JP2006332230A - ショットキーバリアダイオード及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 ショットキー電極上にコンタクト電極を形成した状態で熱処理をした場合でも、ダイオード特性の悪化を抑制する。
【解決手段】 炭化珪素からなる半導体基板１１上にエピタキシャル層１２を形成し、そのエピタキシャル層１２の表面にショットキー電極１４を形成したショットキーバリアダイオードにおいて、前記ショットキー電極１４上に貴金属のコンタクト電極１５を形成し、そのコンタクト電極１５を形成した後、６００〜１０００℃で熱処理する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、炭化珪素（ＳｉＣ）を用いたショットキー接合を有する半導体装置であるショットキーバリアダイオード及びその製造方法に関する。
炭化珪素（ＳｉＣ）は、その最大電界強度が大きいことから、大電力、高耐圧を制御する電力用半導体デバイスへの応用が期待されている。この種、炭化珪素を用いた電力用半導体デバイスの一例として、ショットキーバリアダイオードがある（例えば、特許文献１参照）。このショットキーバリアダイオードは、ｐｎ接合ダイオードと異なり、少数キャリアを使用しないことから高速スイッチングが可能となっている。
図５はショットキーバリアダイオードの構造例を示す概略断面図である。ショットキーバリアダイオードは、同図に示すように炭化珪素（ＳｉＣ）からなる半導体基板１上にエピタキシャル層２を形成し、そのエピタキシャル層２の表面にＴｉのショットキー電極４を形成すると共に、そのショットキー電極４の上にＡｌあるいはＣｕのコンタクト電極５を形成した構造を具備する。なお、半導体基板１の裏面には、Ｎｉのオーミック電極３が形成されている。
このショットキーバリアダイオードは、炭化珪素からなる半導体基板１上にエピタキシャル層２を形成し、そのエピタキシャル層２の表面にＴｉをスパッタリングまたは蒸着することによりショットキー電極４を形成した上で、そのショットキー電極４の上にＡｌあるいはＣｕをスパッタリングまたは蒸着することによりコンタクト電極５を形成する。このコンタクト電極５の形成後、例えば６００℃より低い温度で熱処理することにより、エピタキシャル層２とショットキー電極４との界面に合金層６を形成し、その界面での安定化を図っている。
特開２０００−１６４５２８号公報
ところで、前述したショットキーバリアダイオードでは、熱処理によりショットキー電極４とエピタキシャル層２との界面でＴｉとＳｉが反応し、合金層６が形成される。このような合金層６を形成することにより、ショットキー電極４とエピタキシャル層２の界面が安定化し、ダイオードに逆方向のサージ電圧が印加されたときに発生する熱に対する耐性を持ち、信頼性の向上を図っている。しかしながら、６００℃よりも低温の熱処理では、ＴｉとＳｉの合金化が十分でなく、ショットキー電極４とエピタキシャル層２の界面での安定化を図ることが困難となり、サージ電圧印加時に発生する熱に対する耐性を持たせることが難しい。
また、Ｔｉでショットキー電極４を形成した場合、他の金属よりも炭化珪素とのショットキー障壁が低いため、オン電圧が小さく、その結果、損失が小さくなることが知られている。しかしながら、ショットキー電極４のみで熱処理をした場合、Ｔｉの酸化が発生し、ショットキー障壁が高くなり、損失が大きくなってしまう。また、６００℃以上の高温で熱処理をした場合、逆方向の漏れ電流が大きくなり、ダイオード特性が悪化してしまう。また、このショットキー電極４の上にＡｌあるいはＣｕのコンタクト電極５を形成した状態で熱処理をした場合、Ｔｉの酸化などによるショットキー電極４の劣化が起こらず、ショットキー障壁が高くなることなく、低損失化が図れるが、ＴｉとＡｌあるいはＣｕが反応してしまい、漏れ電流が大きくなり、前述のショットキー電極４のみの場合と同様、ダイオード特性が悪化するという問題があった。
そこで、本発明は前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、ショットキー電極上にコンタクト電極を形成した状態で熱処理をした場合でも、ダイオード特性の悪化を抑制し得るショットキーバリアダイオード及びその製造方法を提供することにある。
前記目的を達成するための技術的手段として、本発明は、炭化珪素からなる半導体基板上にエピタキシャル層を形成し、そのエピタキシャル層の表面にショットキー電極を形成したショットキーバリアダイオードにおいて、前記ショットキー電極上に貴金属のコンタクト電極を形成したことを特徴とし、また、前記ショットキー電極上に貴金属の中間電極を形成し、その中間電極の上にコンタクト電極を形成したことを特徴とする。
