(Ni)層を形成し、更に第2のバリア金属層
17を覆うようにしてアルミ電極18を形成している。
【0010】第1のバリア金属層16は、島状に独立し
たパターンで形成され、各々が同一形状、同一面積を有
して規則的に配置されると共に、各々がエピタキシャル
層12のシリコン表面に接触して第1のショットキー障
壁を形成している。第2のバリア金属層17は開口部1
4内において第1のバリア金属層16が接触した箇所以
外の部分でシリコン表面と接触し、第2のショットキー
障壁を形成している。尚、ニッケル層とP+ガードリン
グ領域15との接触部分は第2のショットキー接触には
含まれない。この例では、第1のショットキー障壁と第
2のショットキー障壁との面積比が50:50程度にな
るように、開口部14の面積とチタン層16との面積を
設計してある。アルミ電極18はSBDのアノード側の
取り出し電極となり、基板11の裏面をカソード側の取
り出し電極とする構造となる。尚、チタンとアルミとの
密着性が劣ることが知られているので、チタン層の全表
面をニッケル層で被覆した構成とした。チタン層とニッ
ケル層とは金属―金属接合であるので、このダイオード
は、チタンをバリアメタルとするダイオードと、ニッケ
ルをバリアメタルとするダイオードとを並列に接続した
構成に等しくなる。
【0011】図2に、各バリア金属Ti、Ni、Moの
VF―IF特性(順方向電圧―順方向電流)とVR―I
R特性(逆方向電圧―逆方向電流)を示した。前述した
とおり、Tiは比較的低い順方向電圧VFが得られる反
面逆方向電流IRが高く、Moは比較的順方向電圧VF
が高いが、逆方向電流IRは小さいというトレードオフ
の関係にある。参考までに、Moは両者の中間の特性を
有する。同図に示したとおり、本願は、TiとNiとを
面積比率50:50でショットキー接触を形成したの
で、TiバリアとNiバリアとのほぼ中間の特性を得る
ことができる。即ち、Niバリア単体のものよりは低い
順方向電圧VFが得られ、Tiバリア単体のものよりは
小さい逆方向電流IRが得られるのである。
【0012】これらの特性は、Tiバリア(第1のショ
ットキー障壁)とNiバリア(第2のショットキー障
壁)との面積比によって適宜制御することが可能であ
る。例えば、面積が100のTiバリアの特性20に対
して、TiとNiとの面積が50:50である素子の特
性を比較する。このとき、Tiバリアが流すことのでき
る電流値に対してNiバリアが流すことのできる電流値
が1〜2桁程度小さいので、その特性曲線21(図2参
照)は、順方向電圧VFが小さい領域ではTiバリアの
特性が支配的となり(面積半分のTi単体バリア層の特
性に近似する)、順方向電圧VFが高くなるとTiバリ
アの特性に加えてNiバリアによる電流の影響が増すの
で順方向電流IFが増大するというような特性になる。
逆方向電流IRもこれに類似し、順方向電圧VFが小さ
い領域で逆方向電流IRが小さく、順方向電圧VFが高
くなると逆方向電流IRが若干増大するような特性曲線
22(図2参照)となる。第1のショットキー接触の面
積を増大すればTiバリア単体の特性曲線に近くなり、
第2のショットキー接触の面積を増大すれば、Niバリ
ア単体の特性曲線に近くなる。
【0013】図3は図1の構成を得る為の製造方法を示
す図である。
【0014】先ず図3(A)を参照して、比抵抗ρが
0.5〜1.0Ω・cmのエピタキシャル層12を形成
したN+型半導体基板11を準備し、選択拡散によって
エピタキシャル層12の表面に環状のP+ガードリング
領域15を形成する。
【0015】図3(B)を参照して、エピタキシャル層
12表面の酸化膜13を除去してガードリング領域15
で囲まれたエピタキシャル層11表面を露出する開口部
14を形成し、スパッタ堆積法により膜厚2000〜3
000ÅのTi層を堆積する。その後堆積したTi層を
周知のホトエッチング法によってパターニングし、島状
に点在する第1のバリア金属層16を形成する。
【0016】図3(C)を参照して、再びスパッタ堆積
法によって膜厚2000〜3000ÅのNi層を堆積
し、同じくホトエッチングによって開口部14全体を覆
う第2のバリア金属層17を形成する。
【0017】図3(D)を参照して、再度スパッタ堆積
法により膜厚1.0〜3.0μのアルミニウム層を堆積
し、ホトエッチングによって第2のバリア金属17を覆
い且つ外部接続用のパッドを構成するアルミ層18を形
成して図1の構成を得る。
【0018】上記の製造方法において、第1のバリア金
属層16の接触面積を適宜変更することによって、第1
と第2のショットキー接触の面積比を変更することがで
きる。これにより、様々な特性のSBD装置をプロセス
変更せずに得ることが可能である。
【0019】尚、上述した実施の形態においては、Ti
とNiとの組み合わせで説明したが、Moや他のバリア
金属等との組み合わせ、あるいは3種類以上の組み合わ
せでも実施が可能である事は言うまでもない。
【0020】
【発明の効果】以上に説明したとおり、本発明によれ
ば、バリアハイトΦBの異なる複数種類のバリア金属層
を用い、それらの接触面積によってVF−IF及びVR
―IR特性を制御し得るように構成したので、パターン
変更だけで様々な特性のSBD装置を実現できる利点を
有する。これにより、回路要求的に順方向電圧VFと逆
方向電流IRとが最適な素子を提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を説明するための(A)断面図、(B)
平面図である。
【図2】本発明を説明するための特性図である。
【図3】製造方法を説明するための断面図である。
【図4】従来例を説明するための断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 弓削 昭夫 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 相馬 忠昭 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 Fターム(参考) 4M104 AA01 BB02 BB05 BB14 BB16 CC03 DD63 FF17 FF22 GG03

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリコン層の表面にショットキー障壁を
    形成する金属層を設け、該金属の表面を電極材料で被覆
    したたショットキーバリアダイオードにおいて、 前記シリコン層の表面に接触する金属層として、障壁高
    さの異なる少なくとも2種類の金属層を形成したことを
    特徴とするショットキーバリアダイオード。
  2. 【請求項2】 前記金属層が2種類であり、一方の金属
    層が島状に点在して前記シリコン層を接触し、他の金属
    層が前記島状の金属層を被覆するようにして前記シリコ
    ン層に接触することを特徴とする請求項1記載のショッ
    トキーバリアダイオード。
  3. 【請求項3】 前記一方の金属層と他の金属層との、前
    記シリコン層に対する接触面積の割合が大略50:50
    であることを特徴とする請求項1記載のショットキーバ
    リアダイオード。
  4. 【請求項4】 前記一方の金属層がチタンであることを
    特徴とする請求項1記載のショットキーバリアダイオー
    ド。
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