JP2003142696A - 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Info
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- JP2003142696A JP2003142696A JP2001333682A JP2001333682A JP2003142696A JP 2003142696 A JP2003142696 A JP 2003142696A JP 2001333682 A JP2001333682 A JP 2001333682A JP 2001333682 A JP2001333682 A JP 2001333682A JP 2003142696 A JP2003142696 A JP 2003142696A
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- schottky barrier
- barrier
- barrier diode
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Abstract
(57)【要約】
【課題】ショットキーバリアダイオードにおいて、半導
体基板との密着性の悪い金属をバリア金属とした場合に
も、バリア高さを変えずに半導体基板との密着性を向上
させる。 【解決手段】密着性の悪い金属と、半導体と容易に化合
物を作る金属との合金をバリア金属とする。
体基板との密着性の悪い金属をバリア金属とした場合に
も、バリア高さを変えずに半導体基板との密着性を向上
させる。 【解決手段】密着性の悪い金属と、半導体と容易に化合
物を作る金属との合金をバリア金属とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は金属−シリコンから
なるショットキー接合を有するショットキーバリアダイ
オードに関する。
なるショットキー接合を有するショットキーバリアダイ
オードに関する。
【０００２】
【従来の技術】ショットキーバリアダイオードは、金属
一半導体間の接合に形成されるショットキー障壁（ショ
ットキーバリア、その高さをφbと表す）の整流効果を
利用した半導体素子である。ショットキーバリアは金属
と半導体との組み合わせによって異なり、それに応じて
整流特性も変わるので、目的とするバリア高さを得るた
めに、さまざまな金属が用いられる。
一半導体間の接合に形成されるショットキー障壁（ショ
ットキーバリア、その高さをφbと表す）の整流効果を
利用した半導体素子である。ショットキーバリアは金属
と半導体との組み合わせによって異なり、それに応じて
整流特性も変わるので、目的とするバリア高さを得るた
めに、さまざまな金属が用いられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ショットキー接合を形
成しようとする金属の中には、半導体と密着性の弱い種
類がある。密着性の悪い金属をバリア金属としたショッ
トキーバリアダイオードを作ろうとすると、プロセス中
または、ダイオードとして使用中に剥離を生じる。すな
わちバリア金属の剥離が、ショットキーバリアダイオー
ドの主要な不良原因の一つである。半導体材料として最
も一般的に用いられているシリコン基板の場合、概ね周
期律表のＩｂ〜Ｖｂ属の金属はシリコンと密着性が悪
い。
成しようとする金属の中には、半導体と密着性の弱い種
類がある。密着性の悪い金属をバリア金属としたショッ
トキーバリアダイオードを作ろうとすると、プロセス中
または、ダイオードとして使用中に剥離を生じる。すな
わちバリア金属の剥離が、ショットキーバリアダイオー
ドの主要な不良原因の一つである。半導体材料として最
も一般的に用いられているシリコン基板の場合、概ね周
期律表のＩｂ〜Ｖｂ属の金属はシリコンと密着性が悪
い。
【０００４】例えば、金をバリア金属としたショットキ
ーバリアダイオードを作ろうとしても、金がシリコン基
板から剥がれるという問題がある。なお、金／シリコン
のバリア高さΦbは０．８０eV であり、他のバリア金
属に比べて比較的大きな値である。本発明の目的は、半
導体基板と直接では密着性の悪いバリア金属でも、その
