JP2009059912A - Schottky-barrier diode - Google Patents

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Hiroshi Horii
拓 堀井
Yasuo Namikawa
靖生 並川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a Schottky-barrier diode having a field plate structure capable of stably providing an electric field concentration mitigating effect. <P>SOLUTION: This Schottky-barrier diode 1 is provided with: a GaN epitaxial layer 3 formed on a GaN self-standing substrate 2; a Schottky electrode 5, an insulation layer 4, and an electrode part 7. The Schottky electrode 5 is formed to contact a surface of the GaN epitaxial layer 3. The insulation layer 4 is formed to adjoin the Schottky electrode 5 on the surface of the GaN epitaxial layer 3. The electrode part 7 is connected to the Schottky electrode 5, extends in contact with the insulation layer 4, and is formed of a material different from the material constituting the Schottky electrode 5. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、ショットキーバリアダイオードに関し、より特定的には、フィールドプレート構造を有するショットキーバリアダイオードに関する。   The present invention relates to a Schottky barrier diode, and more particularly to a Schottky barrier diode having a field plate structure.

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)。パワーデバイスに用いられるGaN材料としては、従来サファイアや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 transistor using a GaN substrate have been proposed (see, for example, Patent Document 1). As a GaN material used for a power device, a GaN epitaxial layer formed on a different substrate such as sapphire or 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)構造が知られている(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 known as a structure for suppressing electric field concentration on 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)の高耐圧化を図るため、SBDに上述したフィールドプレート構造を適用することを検討した。具体的には、SBDのショットキー電極に隣接してシリコン窒化膜などの絶縁層(フィールドプレート用絶縁層)を形成し、当該絶縁層上にショットキー電極の外周部を延在させてフィールドプレート電極とする構造を検討した。この検討において、本発明者は、フィールドプレート電極を構成するショットキー電極の構成材料(たとえば金(Au))と、フィールドプレート用絶縁層との密着性が低く、フィールドプレート用絶縁層からフィールドプレート電極が比較的容易に剥離するという問題を見出した。このようにフィールドプレート電極がフィールドプレート用絶縁層から剥離すると、フィールドプレート電極による電界集中緩和効果を安定して得ることができない。   The present inventor has studied to apply the above-described field plate structure to the SBD in order to increase the breakdown voltage of the Schottky barrier diode (SBD) using the GaN substrate. Specifically, an insulating layer (field plate insulating layer) such as a silicon nitride film is formed adjacent to the SBD Schottky electrode, and the outer peripheral portion of the Schottky electrode extends on the insulating layer to form the field plate. The structure used as an electrode was examined. In this study, the present inventor has found that the adhesion between the constituent material of the Schottky electrode constituting the field plate electrode (for example, gold (Au)) and the field plate insulating layer is low, and the field plate insulating layer to the field plate We have found the problem that the electrode peels relatively easily. When the field plate electrode is peeled from the field plate insulating layer as described above, the electric field concentration relaxation effect by the field plate electrode cannot be stably obtained.

この発明は、上記のような課題を解決するために成されたものであり、この発明の目的は、安定して電界集中緩和効果を得ることが可能なフィールドプレート構造を有するショットキーバリアダイオードを提供することである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a Schottky barrier diode having a field plate structure capable of stably obtaining an electric field concentration relaxation effect. Is to provide.

この発明に従ったショットキーバリアダイオードは、基板上に形成された半導体層と、ショットキー電極と、絶縁層と、電極部分とを備える。ショットキー電極は、半導体層の表面に接触するように形成される。絶縁層は、半導体層の表面上において、ショットキー電極に隣接するように形成される。電極部分は、ショットキー電極と接続され、絶縁層上に接触して延在するとともにショットキー電極を構成する材料と異なる材料により構成される。   A Schottky barrier diode according to the present invention includes a semiconductor layer formed on a substrate, a Schottky electrode, an insulating layer, and an electrode portion. The Schottky electrode is formed in contact with the surface of the semiconductor layer. The insulating layer is formed adjacent to the Schottky electrode on the surface of the semiconductor layer. The electrode portion is connected to the Schottky electrode, extends in contact with the insulating layer, and is made of a material different from the material constituting the Schottky electrode.

このようにすれば、絶縁層上に延在する電極部分をフィールドプレート構造を構成するフィールドプレート電極として作用させることができる。さらに、ショットキー電極を構成する材料とは別の材料を電極部分の材料として用いることができるので、ショットキー電極を構成する材料と絶縁層との密着性が低い場合であっても、電極部分を構成する材料を適宜選択することにより、電極部分と絶縁層との密着性を向上させることができる。このため、ショットキー電極を絶縁層上に直接接触させてフィールドプレート電極を構成する場合のように、フィールドプレート電極が絶縁層から剥離するといった問題の発生を抑制できる。この結果、フィールドプレート電極による電界集中緩和効果を安定して得ることができる。   In this way, the electrode portion extending on the insulating layer can be made to act as a field plate electrode constituting the field plate structure. Furthermore, since a material different from the material constituting the Schottky electrode can be used as the material of the electrode portion, the electrode portion can be used even when the adhesion between the material constituting the Schottky electrode and the insulating layer is low. By appropriately selecting the material that constitutes, the adhesion between the electrode portion and the insulating layer can be improved. For this reason, it is possible to suppress the occurrence of a problem that the field plate electrode is peeled off from the insulating layer as in the case where the Schottky electrode is directly brought into contact with the insulating layer to form the field plate electrode. As a result, the electric field concentration relaxation effect by the field plate electrode can be stably obtained.

なお、ここでフィールドプレート構造とは、絶縁層と、絶縁層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。   Here, the field plate structure is a structure constituted by an insulating layer and a field plate electrode formed on the insulating layer. 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.

上記ショットキーバリアダイオードにおいて、電極部分は、ショットキー電極の上部表面上に延在する延在部を含んでいてもよい。電極部分は延在部においてショットキー電極と接続されていてもよい。   In the above Schottky barrier diode, the electrode portion may include an extending portion that extends on the upper surface of the Schottky electrode. The electrode portion may be connected to the Schottky electrode at the extending portion.

この場合、電極部分の延在部がショットキー電極上に積層することになる。したがって、ショットキー電極および絶縁層を形成した後、電極部分をショットキー電極を覆うとともにショットキー電極に隣接する絶縁層の上部表面上にまで延在するように形成することで、本発明による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 this case, the extending portion of the electrode portion is laminated on the Schottky electrode. Therefore, after forming the Schottky electrode and the insulating layer, the electrode portion is formed so as to cover the Schottky electrode and extend to the upper surface of the insulating layer adjacent to the Schottky electrode. A key barrier diode can be easily manufactured.

上記ショットキーバリアダイオードにおいて、ショットキー電極は、電極部分上に延在する電極延在部を含んでいてもよい。ショットキー電極は電極延在部において電極部分と接続されていてもよい。   In the Schottky barrier diode, the Schottky electrode may include an electrode extension portion extending on the electrode portion. The Schottky electrode may be connected to the electrode portion at the electrode extension portion.

この場合、フィールドプレート電極を構成する部材としてショットキー電極の電極延在部を利用できるので、電極部分としては当該電極延在部と絶縁層との間に介在し、電極部分と絶縁層との密着性を確保することができるのに必要な厚みだけ形成すればよい。このため、電極部分の材料として比較的高価な材料を用いる場合であっても、ショットキーバリアダイオードの製造コストが増大することを抑制できる。   In this case, since the electrode extension part of the Schottky electrode can be used as a member constituting the field plate electrode, the electrode part is interposed between the electrode extension part and the insulating layer, and the electrode part and the insulating layer What is necessary is just to form only the thickness required in order to ensure adhesiveness. For this reason, even if it is a case where a comparatively expensive material is used as a material of an electrode part, it can suppress that the manufacturing cost of a Schottky barrier diode increases.