また、本発明は、炭化珪素からなる半導体基板上にエピタキシャル層を形成し、そのエピタキシャル層の表面にショットキー電極を形成するショットキーバリアダイオードの製造方法において、前記ショットキー電極上に貴金属のコンタクト電極を形成した後、６００〜１０００℃で熱処理することを特徴とし、また、前記ショットキー電極上に貴金属の中間電極を形成し、その中間電極の上にコンタクト電極を形成した後、６００〜１０００℃で熱処理することを特徴とする。
本発明では、ショットキー電極上に貴金属のコンタクト電極あるいは貴金属の中間電極を形成したことにより、ショットキー電極上にコンタクト電極あるいは中間電極を形成した状態で熱処理をした場合でも、Ｔｉと貴金属が反応することが少なくなるので、漏れ電流が小さくなり、ダイオード特性の悪化を抑制することができる。
その結果、コンタクト電極の形成後、６００℃以上の高温で熱処理することが可能となり、ショットキー電極とエピタキシャル層の界面での合金化が十分なものとなり、その界面の安定化を容易に図ることができ、逆方向のサージ電圧印加時に発生する熱に対する耐性を持たせることができる。この熱処理の温度が１０００℃よりも大きくなると、ショットキー電極とエピタキシャル層の界面での合金化が進行しすぎ、ダイオード特性を悪化させることになる。
本発明によれば、ショットキー電極上に貴金属のコンタクト電極あるいは貴金属の中間電極を形成したことにより、ショットキー電極上にコンタクト電極あるいは中間電極を形成した状態で熱処理をした場合でも、Ｔｉと貴金属が反応することが少なくなるので、漏れ電流が小さくなり、ダイオード特性の悪化を抑制することができる。
その結果、コンタクト電極の形成後、６００〜１０００℃で熱処理することにより、ショットキー電極とエピタキシャル層の界面での合金化が十分なものとなり、その界面の安定化を容易に図ることができ、逆方向のサージ電圧印加時に発生する熱に対する耐性を持たせることができる。
このようにダイオード特性の悪化を抑制することができ、逆方向のサージ電圧印加時に発生する熱に対する耐性を持たせることができるので、高温での安定した動作を実現することができ、信頼性の高いショットキーバリアダイオードを提供できる。
図１は本発明の実施形態におけるショットキーバリアダイオードの構造例を示す概略断面図である。この実施形態のショットキーバリアダイオードは、同図に示すように炭化珪素（ＳｉＣ）からなる半導体基板１１上にエピタキシャル層１２を形成し、そのエピタキシャル層１２の表面にＴｉのショットキー電極１４を形成すると共に、そのショットキー電極１４の上に貴金属のコンタクト電極１５を形成した構造を具備する。なお、半導体基板１１の裏面には、Ｎｉのオーミック電極１３が形成されている。このコンタクト電極１５を形成する貴金属としては、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｉｒ等を使用することが可能である。
このショットキーバリアダイオードは、以下の要領でもって製作される。まず、炭化珪素（ＳｉＣ）からなるｎ型半導体基板１１上にｎ型エピタキシャル層１２を形成する。このエピタキシャル層１２としては、例えば、厚さ１０μｍ程度が好ましい。また、半導体基板１１のキャリア濃度は、１×１０18ｃｍ-3、エピタキシャル層１２のキャリア濃度は、５×１０15ｃｍ-3である。
前述した半導体基板１１の裏面には、Ｎｉを０．１μｍ蒸着し、熱処理を施してオーミック電極１３を形成する。その後、ショットキー電極形成のための前処理として半導体基板１１を洗浄した上で、エピタキシャル層１２の表面にＴｉ、Ａｕの順でスパッタリングする。このスパッタリングによる膜厚は、Ｔｉが０．２μｍ、Ａｕが２．０μｍとする。このＴｉ膜およびＡｕ膜の形成後、フォトリソグラフィによりＡｕ膜、Ｔｉ膜の順でパターニングすることにより、Ｔｉのショットキー電極１４とＡｕのコンタクト電極１５をエピタキシャル層１２の上に積層形成する。
このコンタクト電極１５の形成後、Ａｒの不活性ガス雰囲気中において、例えば７００℃の高温で３０分間熱処理する。この熱処理は、６００〜１０００℃の温度範囲で行うことが望ましい。この熱処理により、エピタキシャル層１２とショットキー電極１４との界面に合金層１６を形成し、その界面での安定化を図っている。その結果、逆方向のサージ電圧印加時に発生する熱に対する耐性を持たせることができる。また、この熱処理時、Ｔｉのショットキー電極１４がＡｕのコンタクト電極１５で被覆されているので、Ｔｉの酸化などによるショットキー電極１４の劣化が生じることもない。そのため、漏れ電流が増加せず、また、ショットキー障壁が高くなることなく、低損失化が図れる。