金属固有のバリア高さを保ちながら、密着性を改善し
て、信頼性の高いショットキーバリアダイオードを提供
することにある。
ーバリアダイオードを作ろうとしても、金がシリコン基
板から剥がれるという問題がある。なお、金／シリコン
のバリア高さΦbは０．８０eV であり、他のバリア金
属に比べて比較的大きな値である。本発明の目的は、半
導体基板と直接では密着性の悪いバリア金属でも、その
金属固有のバリア高さを保ちながら、密着性を改善し
て、信頼性の高いショットキーバリアダイオードを提供
することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】一般に、合金をバリア金
属とした場合は、その合金の組成比に比例したバリア高
さになる。例えば、金属Ａと金属ＢとのＡ(1-X) ＢX な
る組成の合金の場合、バリア高さΦbは、金属Ａのバリ
ア高さをΦb A 、金属Ｂのバリア高さをΦb Bとすれ
ば、 Φb （合金）＝（1-x ）×Φb A ＋x Φb B となることが予想される。
属とした場合は、その合金の組成比に比例したバリア高
さになる。例えば、金属Ａと金属ＢとのＡ(1-X) ＢX な
る組成の合金の場合、バリア高さΦbは、金属Ａのバリ
ア高さをΦb A 、金属Ｂのバリア高さをΦb Bとすれ
ば、 Φb （合金）＝（1-x ）×Φb A ＋x Φb B となることが予想される。
【０００６】例えば金／銅合金、銀／銅合金について、
アリズミらは合金のΦb が上式に従うと報告している
［Japan. J. of Appl. Phys. Vol.8 ，No.11 ，1310頁
（1969）］。発明者は、後記発明の実施の形態の項で述
べるように、半導体との密着性の悪い金属に、半導体と
容易に化合物を形成する金属を混合してバリア金属とす
ることにより半導体と密着性を向上させることができる
ことを見いだした。
アリズミらは合金のΦb が上式に従うと報告している
［Japan. J. of Appl. Phys. Vol.8 ，No.11 ，1310頁
（1969）］。発明者は、後記発明の実施の形態の項で述
べるように、半導体との密着性の悪い金属に、半導体と
容易に化合物を形成する金属を混合してバリア金属とす
ることにより半導体と密着性を向上させることができる
ことを見いだした。
【０００７】この発見は、前記のアリズミらの報告と合
わないが、アリズミらの報告では、金と銅、銀と銅のよ
うに、いずれもＩｂ族で面心立方格子をもつ類似した性
質の金属を用いたのに対し、本発明では化合物の作りや
すさに着目して、反対の性質を持つ金属を組み合わせた
ためであろう。そこで、上記の課題解決のための手段と
しては、半導体との密着性の悪い金属に、半導体と容易
に化合物を形成する金属を混合してバリア金属とするこ
とにより半導体と密着性を向上させるものとする。
わないが、アリズミらの報告では、金と銅、銀と銅のよ
うに、いずれもＩｂ族で面心立方格子をもつ類似した性
質の金属を用いたのに対し、本発明では化合物の作りや
すさに着目して、反対の性質を持つ金属を組み合わせた
ためであろう。そこで、上記の課題解決のための手段と
しては、半導体との密着性の悪い金属に、半導体と容易
に化合物を形成する金属を混合してバリア金属とするこ
とにより半導体と密着性を向上させるものとする。
【０００８】例えば、シリコン基板との密着性の悪い金
属は、シリコンと反応せずシリサイドを形成しないこと
が密着性の悪い原因である。シリコン基板との密着性の
悪い金属Ａに、容易にシリサイドを形成する金属Ｂを混
合して、シリコン基板上に薄膜形成すると、金属Ｂは界
面においてシリコン基板内部に拡散し、取り残された形
の金属Ａは界面に偏析する。それにより金属Ａが実質上
ショットキーバリアメタルとして機能し、そのバリア高
さΦbは金属Ａの固有値を示す。
属は、シリコンと反応せずシリサイドを形成しないこと
が密着性の悪い原因である。シリコン基板との密着性の
悪い金属Ａに、容易にシリサイドを形成する金属Ｂを混
合して、シリコン基板上に薄膜形成すると、金属Ｂは界
面においてシリコン基板内部に拡散し、取り残された形
の金属Ａは界面に偏析する。それにより金属Ａが実質上
ショットキーバリアメタルとして機能し、そのバリア高
さΦbは金属Ａの固有値を示す。