上記ショットキーバリアダイオードにおいて、基板は窒化ガリウム(GaN)基板であってもよい。この場合、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ため、従来のSiを用いたショットキーバリアダイオード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される。そして、このような高耐圧化をより促進するフィールドプレート構造を採用する場合に、本発明は特に効果的である。   In the Schottky barrier diode, the substrate may be a gallium nitride (GaN) substrate. In this case, gallium nitride (GaN) has various excellent characteristics such as a band gap about 3 times that of silicon (Si), a breakdown electric field strength about 10 times higher, and a larger saturation electron velocity. Therefore, it is expected to achieve both high breakdown voltage and low loss, that is, low on-resistance, which is difficult with a conventional Schottky barrier diode using Si. The present invention is particularly effective when a field plate structure that further promotes such high breakdown voltage is employed.

上記ショットキーバリアダイオードにおいて、ショットキー電極を構成する材料は、金(Au)、白金(Pt)、ニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、コバルト(Co)、銅(Cu)からなる群から選択される少なくとも一種を含んでいてもよい。   In the Schottky barrier diode, the material constituting the Schottky electrode is selected from the group consisting of gold (Au), platinum (Pt), nickel (Ni), palladium (Pd), cobalt (Co), and copper (Cu). It may contain at least one kind.

この場合、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、低リーク電流な
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顕在化する。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。
In this case, by using gold or the like as the material of the Schottky electrode, a Schottky electrode with a low leakage current can be realized, so that electric field relaxation by the field plate structure becomes obvious. As a result, the reverse leakage current decreases and the reverse withstand voltage increases.

上記ショットキーバリアダイオードにおいて、電極部分を構成する材料は、チタン(Ti)、ニッケル(Ni)、モリブデン(Mo)、クロム(Cr)、アルミニウム(Al)、タングステン(W)、およびパラジウム(Pd)からなる群から選択される少なくとも一種を含んでいてもよい。この場合、後述する絶縁層を構成する材料との良好な密着性を有する電極部分を形成することができる。   In the Schottky barrier diode, the material constituting the electrode portion is titanium (Ti), nickel (Ni), molybdenum (Mo), chromium (Cr), aluminum (Al), tungsten (W), and palladium (Pd). It may contain at least one selected from the group consisting of In this case, it is possible to form an electrode portion having good adhesion to the material constituting the insulating layer described later.

上記ショットキーバリアダイオードにおいて、絶縁層を構成する材料は、窒化珪素(SiNx)、酸化珪素(SiO)、酸化窒化珪素(SiON)、酸化ハフニウム(HfO)、窒化アルミニウム(AlN)、酸化アルミニウム(Al)、酸化ガリウム(Ga)、酸化マグネシウム(MgO)、および酸化スカンジウム(Sc)からなる群から選択される少なくとも一種を含んでいてもよい。この場合、絶縁層として十分な絶縁特性を確保できるとともに、上述した電極部分を構成する材料との良好な密着性を得ることができる。 In the Schottky barrier diode, the material constituting the insulating layer is silicon nitride (SiNx), silicon oxide (SiO 2 ), silicon oxynitride (SiON), hafnium oxide (HfO 2 ), aluminum nitride (AlN), aluminum oxide It may contain at least one selected from the group consisting of (Al 2 O 3 ), gallium oxide (Ga 2 O 3 ), magnesium oxide (MgO), and scandium oxide (Sc 2 O 3 ). In this case, it is possible to secure sufficient insulating properties as the insulating layer and to obtain good adhesion with the material constituting the electrode portion described above.

このように、本発明によれば、電極部分を含むフィールドプレート電極が絶縁層から剥離することを防止できるため、安定して電界集中緩和効果を得ることが可能なフィールドプレート構造を有するショットキーバリアダイオードを得ることができる。   As described above, according to the present invention, since the field plate electrode including the electrode portion can be prevented from peeling from the insulating layer, the Schottky barrier having the field plate structure capable of stably obtaining the electric field concentration relaxation effect. A diode can be obtained.

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、本発明によるショットキーバリアダイオードの実施の形態1の断面模式図である。図2は、図1に示したショットキーバリアダイオードの斜視模式図である。なお、図1は図2の線分I−Iにおける断面を示している。また、図2においては、ショットキーバリアダイオード(SBD)1の断面構造を示すため、ショットキーバリアダイオード1の約4分の1となる平面形状が四角形状の部分が仮想的に除去され、当該ショットキーバリアダイオードの断面が示されている。図1および図2を参照して、本発明によるショットキーバリアダイオードの実施の形態1を説明する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a first embodiment of a Schottky barrier diode according to the present invention. FIG. 2 is a schematic perspective view of the Schottky barrier diode shown in FIG. FIG. 1 shows a cross section taken along line I-I in FIG. In addition, in FIG. 2, in order to show the cross-sectional structure of the Schottky barrier diode (SBD) 1, a quadrangular portion of the planar shape that is about a quarter of the Schottky barrier diode 1 is virtually removed. A cross section of a Schottky barrier diode is shown. A first embodiment of a Schottky barrier diode according to the present invention will be described with reference to FIG. 1 and FIG.

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1では、GaN自立基板2の主表面上に半導体層としてのGaNエピタキシャル層3が形成されている。なお、GaNエピタキシャル層3は、複数のエピタキシャル層を含んでいてもよい。たとえば、GaN自立基板2の主表面上に形成されたn+GaNエピタキシャル層を2μm、当該n+GaNエピタキシャル層上に形成されたドリフト層としてのn−GaNエピタキシャル層を7μm、という積層構造を形成してもよい。このとき、ドリフト層のキャリア濃度としてはたとえば1×1016cm−3としてもよい。また、GaN自立基板2において、GaNエピタキシャル層3が形成されている主表面と反対側の表面(裏面)には、オーミック電極6が形成されている。GaNエピタキシャル層3上には、絶縁層4が形成されている。絶縁層4の厚みTは任意の厚みとすることができる。また、この絶縁層4の中央部には平面形状が円形状の開口部が形成されている。 As shown in FIGS. 1 and 2, in the Schottky barrier diode 1, a GaN epitaxial layer 3 as a semiconductor layer is formed on the main surface of the GaN free-standing substrate 2. The GaN epitaxial layer 3 may include a plurality of epitaxial layers. For example, a stacked structure in which an n + GaN epitaxial layer formed on the main surface of the GaN free-standing substrate 2 is 2 μm and an n-GaN epitaxial layer as a drift layer formed on the n + GaN epitaxial layer is 7 μm may be formed. . At this time, the carrier concentration of the drift layer may be, for example, 1 × 10 16 cm −3 . In the GaN free-standing substrate 2, an ohmic electrode 6 is formed on the surface (back surface) opposite to the main surface on which the GaN epitaxial layer 3 is formed. An insulating layer 4 is formed on the GaN epitaxial layer 3. The thickness T of the insulating layer 4 can be set to an arbitrary thickness. In addition, an opening having a circular planar shape is formed at the center of the insulating layer 4.