ここで、処理温度が６００℃より低いと、エピタキシャル層１２とショットキー電極１４との界面での合金化が十分でなく、その界面の安定化を図ることが困難となり、逆方向のサージ電圧印加時に発生する熱に対する耐性を持たせることが困難となる。また、処理温度が１０００℃より高くなると、ショットキー電極１４とエピタキシャル層１２の界面での合金化が進行しすぎ、ダイオード特性を悪化させることになる。
次に、図２は本発明の他の実施形態におけるショットキーバリアダイオードの構造例を示す概略断面図である。この実施形態のショットキーバリアダイオードは、同図に示すように炭化珪素からなる半導体基板１１上に形成されたエピタキシャル層１２の表面にＴｉのショットキー電極１４を形成すると共に、そのショットキー電極１４の上にＡｕの中間電極１７とＡｌのコンタクト電極１８を形成した構造を具備する。
このショットキーバリアダイオードの製作要領は、前述した図１の実施形態と同様に炭化珪素からなる半導体基板１１上にエピタキシャル層１２を形成し、そのエピタキシャル層１２の表面にＴｉ、Ａｕ、Ａｌの順でスパッタリングする。このスパッタリングによる膜厚は、Ｔｉが０．２μｍ、Ａｕが０．２μｍ、Ａｌが２．０μｍとする。このＴｉ膜、Ａｕ膜およびＡｌ膜の形成後、フォトリソグラフィによりＡｌ膜、Ａｕ膜、Ｔｉ膜の順でパターニングすることにより、Ｔｉのショットキー電極１４、Ａｕの中間電極１７およびＡｌのコンタクト電極１８をエピタキシャル層１２の上に積層形成する。このコンタクト電極１８の形成後、図１の実施形態と同様に熱処理する。
この実施形態の場合、貴金属の中間電極１７を薄く形成し、その上にＡｌあるいはＣｕのコンタクト電極１８を厚く形成することから、貴金属の使用量を減少させることができ、製品コストを低減することができる。
なお、前述した図１の実施形態では、Ｔｉのショットキー電極１４の側面が露呈しているが、図３に示すようにＴｉのショットキー電極１４’の側面をＡｕのコンタクト電極１５’で被覆するようにすれば、Ｔｉのショットキー電極１４’の劣化を防止することができる。また、図２に示す実施形態についても、Ｔｉのショットキー電極１４の側面が露呈しているが、図４に示すようにＴｉのショットキー電極１４’をＡｕの中間電極１７’で被覆するようにすれば、Ｔｉのショットキー電極１４’の劣化を防止できる。
本発明の実施形態で、貴金属のコンタクト電極を形成したショットキーバリアダイオードの構造例を示す概略断面図である。 本発明の他の実施形態で、貴金属の中間電極を形成したショットキーバリアダイオードの構造例を示す概略断面図である。 本発明の他の実施形態で、図１のショットキーバリアダイオードの変形例を示す概略断面図である。 本発明の他の実施形態で、図２のショットキーバリアダイオードの変形例を示す概略断面図である。 従来のショットキーバリアダイオードの構成例を示す概略断面図である。
符号の説明
１１ 基板
１２ エピタキシャル層
１４ ショットキー電極
１５ コンタクト電極
１７ 中間電極
１８ コンタクト電極

Claims (4)

  1. 炭化珪素からなる半導体基板上にエピタキシャル層を形成し、そのエピタキシャル層の表面にショットキー電極を形成したショットキーバリアダイオードにおいて、前記ショットキー電極上に貴金属のコンタクト電極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. 炭化珪素からなる半導体基板上にエピタキシャル層を形成し、そのエピタキシャル層の表面にショットキー電極を形成したショットキーバリアダイオードにおいて、前記ショットキー電極上に貴金属の中間電極を形成し、その中間電極の上にコンタクト電極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。
  3. 炭化珪素からなる半導体基板上にエピタキシャル層を形成し、そのエピタキシャル層の表面にショットキー電極を形成するショットキーバリアダイオードの製造方法において、前記ショットキー電極上に貴金属のコンタクト電極を形成した後、６００〜１０００℃で熱処理することを特徴とするショットキーバリアダイオードの製造方法。
  4. 炭化珪素からなる半導体基板上にエピタキシャル層を形成し、そのエピタキシャル層の表面にショットキー電極を形成するショットキーバリアダイオードの製造方法において、前記ショットキー電極上に貴金属の中間電極を形成し、その中間電極上にコンタクト電極を形成した後、６００〜１０００℃で熱処理することを特徴とするショットキーバリアダイオードの製造方法。
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