【０００９】シリサイドを形成する金属は、シリコンに
対する固溶量も多いと考えられ、シリコンに対する固溶
量の違いにより、多くシリコンに進入する金属Ｂとシリ
コンに進入しない金属Ａとがある場合、界面に金属Ａが
偏析することになり、バリア高さΦbは上式には従わ
ず、金属Ａの値をとる。また、シリコンに金属Ｂが拡散
し、よくなじむので合金の密着性は高くなる。
対する固溶量も多いと考えられ、シリコンに対する固溶
量の違いにより、多くシリコンに進入する金属Ｂとシリ
コンに進入しない金属Ａとがある場合、界面に金属Ａが
偏析することになり、バリア高さΦbは上式には従わ
ず、金属Ａの値をとる。また、シリコンに金属Ｂが拡散
し、よくなじむので合金の密着性は高くなる。
【００１０】シリサイドを形成せず、シリコンとの密着
性の悪い金属として、経験的にベリリウム、亜鉛、ガリ
ウム、ゲルマニウム、銀、カドミウム、インジウム、
錫、アンチモン、金、タリウム、鉛、ビスマス等主に周
期律表のＩｂ〜Ｖｂ族の金属またはそれらの混合物が挙
げられる。シリサイドを容易に形成する金属として、マ
グネシウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、
鉄、コバルト、ニッケル、ジルコニウム、ニオブ、モリ
ブデン、ルビジウム、パラジウム、ハフニウム、タンタ
ル、タングステン、イリジウム、白金等主に周期律表の
ＩＶａ〜ＶＩＩＩ族の金属またはそれらの混合物が挙げ
られる。
性の悪い金属として、経験的にベリリウム、亜鉛、ガリ
ウム、ゲルマニウム、銀、カドミウム、インジウム、
錫、アンチモン、金、タリウム、鉛、ビスマス等主に周
期律表のＩｂ〜Ｖｂ族の金属またはそれらの混合物が挙
げられる。シリサイドを容易に形成する金属として、マ
グネシウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、
鉄、コバルト、ニッケル、ジルコニウム、ニオブ、モリ
ブデン、ルビジウム、パラジウム、ハフニウム、タンタ
ル、タングステン、イリジウム、白金等主に周期律表の
ＩＶａ〜ＶＩＩＩ族の金属またはそれらの混合物が挙げ
られる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下実施例において本発明を具体
的に説明する。一例として金（以下Ａｕと記す）をバリ
ア金属としたショットキーバリアダイオードを取り上
げ、実験した。先にも記したようにＡｕ／シリコン（以
下Ｓｉと記す）のバリア高さΦbは約０．８０eVであ
り、信頼性の高いショットキーバリアダイオードができ
れば、非常に有用である。
的に説明する。一例として金（以下Ａｕと記す）をバリ
ア金属としたショットキーバリアダイオードを取り上
げ、実験した。先にも記したようにＡｕ／シリコン（以
下Ｓｉと記す）のバリア高さΦbは約０．８０eVであ
り、信頼性の高いショットキーバリアダイオードができ
れば、非常に有用である。
【００１２】ＡｕはＳｉとは反応せずシリサイドを形成
しないため、ＡｕとＳｉとは密着性が悪い。そこでＡｕ
にモリブデン（以下Ｍｏと記す）を加え合金化させてシ
ョットキーバリアメタルを形成した。ＭｏはＳｉと反応
しシリサイドを形成するのでＳｉに対し密着性が良い。
また、ＡｕとＭｏとは１０６４℃以下でどんな割合でも
固溶する。
しないため、ＡｕとＳｉとは密着性が悪い。そこでＡｕ
にモリブデン（以下Ｍｏと記す）を加え合金化させてシ
ョットキーバリアメタルを形成した。ＭｏはＳｉと反応
しシリサイドを形成するのでＳｉに対し密着性が良い。
また、ＡｕとＭｏとは１０６４℃以下でどんな割合でも
固溶する。
【００１３】そこで、ＡｕとＭｏとの合金をバリア金属
としたショツトキーバリアダイオードを試作した。図２
は本実験に用いたショツトキーバリアダイオードの断面
図である。ｎ型のシリコン基板１の表面層にｐガードリ
ング領域２を形成し、そのｐガードリング領域２の外側
を酸化膜３で覆った後、表面にバリア金属４を被着し、
裏面にはチタン（以下Ｔｉと記す）／ニッケル（以下Ｎ
ｉと記す）／Ａｕ三層の下部電極５が形成されている。
としたショツトキーバリアダイオードを試作した。図２
は本実験に用いたショツトキーバリアダイオードの断面
図である。ｎ型のシリコン基板１の表面層にｐガードリ