この開口部においてはGaNエピタキシャル層3の上部表面が露出した状態となっている。この開口部の内部において、GaNエピタキシャル層3の上部表面と接触するようにショットキー電極5が形成されている。このショットキー電極5上から絶縁層4の上部表
面上にまで延在するように電極部分7が形成されている。この電極部分7の平面形状は図2からもわかるように円形状である。また、上述したショットキー電極5の平面形状も、絶縁層4に形成された開口部の平面形状と同様の円形状となっている。
In this opening, the upper surface of the GaN epitaxial layer 3 is exposed. A Schottky electrode 5 is formed inside the opening so as to be in contact with the upper surface of the GaN epitaxial layer 3. An electrode portion 7 is formed so as to extend from above Schottky electrode 5 to the upper surface of insulating layer 4. The planar shape of the electrode portion 7 is circular as can be seen from FIG. The planar shape of the Schottky electrode 5 described above is also the same circular shape as the planar shape of the opening formed in the insulating layer 4.

この電極部分7とショットキー電極5とから電極8が形成される。電極部分7の外周部において、絶縁層4の上部表面上に延在している部分は、フィールドプレート(FP)電極部分9となる。このフィールドプレート電極部分9の長さL(絶縁層4に形成される開口部の側壁からフィールドプレート電極部分9の外周端部までの距離)は任意の距離とすることができるが、たとえば長さLを1μm以上1mm以下とすることができる。また、絶縁層4の厚みTはたとえば10nm以上5μm以下とすることができる。   An electrode 8 is formed from the electrode portion 7 and the Schottky electrode 5. In the outer peripheral portion of the electrode portion 7, the portion extending on the upper surface of the insulating layer 4 becomes a field plate (FP) electrode portion 9. The length L of the field plate electrode portion 9 (the distance from the side wall of the opening formed in the insulating layer 4 to the outer peripheral end of the field plate electrode portion 9) can be set to an arbitrary distance. L can be 1 μm or more and 1 mm or less. Moreover, the thickness T of the insulating layer 4 can be, for example, not less than 10 nm and not more than 5 μm.

このように、電極8として、ショットキー電極5と電極部分7との積層構造を採用することによって、ショットキー電極5を構成する材料としてGaNエピタキシャル層3とショットキー電極を形成することが可能な材料(たとえば金(Au)、白金(Pt)、ニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、コバルト(Co)、銅(Cu)などの材料)を用いることができる。そして、フィールドプレート電極部分9を含む電極部分7を構成する材料として絶縁層4との密着性に優れた材料を、ショットキー電極5の材料とは独立して選択することができる。たとえば、電極部分7を構成する材料として、チタン(Ti)、ニッケル(Ni)、モリブデン(Mo)、クロム(Cr)、アルミニウム(Al)、タングステン(W)、パラジウム(Pd)などを用いることができる。この結果、ショットキー電極5によって電極8のショットキー特性を良好に維持するとともに、フィールドプレート電極部分9が絶縁層4から剥がれるといった問題の発生を抑制することができる。この結果、安定してフィールドプレート構造による電荷集中緩和の効果を得ることができる。   Thus, by adopting a laminated structure of the Schottky electrode 5 and the electrode portion 7 as the electrode 8, it is possible to form the GaN epitaxial layer 3 and the Schottky electrode as materials constituting the Schottky electrode 5. A material (for example, a material such as gold (Au), platinum (Pt), nickel (Ni), palladium (Pd), cobalt (Co), copper (Cu)) can be used. A material having excellent adhesion to the insulating layer 4 can be selected independently of the material of the Schottky electrode 5 as a material constituting the electrode portion 7 including the field plate electrode portion 9. For example, titanium (Ti), nickel (Ni), molybdenum (Mo), chromium (Cr), aluminum (Al), tungsten (W), palladium (Pd), or the like is used as a material constituting the electrode portion 7. it can. As a result, the Schottky characteristics of the electrode 8 can be maintained satisfactorily by the Schottky electrode 5 and the occurrence of the problem that the field plate electrode portion 9 is peeled off from the insulating layer 4 can be suppressed. As a result, the effect of relaxing the charge concentration by the field plate structure can be obtained stably.

次に、図1および図2に示したショットキーバリアダイオードの製造工程を説明する。図3は、図1および図2に示したショットキーバリアダイオードの製造工程を説明するためのフローチャートである。図4〜図12は、図3に示したショットキーバリアダイオードの製造工程を説明するための断面模式図である。図3〜図12を参照して、本発明によるショットキーバリアダイオードの実施の形態1の製造工程を説明する。   Next, a manufacturing process of the Schottky barrier diode shown in FIGS. 1 and 2 will be described. FIG. 3 is a flowchart for explaining a manufacturing process of the Schottky barrier diode shown in FIGS. 1 and 2. 4 to 12 are schematic cross-sectional views for explaining a manufacturing process of the Schottky barrier diode shown in FIG. A manufacturing process of the first embodiment of the Schottky barrier diode according to the present invention will be described with reference to FIGS.

図3に示すように、まず基板準備工程(S10)を実施する。この工程(S10)においては、窒化ガリウム(GaN)自立基板2(図4参照)を準備する。このGaN自立基板2としては、任意の製造方法で形成された基板を用いることができるが、たとえばHVPE法で作製された(0001)面のGaN自立基板2を準備する。なお、このGaN自立基板2における平均転位密度は1×107cm-2以下とすることが好ましい。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、エッチングを行なった基板の面積で割るという方法によって測定することができる。 As shown in FIG. 3, a substrate preparation step (S10) is first performed. In this step (S10), a gallium nitride (GaN) free-standing substrate 2 (see FIG. 4) is prepared. As the GaN free-standing substrate 2, a substrate formed by an arbitrary manufacturing method can be used. For example, a (0001) -plane GaN free-standing substrate 2 manufactured by the HVPE method is prepared. The average dislocation density in the GaN free-standing substrate 2 is preferably 1 × 10 7 cm −2 or less. The dislocation density can be measured by, for example, a method of counting the number of pits formed by etching in molten KOH and dividing by the area of the etched substrate.

次に、エピタキシャル膜形成工程(S20)を実施する。具体的には、GaN自立基板2の主表面上にGaNエピタキシャル層3を任意の方法で形成する。この結果、図4に示すような構造を得る。GaNエピタキシャル層3の形成方法としては、任意の方法を用いることができるが、たとえば有機金属気相成長法(Organo-Metallic Vapor Phase Epitaxy:OMVPE法)を用いてもよい。   Next, an epitaxial film forming step (S20) is performed. Specifically, the GaN epitaxial layer 3 is formed on the main surface of the GaN free-standing substrate 2 by an arbitrary method. As a result, a structure as shown in FIG. 4 is obtained. As a method for forming the GaN epitaxial layer 3, any method can be used. For example, an organic metal vapor phase epitaxy (OMVPE method) may be used.

次に図3に示すように絶縁層形成工程(S30)を実施する。この工程(S30)においては、図5に示すようにGaNエピタキシャル層3上に絶縁層4を形成する。絶縁層4の製造方法としては任意の方法を用いることができる。また、絶縁層4を構成する材料としては、任意の材料を用いることができるが、たとえば窒化ケイ素、酸化ケイ素、酸化窒化ケイ素、酸化ハフニウム、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化マグネシウム、酸化スカンジウムなどを用いることができる。この結果、図5に示すよう
な構造を得る。
Next, as shown in FIG. 3, an insulating layer forming step (S30) is performed. In this step (S30), the insulating layer 4 is formed on the GaN epitaxial layer 3 as shown in FIG. Any method can be used as a method of manufacturing the insulating layer 4. In addition, any material can be used as the material constituting the insulating layer 4, but for example, silicon nitride, silicon oxide, silicon oxynitride, hafnium oxide, aluminum nitride, aluminum oxide, gallium oxide, magnesium oxide, scandium oxide Etc. can be used. As a result, a structure as shown in FIG. 5 is obtained.