ング領域２を形成し、そのｐガードリング領域２の外側
を酸化膜３で覆った後、表面にバリア金属４を被着し、
裏面にはチタン（以下Ｔｉと記す）／ニッケル（以下Ｎ
ｉと記す）／Ａｕ三層の下部電極５が形成されている。
【００１４】バリア金属４としては、ＡｕとＭｏとを基
板加熱なしで同時スパッタし、それぞれのスパッタ出力
を調整することでＡｕ／Ｍｏ組成比をおよそ１００／
０、７５／２５、５０／５０、２５／７５、１０／９
０、０／１００（原子 %）となるように調節した。Ａｕ
とＭｏとのデボジション速度は、それぞれ１３nm／１０
０W 分、７．４nm／１００W 分である。
板加熱なしで同時スパッタし、それぞれのスパッタ出力
を調整することでＡｕ／Ｍｏ組成比をおよそ１００／
０、７５／２５、５０／５０、２５／７５、１０／９
０、０／１００（原子 %）となるように調節した。Ａｕ
とＭｏとのデボジション速度は、それぞれ１３nm／１０
０W 分、７．４nm／１００W 分である。
【００１５】バリア金属４の厚さは約０．４μmとし
た。引き続きＮｉ（厚さ０．７μm）、Ａｕ（厚さ０．
２μm）の上部電極６を形成し、フォトエッチングによ
る電極のパターン形成、下部電極５の形成後、バリア高
さΦbを評価した。特に熱処理をおこなわなくてもＭｏ
はＳｉ表面層に拡散しているが、必要により高温熱処理
をおこなっても良い。
た。引き続きＮｉ（厚さ０．７μm）、Ａｕ（厚さ０．
２μm）の上部電極６を形成し、フォトエッチングによ
る電極のパターン形成、下部電極５の形成後、バリア高
さΦbを評価した。特に熱処理をおこなわなくてもＭｏ
はＳｉ表面層に拡散しているが、必要により高温熱処理
をおこなっても良い。
【００１６】図１は、バリア高さΦbのＭｏ含有率依存
性を示す特性図である。Ｍｏ１００% の素子のΦbは文
献値０．６７eVに近い０．６２eVが得られたが、残りの
Ｍｏ／Ａｕ＝９０／１０、７５／２５、５０／５０、２
５／７５はすべてＡｕのΦb（０．８０eV）と同等の値
が得られた。勿論、Ｍｏ／Ａｕ＝０／１００の素子のΦ
bは０．８０eVであった。
性を示す特性図である。Ｍｏ１００% の素子のΦbは文
献値０．６７eVに近い０．６２eVが得られたが、残りの
Ｍｏ／Ａｕ＝９０／１０、７５／２５、５０／５０、２
５／７５はすべてＡｕのΦb（０．８０eV）と同等の値
が得られた。勿論、Ｍｏ／Ａｕ＝０／１００の素子のΦ
bは０．８０eVであった。
【００１７】Ｍｏ／Ａｕ＝７５／２５の素子の断面TEM
観察を行い、Ｍｏ／Ａｕ組成を深さ方向にＥＤＸで調査
し、Ａｕがシリコン基板との界面に偏析することを確認
した。また、界面からわずかに深い位置でＭｏが検出さ
れた。よって被着したＭｏ−Ａｕ合金のうちＭｏがシリ
コン基板内部に侵入し、界面にはＡｕが取り残されてい
ることが分かる。
観察を行い、Ｍｏ／Ａｕ組成を深さ方向にＥＤＸで調査
し、Ａｕがシリコン基板との界面に偏析することを確認
した。また、界面からわずかに深い位置でＭｏが検出さ
れた。よって被着したＭｏ−Ａｕ合金のうちＭｏがシリ
コン基板内部に侵入し、界面にはＡｕが取り残されてい
ることが分かる。
【００１８】即ちＭｏ−Ａｕ合金の場合、ＡｕとＭｏと
の中間的なΦbが得られるのではなくすべてＡｕに相当
するΦbが得られた。また、Ｍｏ濃度に依存して変化す
ることがないので製造上の組成ずれ等による電気特性の
変化がなく、製造に適している。たとえば、合金を蒸着
やスパックで成膜する場合、個々の構成金属の蒸気圧や
スパッタ率の違いからソースやターゲット自身の組成が
経時変化し、得られる薄膜組成も変化していくと考えら
れるが、本製造方法ではその様な組成変化による特性変
化は生じない。
の中間的なΦbが得られるのではなくすべてＡｕに相当
するΦbが得られた。また、Ｍｏ濃度に依存して変化す
ることがないので製造上の組成ずれ等による電気特性の
変化がなく、製造に適している。たとえば、合金を蒸着
やスパックで成膜する場合、個々の構成金属の蒸気圧や
スパッタ率の違いからソースやターゲット自身の組成が
経時変化し、得られる薄膜組成も変化していくと考えら
れるが、本製造方法ではその様な組成変化による特性変
化は生じない。
【００１９】またシリコン基板との密着性は合金のＭｏ
濃度が高まるにつれ強くなることが引っかきテストから