次に、オーミック電極形成工程(S40)を実施する。この工程(S40)においては、図6に示すように、GaN自立基板2の裏面(GaN自立基板2においてGaNエピタキシャル層3が形成された表面と反対側の面)上にオーミック電極6を形成する。なお、このオーミック電極6を形成する工程に先立って、GaN自立基板2の少なくとも裏面を洗浄することが好ましい。この洗浄方法としては、たとえば有機洗浄と塩酸洗浄とを組合せて実施してもよい。   Next, an ohmic electrode formation step (S40) is performed. In this step (S40), as shown in FIG. 6, the ohmic electrode 6 is formed on the back surface of the GaN free-standing substrate 2 (the surface opposite to the surface on which the GaN epitaxial layer 3 is formed in the GaN free-standing substrate 2). . Prior to the step of forming the ohmic electrode 6, it is preferable to clean at least the back surface of the GaN free-standing substrate 2. As this cleaning method, for example, organic cleaning and hydrochloric acid cleaning may be combined.

オーミック電極6としては、単一の材料からなる電極を形成してもよいが、複数の導電体を積層した積層構造を有するオーミック電極6を形成してもよい。たとえば、オーミック電極6として、GaN自立基板2側からチタン/アルミニウム/チタン/金というように導電体としての金属層を積層した構造としてもよい。これらの金属層は電子線蒸着法(EB蒸着法)など任意の方法を用いて形成することができる。この結果、図6に示すような構造を得る。   As the ohmic electrode 6, an electrode made of a single material may be formed, but the ohmic electrode 6 having a stacked structure in which a plurality of conductors are stacked may be formed. For example, the ohmic electrode 6 may have a structure in which a metal layer as a conductor is laminated such as titanium / aluminum / titanium / gold from the GaN free-standing substrate 2 side. These metal layers can be formed using any method such as an electron beam evaporation method (EB evaporation method). As a result, a structure as shown in FIG. 6 is obtained.

次に、ショットキー電極および電極部分形成工程(S50)を実施する。この工程(S50)においては、具体的に絶縁層4上にフォトリソグラフィ法を用いてパターンを有するレジスト膜10を形成する。この結果、図7に示すような構造を得る。図7に示したレジスト膜10には、絶縁層4においてショットキー電極5(図1参照)が配置されるべき開口部を形成する領域上に開口パターンが形成されている。   Next, a Schottky electrode and electrode part forming step (S50) is performed. In this step (S50), specifically, a resist film 10 having a pattern is formed on insulating layer 4 by using a photolithography method. As a result, a structure as shown in FIG. 7 is obtained. In the resist film 10 shown in FIG. 7, an opening pattern is formed on a region in the insulating layer 4 where the opening where the Schottky electrode 5 (see FIG. 1) is to be disposed is formed.

そして、レジスト膜10をマスクとして用いて、絶縁層4をエッチングにより部分的に除去する。この結果、図8に示すように、絶縁層4において開口部11が形成される。ここで、絶縁層4を部分的に除去するためのエッチングとしては、ドライエッチングを用いてもよいがウエットエッチングを用いてもよい。   Then, using the resist film 10 as a mask, the insulating layer 4 is partially removed by etching. As a result, an opening 11 is formed in the insulating layer 4 as shown in FIG. Here, as the etching for partially removing the insulating layer 4, dry etching may be used, or wet etching may be used.

次に、図9に示すように、ショットキー電極5(図1参照)となるべき金属膜12を形成する。この金属膜12としては、上述した金などのショットキー特性の良好な材料を用いることができる。金属膜12の形成方法としては、任意の方法を用いることができるが、たとえばEB蒸着法などを用いることができる。なお、上述した金属膜12を形成する工程に先立って、開口部11において露出しているGaNエピタキシャル層3の表面を塩酸などを用いた洗浄工程によって洗浄してもよい。   Next, as shown in FIG. 9, a metal film 12 to be the Schottky electrode 5 (see FIG. 1) is formed. As the metal film 12, a material having good Schottky characteristics such as gold described above can be used. As a method for forming the metal film 12, any method can be used, and for example, an EB vapor deposition method or the like can be used. Prior to the step of forming the metal film 12 described above, the surface of the GaN epitaxial layer 3 exposed in the opening 11 may be cleaned by a cleaning process using hydrochloric acid or the like.

次に、レジスト膜10を除去することにより、レジスト膜10上に形成されていた金属膜12を同時に除去する(リフトオフ)。この結果、図10に示すように、開口部11の内部に金属膜が残り、当該金属膜からなるショットキー電極5が形成される。   Next, by removing the resist film 10, the metal film 12 formed on the resist film 10 is simultaneously removed (lift-off). As a result, as shown in FIG. 10, the metal film remains inside the opening 11, and the Schottky electrode 5 made of the metal film is formed.

次に、図11に示すように、フォトリソグラフィ法を用いて所定のパターンを有するレジスト膜13が形成される。このレジスト膜13には、ショットキー電極5を露出させるとともに、電極部分7(図1参照)が形成されるべき領域に開口パターンが形成されている。この結果、図11に示したような構造を得る。   Next, as shown in FIG. 11, a resist film 13 having a predetermined pattern is formed using a photolithography method. In the resist film 13, the Schottky electrode 5 is exposed and an opening pattern is formed in a region where the electrode portion 7 (see FIG. 1) is to be formed. As a result, a structure as shown in FIG. 11 is obtained.

次に、図12に示すように、電極部分7(図1参照)を構成する金属膜14を任意の方法により形成する。この後、レジスト膜13を除去することによって、レジスト膜13上に形成された金属膜14も除去する(リフトオフ)。この結果、ショットキー電極5上に積層した電極部分7(図1参照)が形成される。   Next, as shown in FIG. 12, a metal film 14 constituting the electrode portion 7 (see FIG. 1) is formed by an arbitrary method. Thereafter, by removing the resist film 13, the metal film 14 formed on the resist film 13 is also removed (lift-off). As a result, an electrode portion 7 (see FIG. 1) laminated on the Schottky electrode 5 is formed.

次に、後処理工程(S60)を実施する。この工程(S60)では、GaNエピタキシャル層3や電極8、オーミック電極6などが形成されたGaN自立基板2を個々のチップ
に分割する分割工程などを実施する。このようにして、図1に示したショットキーバリアダイオード1を得ることができる。
Next, a post-processing step (S60) is performed. In this step (S60), a dividing step for dividing the GaN free-standing substrate 2 on which the GaN epitaxial layer 3, the electrode 8, the ohmic electrode 6 and the like are formed into individual chips is performed. In this way, the Schottky barrier diode 1 shown in FIG. 1 can be obtained.

図13は、図1および図2に示したショットキーバリアダイオードの実施の形態1の変形例を示す断面模式図である。図13を参照して、本発明によるショットキーバリアダイオードの実施の形態1の変形例を説明する。なお、図13は図1に対応する。   FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing a modification of the first embodiment of the Schottky barrier diode shown in FIGS. 1 and 2. A modification of the first embodiment of the Schottky barrier diode according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 13 corresponds to FIG.

図13に示したショットキーバリアダイオード1は、基本的には図1および図2に示したショットキーバリアダイオードと同様の構造を備えるが、ショットキー電極5が配置された絶縁層4の開口部の側壁の形状が図1に示したショットキーバリアダイオード1異なっている。すなわち、図13に示したショットキーバリアダイオード1においては、絶縁層4における開口部の側壁がGaNエピタキシャル層3の上部表面に対して傾斜角度θだけ傾斜している。その傾斜角度θ(絶縁層4の開口部の側壁とGaNエピタキシャル層3の上部表面とのなす角度)は、たとえば0.1°以上60°以下、より好ましくは1°以上45°以下とすることができる。また、より好ましくは当該傾斜角度θを1°以上22°以下、さらに好ましくは1°以上11°以下としてもよい。このようにすれば、絶縁層4における開口部の底壁端部における電極8の角部の角度を鈍角とすることができるので、電界集中を緩和する効果をより大きくすることができる。   The Schottky barrier diode 1 shown in FIG. 13 basically has the same structure as the Schottky barrier diode shown in FIGS. 1 and 2, but the opening of the insulating layer 4 in which the Schottky electrode 5 is disposed. The side wall shape of the Schottky barrier diode 1 shown in FIG. That is, in the Schottky barrier diode 1 shown in FIG. 13, the sidewall of the opening in the insulating layer 4 is inclined by the inclination angle θ with respect to the upper surface of the GaN epitaxial layer 3. The inclination angle θ (angle formed between the sidewall of the opening of the insulating layer 4 and the upper surface of the GaN epitaxial layer 3) is, for example, 0.1 ° to 60 °, more preferably 1 ° to 45 °. Can do. More preferably, the inclination angle θ may be 1 ° or more and 22 ° or less, and more preferably 1 ° or more and 11 ° or less. In this way, the angle of the corner of the electrode 8 at the end of the bottom wall of the opening in the insulating layer 4 can be made obtuse, so that the effect of alleviating electric field concentration can be further increased.

図13に示したショットキーバリアダイオード1の製造方法は、基本的には図1および図2に示したショットキーバリアダイオード1の製造方法と同様であるが、図3に示した製造工程における工程(S50)の内容が一部異なる。すなわち、図7および図8に示した絶縁層4に開口部11を形成する工程でのエッチング条件が、図1および図2に示したショットキーバリアダイオードの製造方法と異なっている。具体的には、開口部11を形成するエッチングとしてウエットエッチングを用い、当該ウエットエッチングの条件を調整することによって、開口部11の側壁をGaNエピタキシャル層3の上部表面に対して傾斜させる。   The manufacturing method of the Schottky barrier diode 1 shown in FIG. 13 is basically the same as the manufacturing method of the Schottky barrier diode 1 shown in FIGS. 1 and 2, but the steps in the manufacturing process shown in FIG. The contents of (S50) are partially different. That is, the etching conditions in the step of forming the opening 11 in the insulating layer 4 shown in FIGS. 7 and 8 are different from the Schottky barrier diode manufacturing method shown in FIGS. Specifically, wet etching is used as the etching for forming the opening 11, and the side wall of the opening 11 is inclined with respect to the upper surface of the GaN epitaxial layer 3 by adjusting the conditions of the wet etching.

上述した開口部11の側壁をGaNエピタキシャル層3の上部表面に対して傾斜させる工程の一例としては、たとえば以下のような工程を用いることができる。まず、図3の工程(S10)〜工程(S40)までを実施し、図6に示すような構造を得る。その後、絶縁層4の上部表面をアセトン・イソプロピルアルコールにより有機洗浄する。   As an example of the step of inclining the side wall of the opening 11 with respect to the upper surface of the GaN epitaxial layer 3, the following steps can be used, for example. First, steps (S10) to (S40) in FIG. 3 are performed to obtain a structure as shown in FIG. Thereafter, the upper surface of the insulating layer 4 is organically cleaned with acetone / isopropyl alcohol.

次に、加熱温度120℃で加熱時間を2分とした脱水ベーク処理を、GaNエピタキシャル層3が形成されたGaN自立基板2に対して行なう。その後、GaNエピタキシャル層3の表面にレジスト(ポジレジスト)を塗布する。さらに、レジストに対して加熱温度110℃で加熱時間2分という条件でプリベーク処理を行なう。その後、露光・現像処理を行ない、図7に示すような開口パターンを有するレジスト膜10を形成する。さらに、加熱温度130℃、加熱時間2分という条件でレジスト膜10に対してポストベーク処理を行なう。その後、当該レジスト膜10をマスクとして、緩衝フッ酸(BHF)を用いたウエットエッチングにより絶縁層4を部分的に除去する。このBHFとしては10%のBHF(BHF110)を用いた。   Next, a dehydration baking process with a heating temperature of 120 ° C. and a heating time of 2 minutes is performed on the GaN free-standing substrate 2 on which the GaN epitaxial layer 3 is formed. Thereafter, a resist (positive resist) is applied to the surface of the GaN epitaxial layer 3. Further, a pre-bake process is performed on the resist at a heating temperature of 110 ° C. and a heating time of 2 minutes. Thereafter, an exposure / development process is performed to form a resist film 10 having an opening pattern as shown in FIG. Further, a post-bake process is performed on the resist film 10 under the conditions of a heating temperature of 130 ° C. and a heating time of 2 minutes. Thereafter, the insulating layer 4 is partially removed by wet etching using buffered hydrofluoric acid (BHF) using the resist film 10 as a mask. As this BHF, 10% BHF (BHF110) was used.

このようにして、絶縁層4に側壁が傾斜した開口部を形成することができる。このとき形成される側壁の傾斜角度θはたとえば22°程度になる。   In this way, an opening having an inclined sidewall can be formed in the insulating layer 4. The inclination angle θ of the side wall formed at this time is about 22 °, for example.

なお、上述した開口部を形成する工程において、現像処理後のポストベーク処理を行なわず、そのままウエットエッチングを行なうことで、より側壁の傾斜角度θを小さくする(たとえば傾斜角度θを11°程度にする)ことができる。これは、ポストベーク処理を省略することで、ポストベークによるレジスト膜と絶縁層との密着性の向上がなされない
ため、ウエットエッチングにおける開口部側壁のエッチングがより促進されるためである。
In the step of forming the opening described above, the sidewall inclination angle θ is further reduced by performing wet etching as it is without performing post-baking processing after development processing (for example, the inclination angle θ is set to about 11 °). can do. This is because by omitting the post-bake treatment, the adhesion between the resist film and the insulating layer is not improved by the post-bake, so that the etching of the opening side wall in the wet etching is further promoted.

このように側壁の傾斜した開口部を形成した後は、図9〜図12を用いて説明した工程と同様の工程を実施することで、図13に示すショットキーバリアダイオードを得ることができる。   After forming the opening with the inclined sidewall as described above, the same process as that described with reference to FIGS. 9 to 12 is performed, whereby the Schottky barrier diode shown in FIG. 13 can be obtained.

(実施の形態2)
図14は、本発明によるショットキーバリアダイオードの実施の形態2を示す断面模式図である。図14を参照して、本発明によるショットキーバリアダイオードの実施の形態2を説明する。
(Embodiment 2)
FIG. 14 is a schematic sectional view showing a second embodiment of the Schottky barrier diode according to the present invention. A second embodiment of the Schottky barrier diode according to the present invention will be described with reference to FIG.

図14を参照して、本発明によるショットキーバリアダイオード1は、基本的には図1および図2に示したショットキーバリアダイオードと同様の構造を備えるが、電極8の構造が異なっている。すなわち、図14に示したショットキーバリアダイオード1の電極8では、絶縁層4において開口部11の外側における絶縁層4の上部表面上に位置する部分に、絶縁層4の上部表面と接触するように電極部分7が形成されている。この電極部分7は、下層電極部分21と上層電極部分22との2層からなる積層構造を有している。下層電極部分21を構成する材料としてはたとえばチタンを用いることができる。上層電極部分22を構成する材料としてはたとえば金を用いることができる。   Referring to FIG. 14, a Schottky barrier diode 1 according to the present invention basically has the same structure as the Schottky barrier diode shown in FIGS. 1 and 2, but the structure of electrode 8 is different. That is, in the electrode 8 of the Schottky barrier diode 1 shown in FIG. 14, a portion of the insulating layer 4 located on the upper surface of the insulating layer 4 outside the opening 11 is in contact with the upper surface of the insulating layer 4. An electrode portion 7 is formed on the substrate. The electrode portion 7 has a laminated structure including two layers of a lower layer electrode portion 21 and an upper layer electrode portion 22. As a material constituting the lower electrode portion 21, for example, titanium can be used. For example, gold can be used as the material constituting the upper electrode portion 22.