判明した。特開昭６３−２３３５６号公報に、バリア金
属としてＭｏ−Ｎｉ−銀（以下Ａｇと記す）を用いたと
の記載がある。しかし、この例ではその組成に関する記
載が無いことなどからＭｏ−Ｎｉ−Ａｇ合金を用いたの
ではなく、本来のバリア金属としてはＭｏであり、その
上にＮｉ層、Ａｇ層を積層したＭｏ−Ｎｉ−Ａｇ三層か
らなると考えられる。最上層のＡｇ層は、はんだ等で接
合するためであり、その下のＮｉ層は、はんだがバリア
金属であるＭｏ層に侵入するのを防止するためである。
そのような手法は一般的であり、例えば川上らの報告に
も記載されている［Solid State Electron.,Vol.28, N
o.9, pp.885〜891 (1985)］。従って、本発明は特開昭
６３−２３３５６号公報の発明とは別の発明である。
濃度が高まるにつれ強くなることが引っかきテストから
判明した。特開昭６３−２３３５６号公報に、バリア金
属としてＭｏ−Ｎｉ−銀（以下Ａｇと記す）を用いたと
の記載がある。しかし、この例ではその組成に関する記
載が無いことなどからＭｏ−Ｎｉ−Ａｇ合金を用いたの
ではなく、本来のバリア金属としてはＭｏであり、その
上にＮｉ層、Ａｇ層を積層したＭｏ−Ｎｉ−Ａｇ三層か
らなると考えられる。最上層のＡｇ層は、はんだ等で接
合するためであり、その下のＮｉ層は、はんだがバリア
金属であるＭｏ層に侵入するのを防止するためである。
そのような手法は一般的であり、例えば川上らの報告に
も記載されている［Solid State Electron.,Vol.28, N
o.9, pp.885〜891 (1985)］。従って、本発明は特開昭
６３−２３３５６号公報の発明とは別の発明である。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、半
導体基板と化合物を作り易い金属と組み合わせることに
よって、半導体基板との密着性が悪い金属でもバリア金
属として、そのバリア高さをもつ信頼性の高いショット
キーバリアダイオードを容易に製造できるようになる。
導体基板と化合物を作り易い金属と組み合わせることに
よって、半導体基板との密着性が悪い金属でもバリア金
属として、そのバリア高さをもつ信頼性の高いショット
キーバリアダイオードを容易に製造できるようになる。
【００２１】従来困難と考えられた半導体−金属の組み
合わせをも可能にする本発明は、ショットキーバリアダ
イオードの可能性を飛躍的に広げるものである。
合わせをも可能にする本発明は、ショットキーバリアダ
イオードの可能性を飛躍的に広げるものである。
【図１】本発明によるバリア高さΦbのＭｏ濃度依存性
を示す特性図
を示す特性図
【図２】本発明のための実験に用いたショットキーバリ
アダイオードの断面図
アダイオードの断面図
１ ｎ型基板
２ ｐガードリング領域
３ 酸化膜
４ バリア金属膜
５ 下部電極
６ 上部電極
Claims (3)
- 【請求項１】金属−半導体からなるショットキー接合を
有するショットキーバリアダイオードにおいて、シリコ
ンとの密着性の悪い金属とシリサイドを形成する金属と
を混合させて密着性を向上させたショットキーバリア金
属を有することを特徴とするショットキーバリアダイオ
ード。 - 【請求項２】シリコンとの密着性の悪い金属として、ベ
リリウム、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、銀、カドミ
ウム、インジウム、錫、アンチモン、金、タリウム、
鉛、ビスマスのいずれかを含むことを特徴とする請求項
１に記載のショットキーバリアダイオード。 - 【請求項３】シリサイドを形成する金属として、マグネ
シウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、
コバルト、ニッケル、ジルコニウム、ニオブ、モリブデ
ン、ルビジウム、パラジウム、ハフニウム、タンタル、
タングステン、イリジウム、白金のいずれかを含むこと
を特徴とする請求項１に記載のショットキーバリアダイ