そして、この電極部分7上から開口部11において露出するGaNエピタキシャル層3の上部表面上にまで延在するようにショットキー電極5が形成されている。このような構造によっても、図1および図2に示したショットキーバリアダイオードと同様の効果を得ることができる。すなわち、フィールドプレート電極部分9が絶縁層4側から見て電極部分7とショットキー電極5との積層構造となっている。このため、電極部分7として絶縁層4との密着性に優れた材料を選択することで、当該フィールドプレート電極部分9が絶縁層4から剥離しやすくなるといった問題の発生を抑制できる。   Schottky electrode 5 is formed so as to extend from above electrode portion 7 to the upper surface of GaN epitaxial layer 3 exposed at opening 11. Even with such a structure, the same effects as those of the Schottky barrier diode shown in FIGS. 1 and 2 can be obtained. That is, the field plate electrode portion 9 has a laminated structure of the electrode portion 7 and the Schottky electrode 5 when viewed from the insulating layer 4 side. For this reason, by selecting a material having excellent adhesion to the insulating layer 4 as the electrode portion 7, it is possible to suppress the occurrence of a problem that the field plate electrode portion 9 is easily separated from the insulating layer 4.

図14に示したショットキーバリアダイオードの製造方法は、基本的には図3に示したショットキーバリアダイオードの製造方法と同様であるが、ショットキー電極および電極部分形成工程(S50)の内容が本発明によるショットキーバリアダイオードの実施の形態1の製造方法とは異なっている。具体的には、絶縁層4において、図7および図8に示した工程と同様の工程を用いて開口部11を形成する。その後、図14に示した電極部分7が形成されるべき領域(開口部11の外側であって開口部11を囲む環状の部分)を露出するような環状の溝パターンを有するレジスト膜を形成する。そして、電極部分7を構成する下層電極部分21および上層電極部分22となるべき金属膜を任意の方法で形成する。その後、リフトオフ法を用いて当該電極部分7となるべき金属膜以外の部分を除去する。具体的には、レジスト膜とともに当該レジスト膜上に形成された金属膜を除去する。   The manufacturing method of the Schottky barrier diode shown in FIG. 14 is basically the same as the manufacturing method of the Schottky barrier diode shown in FIG. 3, but the contents of the Schottky electrode and electrode portion forming step (S50) are the same. This is different from the manufacturing method of the first embodiment of the Schottky barrier diode according to the present invention. Specifically, in the insulating layer 4, the opening 11 is formed using a process similar to the process shown in FIGS. 7 and 8. Thereafter, a resist film having an annular groove pattern is formed so as to expose a region where the electrode portion 7 shown in FIG. 14 is to be formed (an annular portion outside the opening 11 and surrounding the opening 11). . And the metal film which should become the lower layer electrode part 21 and the upper layer electrode part 22 which comprise the electrode part 7 is formed by arbitrary methods. Thereafter, a portion other than the metal film to be the electrode portion 7 is removed by using a lift-off method. Specifically, the metal film formed on the resist film is removed together with the resist film.

その後、図14に示したショットキー電極5が形成されるべき領域(開口部11を囲む環状の部分であって電極部分7が形成された領域と、開口部11の内部)に平面形状が円形状の開口パターンを有するレジスト膜を再度形成する。そして、当該レジスト膜上および開口パターンの内部にショットキー電極5となるべき金属膜を形成する。そして、レジスト膜を除去することにより、レジスト膜の上部表面上に形成されていた金属膜を除去する(リフトオフ)。この結果、開口部11の内部から電極部分7の上部表面上にまで延在するショットキー電極5(図14参照)を得ることができる。このようにして電極8を形成した後は、図3の後処理工程(S60)と同様の工程を実施することにより、図14に示すショットキーバリアダイオード1を得ることができる。   After that, the planar shape is circular in the region where the Schottky electrode 5 shown in FIG. 14 is to be formed (the annular portion surrounding the opening 11 where the electrode portion 7 is formed and the inside of the opening 11). A resist film having a shape opening pattern is formed again. Then, a metal film to be the Schottky electrode 5 is formed on the resist film and inside the opening pattern. Then, by removing the resist film, the metal film formed on the upper surface of the resist film is removed (lift-off). As a result, the Schottky electrode 5 (see FIG. 14) extending from the inside of the opening 11 to the upper surface of the electrode portion 7 can be obtained. After the electrode 8 is formed in this way, the Schottky barrier diode 1 shown in FIG. 14 can be obtained by performing the same process as the post-processing process (S60) in FIG.

図15は、図14に示したショットキーバリアダイオードの実施の形態2の変形例を示す断面模式図である。図15を参照して、本発明によるショットキーバリアダイオードの実施の形態2の変形例を説明する。図15に示したショットキーバリアダイオード1は、基本的には図14に示したショットキーバリアダイオード1と同様の構造を備えるが、絶縁層4に形成された開口部11の側壁がGaNエピタキシャル層3の上部表面に対して傾斜している点が異なっている。すなわち、絶縁層4の開口部11の側壁の延在方向とGaNエピタキシャル層3の上部表面とのなす角である傾斜角度θが鋭角となっている。この傾斜角度θは図13で示したθと同様に、0.1°以上60°以下、より好ましくは1°以上45°以下とすることができる。また、より好ましくは当該傾斜角度θを1°以上22°以下、さらに好ましくは1°以上11°以下としてもよい。このような構造によっても、図14に示したショットキーバリアダイオード1と同様の効果を得ることができるとともに、図13に示したショットキーバリアダイオード1による効果と同様の効果を得ることができる。   FIG. 15 is a schematic cross-sectional view showing a modification of the second embodiment of the Schottky barrier diode shown in FIG. A modification of the second embodiment of the Schottky barrier diode according to the present invention will be described with reference to FIG. The Schottky barrier diode 1 shown in FIG. 15 basically has the same structure as that of the Schottky barrier diode 1 shown in FIG. 14, but the side wall of the opening 11 formed in the insulating layer 4 is a GaN epitaxial layer. 3 is different in that it is inclined with respect to the upper surface. That is, the inclination angle θ, which is the angle formed between the extending direction of the side wall of the opening 11 of the insulating layer 4 and the upper surface of the GaN epitaxial layer 3, is an acute angle. This inclination angle θ can be set to 0.1 ° to 60 °, more preferably 1 ° to 45 °, similarly to θ shown in FIG. More preferably, the inclination angle θ may be 1 ° or more and 22 ° or less, and more preferably 1 ° or more and 11 ° or less. Even with such a structure, the same effect as that of the Schottky barrier diode 1 shown in FIG. 14 can be obtained, and the same effect as that of the Schottky barrier diode 1 shown in FIG. 13 can be obtained.

図15に示したショットキーバリアダイオードの製造方法は、基本的には、図14に示したショットキーバリアダイオードの製造方法と同様であるが、絶縁層4に開口部11を形成するときのエッチング条件が異なる。具体的には、開口部11を形成するエッチングとしてウエットエッチングを用い、当該ウエットエッチングの条件を調整することによって、開口部11の側壁をGaNエピタキシャル層3の上部表面に対して傾斜させる。   The manufacturing method of the Schottky barrier diode shown in FIG. 15 is basically the same as the manufacturing method of the Schottky barrier diode shown in FIG. 14, but etching is performed when the opening 11 is formed in the insulating layer 4. The conditions are different. Specifically, wet etching is used as the etching for forming the opening 11, and the side wall of the opening 11 is inclined with respect to the upper surface of the GaN epitaxial layer 3 by adjusting the conditions of the wet etching.

上述した本発明の実施の形態と一部重複する部分もあるが、以下に本発明の特徴的な構成を列挙する。   Although there is a part which overlaps with embodiment of this invention mentioned above, the characteristic structure of this invention is enumerated below.

この発明に従ったショットキーバリアダイオード1(SBD1)は、基板としてのGaN自立基板2上に形成された半導体層としてのGaNエピタキシャル層3と、ショットキー電極5と、絶縁層4と、電極部分7とを備える。ショットキー電極5は、GaNエピタキシャル層3の表面に接触するように形成される。絶縁層4は、GaNエピタキシャル層3の表面上において、ショットキー電極5に隣接するように形成される。電極部分7は、ショットキー電極5と接続され、絶縁層4上に接触して延在するとともにショットキー電極5を構成する材料と異なる材料により構成される。   A Schottky barrier diode 1 (SBD1) according to the present invention includes a GaN epitaxial layer 3 as a semiconductor layer formed on a GaN free-standing substrate 2 as a substrate, a Schottky electrode 5, an insulating layer 4, and an electrode portion. 7. Schottky electrode 5 is formed in contact with the surface of GaN epitaxial layer 3. The insulating layer 4 is formed adjacent to the Schottky electrode 5 on the surface of the GaN epitaxial layer 3. The electrode portion 7 is connected to the Schottky electrode 5, extends in contact with the insulating layer 4, and is made of a material different from the material constituting the Schottky electrode 5.

このようにすれば、絶縁層4上に延在する電極部分7を、フィールドプレート構造を構成するフィールドプレート電極として作用させることができる。さらに、ショットキー電極5を構成する材料とは別の材料を電極部分7の材料として用いることができるので、ショットキー電極5を構成する材料と絶縁層4との密着性が低い場合であっても、電極部分7を構成する材料を適宜選択することにより、電極部分7と絶縁層4との密着性を向上させることができる。このため、ショットキー電極5を絶縁層4上に直接接触させてフィールドプレート電極を構成する場合のように、フィールドプレート電極が絶縁層4から剥離するといった問題の発生を抑制できる。この結果、フィールドプレート電極による電界集中緩和効果を安定して得ることができる。   In this way, the electrode portion 7 extending on the insulating layer 4 can act as a field plate electrode constituting the field plate structure. Further, since a material different from the material constituting the Schottky electrode 5 can be used as the material of the electrode portion 7, the adhesion between the material constituting the Schottky electrode 5 and the insulating layer 4 is low. In addition, the adhesiveness between the electrode portion 7 and the insulating layer 4 can be improved by appropriately selecting the material constituting the electrode portion 7. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of a problem that the field plate electrode is peeled off from the insulating layer 4 as in the case where the Schottky electrode 5 is brought into direct contact with the insulating layer 4 to form the field plate electrode. As a result, the electric field concentration relaxation effect by the field plate electrode can be stably obtained.

上記ショットキーバリアダイオード1において、電極部分7は、図1に示すようにショットキー電極5の上部表面上に延在する延在部(ショットキー電極5上に積層した部分)を含んでいてもよい。電極部分7は延在部においてショットキー電極5と接続されていてもよい。   In the Schottky barrier diode 1, the electrode portion 7 may include an extending portion (portion laminated on the Schottky electrode 5) extending on the upper surface of the Schottky electrode 5 as shown in FIG. 1. Good. The electrode portion 7 may be connected to the Schottky electrode 5 at the extending portion.

この場合、電極部分7の延在部がショットキー電極5上に積層することになる。したがって、ショットキー電極5および絶縁層4を形成した後、電極部分7を、ショットキー電極5を覆うとともにショットキー電極5に隣接する絶縁層4の上部表面上にまで延在するように形成することで、本発明によるショットキーバリアダイオード1を容易に製造する
ことができる。
In this case, the extending portion of the electrode portion 7 is laminated on the Schottky electrode 5. Therefore, after the Schottky electrode 5 and the insulating layer 4 are formed, the electrode portion 7 is formed so as to cover the Schottky electrode 5 and extend to the upper surface of the insulating layer 4 adjacent to the Schottky electrode 5. Thus, the Schottky barrier diode 1 according to the present invention can be easily manufactured.

上記ショットキーバリアダイオード1において、図14に示すように、ショットキー電極5は、電極部分7上に延在する電極延在部(フィールドプレート電極部分9)を含んでいてもよい。ショットキー電極5は電極延在部(フィールドプレート電極部分9)において電極部分7と接続されていてもよい。   In the Schottky barrier diode 1, as shown in FIG. 14, the Schottky electrode 5 may include an electrode extension portion (field plate electrode portion 9) extending on the electrode portion 7. Schottky electrode 5 may be connected to electrode portion 7 at the electrode extension portion (field plate electrode portion 9).

この場合、フィールドプレート電極を構成する部材としてショットキー電極5のフィールドプレート電極部分9を利用できるので、電極部分7としては当該フィールドプレート電極部分9と絶縁層4との間に介在し、電極部分7と絶縁層4との密着性を確保することができるのに必要な厚みだけ形成すればよい。このため、電極部分7の材料として比較的高価な材料を用いる場合であっても、ショットキーバリアダイオード1の製造コストが増大することを抑制できる。   In this case, since the field plate electrode portion 9 of the Schottky electrode 5 can be used as a member constituting the field plate electrode, the electrode portion 7 is interposed between the field plate electrode portion 9 and the insulating layer 4, and the electrode portion. It is only necessary to form a thickness necessary for ensuring the adhesion between the insulating layer 4 and the insulating layer 4. For this reason, even if it is a case where a comparatively expensive material is used as a material of the electrode part 7, it can suppress that the manufacturing cost of the Schottky barrier diode 1 increases.

上記ショットキーバリアダイオードにおいて、上述のように基板は窒化ガリウム(GaN)基板(GaN自立基板2)を用いている。この場合、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ため、従来のSiを用いたショットキーバリアダイオード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される。そして、このような高耐圧化をより促進するフィールドプレート構造を採用する場合に、本発明は特に効果的である。   In the Schottky barrier diode, as described above, a gallium nitride (GaN) substrate (GaN free-standing substrate 2) is used as the substrate. In this case, gallium nitride (GaN) has various excellent characteristics such as a band gap about 3 times that of silicon (Si), a breakdown electric field strength about 10 times higher, and a larger saturation electron velocity. Therefore, it is expected to achieve both high breakdown voltage and low loss, that is, low on-resistance, which is difficult with a conventional Schottky barrier diode using Si. The present invention is particularly effective when a field plate structure that further promotes such high breakdown voltage is employed.