オード。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001333682A JP2003142696A (ja) | 2001-10-31 | 2001-10-31 | ショットキーバリアダイオード |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001333682A JP2003142696A (ja) | 2001-10-31 | 2001-10-31 | ショットキーバリアダイオード |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003142696A true JP2003142696A (ja) | 2003-05-16 |
Family
ID=19148909
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001333682A Pending JP2003142696A (ja) | 2001-10-31 | 2001-10-31 | ショットキーバリアダイオード |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003142696A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011129650A (ja) * | 2009-12-16 | 2011-06-30 | Sumco Corp | Ｄｌｔｓ測定用電極及びその製造方法 |
| EA027445B1 (ru) * | 2014-09-23 | 2017-07-31 | Открытое акционерное общество "ИНТЕГРАЛ"-управляющая компания холдинга "ИНТЕГРАЛ" | Диод шоттки |
| EA027360B1 (ru) * | 2014-09-23 | 2017-07-31 | Открытое акционерное общество "ИНТЕГРАЛ"-управляющая компания холдинга "ИНТЕГРАЛ" | Способ изготовления диода шоттки |
| CN109326523A (zh) * | 2018-11-21 | 2019-02-12 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | 碳化硅肖特基接触的制备方法及碳化硅肖特基二极管 |
| CN115799065A (zh) * | 2022-11-17 | 2023-03-14 | 扬州国宇电子有限公司 | 一种TiSi势垒的制备方法 |
-
2001
- 2001-10-31 JP JP2001333682A patent/JP2003142696A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011129650A (ja) * | 2009-12-16 | 2011-06-30 | Sumco Corp | Ｄｌｔｓ測定用電極及びその製造方法 |
| EA027445B1 (ru) * | 2014-09-23 | 2017-07-31 | Открытое акционерное общество "ИНТЕГРАЛ"-управляющая компания холдинга "ИНТЕГРАЛ" | Диод шоттки |
| EA027360B1 (ru) * | 2014-09-23 | 2017-07-31 | Открытое акционерное общество "ИНТЕГРАЛ"-управляющая компания холдинга "ИНТЕГРАЛ" | Способ изготовления диода шоттки |
| CN109326523A (zh) * | 2018-11-21 | 2019-02-12 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | 碳化硅肖特基接触的制备方法及碳化硅肖特基二极管 |
| CN115799065A (zh) * | 2022-11-17 | 2023-03-14 | 扬州国宇电子有限公司 | 一种TiSi势垒的制备方法 |
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