上記ショットキーバリアダイオード1は、GaN自立基板2においてGaNエピタキシャル層3が形成された面と反対側の裏面上に形成されたオーミック電極6をさらに備えている。このようにすれば、上記ショットキーバリアダイオード1は、ショットキー電極5およびオーミック電極6の一方から他方へと電流が流れる、縦型構造を有することになる。一般にパワーデバイスでは、横型構造に比べて縦型構造はより大きな電流を流すことができるので、縦型構造はパワーデバイスにより適した構造である。(なお、サファイアは絶縁性のため、サファイア基板を用いたパワーデバイスは縦型構造とすることができない。)上記のように、基板としてGaN自立基板2を用いる場合、当該GaN自立基板2が導電性であるため、オーミック電極6を裏面側に形成した縦型構造が可能となる。   The Schottky barrier diode 1 further includes an ohmic electrode 6 formed on the back surface of the GaN free-standing substrate 2 opposite to the surface on which the GaN epitaxial layer 3 is formed. In this way, the Schottky barrier diode 1 has a vertical structure in which current flows from one of the Schottky electrode 5 and the ohmic electrode 6 to the other. Generally, in the power device, the vertical structure can pass a larger current than the horizontal structure, and therefore the vertical structure is a structure more suitable for the power device. (Because sapphire is insulative, a power device using a sapphire substrate cannot have a vertical structure.) As described above, when the GaN free-standing substrate 2 is used as the substrate, the GaN free-standing substrate 2 is conductive. Therefore, a vertical structure in which the ohmic electrode 6 is formed on the back surface side is possible.

上記ショットキーバリアダイオード1において、ショットキー電極5を構成する材料は、金(Au)、白金(Pt)、ニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、コバルト(Co)、銅(Cu)からなる群から選択される少なくとも一種を含んでいてもよい。たとえば、ショットキー電極5を構成する材料は、金(Au)、白金(Pt)、ニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、コバルト(Co)、銅(Cu)のいずれか、あるいはこれらの金属のうちの2つ以上を含む合金であってもよい。また、上記ショットキー電極5は、上述した金属のいずれか、あるいは上記金属のうちの2つ以上を含む合金からなる単一層であってもよいし、上記金属のうちの少なくとも1つを含む積層構造であってもよい。   In the Schottky barrier diode 1, the material constituting the Schottky electrode 5 is a group consisting of gold (Au), platinum (Pt), nickel (Ni), palladium (Pd), cobalt (Co), and copper (Cu). It may contain at least one selected from. For example, the material constituting the Schottky electrode 5 is any one of gold (Au), platinum (Pt), nickel (Ni), palladium (Pd), cobalt (Co), copper (Cu), or these metals. An alloy containing two or more of them may be used. Further, the Schottky electrode 5 may be a single layer made of any of the metals described above or an alloy including two or more of the metals, or a laminate including at least one of the metals. It may be a structure.

この場合、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、低リーク電流な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顕在化する。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。   In this case, by using gold or the like as the material of the Schottky electrode, a Schottky electrode with a low leakage current can be realized, so that electric field relaxation by the field plate structure becomes obvious. As a result, the reverse leakage current decreases and the reverse withstand voltage increases.

上記ショットキーバリアダイオードにおいて、電極部分7を構成する材料は、チタン(Ti)、ニッケル(Ni)、モリブデン(Mo)、クロム(Cr)、アルミニウム(Al)、タングステン(W)、およびパラジウム(Pd)からなる群から選択される少なくとも一種を含んでいてもよい。たとえば、電極部分7は、上記金属の少なくとも1つからなる単一の膜であってもよいし、上記金属のうちの2つ以上を含む合金を含んでいてもよい
。また、電極部分7は、上記金属の少なくとも1つを含む積層構造であってもよい。当該積層構造では、電極部分7のうちの絶縁層4と接触する部分が上記金属を含んでいればよく、積層構造において絶縁層4と直接接触しない層(絶縁層4と接触する表層以外の層)は上記金属以外の材料(導電体)により構成されていてもよい。この場合、後述する絶縁層4を構成する材料との良好な密着性を有する電極部分を形成することができる。
In the Schottky barrier diode, the material constituting the electrode portion 7 is titanium (Ti), nickel (Ni), molybdenum (Mo), chromium (Cr), aluminum (Al), tungsten (W), and palladium (Pd). At least one selected from the group consisting of: For example, the electrode portion 7 may be a single film made of at least one of the above metals, or may contain an alloy containing two or more of the above metals. The electrode portion 7 may have a laminated structure including at least one of the above metals. In the laminated structure, it is only necessary that a portion of the electrode portion 7 that contacts the insulating layer 4 contains the metal, and a layer that does not directly contact the insulating layer 4 in the laminated structure (a layer other than the surface layer that contacts the insulating layer 4). ) May be made of a material (conductor) other than the above metal. In this case, an electrode portion having good adhesion with a material constituting the insulating layer 4 described later can be formed.

上記ショットキーバリアダイオード1において、絶縁層4を構成する材料は、窒化珪素(SiNx)、酸化珪素(SiO)、酸化窒化珪素(SiON)、酸化ハフニウム(HfO)、窒化アルミニウム(AlN)、酸化アルミニウム(Al)、酸化ガリウム(Ga)、酸化マグネシウム(MgO)、および酸化スカンジウム(Sc)からなる群から選択される少なくとも一種を含んでいてもよい。この場合、絶縁層4として十分な絶縁特性を確保できるとともに、上述した電極部分7を構成する材料との良好な密着性を得ることができる。 In the Schottky barrier diode 1, the material constituting the insulating layer 4 is silicon nitride (SiNx), silicon oxide (SiO 2 ), silicon oxynitride (SiON), hafnium oxide (HfO 2 ), aluminum nitride (AlN), At least one selected from the group consisting of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), gallium oxide (Ga 2 O 3 ), magnesium oxide (MgO), and scandium oxide (Sc 2 O 3 ) may be included. In this case, it is possible to ensure sufficient insulating properties as the insulating layer 4 and to obtain good adhesion with the material constituting the electrode portion 7 described above.

上記ショットキーバリアダイオード1において、GaN自立基板2の転位密度は、1×10cm−2以下であってもよい。 In the Schottky barrier diode 1, the dislocation density of the GaN free-standing substrate 2 may be 1 × 10 8 cm −2 or less.

ここで、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の高耐圧化について検討を進める中で、以下のような現象を見出した。すなわち、従来パワーデバイス用GaN材料として一般的に用いられてきた、Si基板やサファイア基板などの異種基板上に形成したGaNエピタキシャル層(半導体層)を用いて、ショットキーバリアダイオードを作製した場合、当該ショットキーバリアダイオードにフィールドプレート(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顕著には得られない、という現象を本発明者は見出したのである。本発明者は、上述した現象の発生原因について検討した。その結果、Si基板やサファイア基板などの異種基板とGaNとの結晶構造の違いのために、形成されるGaNエピタキシャル層中の転位密度が1×10cm−2以上と多いことが上記現象の発生原因であると推定した。このため、上記のように1×10cm−2以下という低転位密度を有するGaN自立基板2を用いることで、半導体層(GaNエピタキシャル層3)中の転位が減少する。この結果、フィールドプレート構造を有するショットキーバリアダイオード1において、逆方向リーク電流が減少しているという条件下で、フィールドプレート構造による電界緩和が起こる。したがって、逆方向リーク電流がさらに減少し、逆方向耐電圧を上昇させることができる。GaN自立基板2の転位密度は低いほど好ましい。たとえば、GaN自立基板2の転位密度は、1×10cm−2以下であればより好ましい。なお、現状では、GaN自立基板2の転位密度の下限値は1×10cm−2程度である。 Here, the present inventor has found the following phenomenon in the course of studying a high breakdown voltage of a Schottky barrier diode using a GaN substrate. That is, when a Schottky barrier diode is produced using a GaN epitaxial layer (semiconductor layer) formed on a heterogeneous substrate such as a Si substrate or a sapphire substrate, which has been generally used as a GaN material for conventional power devices, Even when a field plate (FP) structure is applied to the Schottky barrier diode, the effect of reducing the reverse leakage current and increasing the reverse withstand voltage based on the electric field concentration relaxation at the Schottky electrode end due to the FP structure is remarkable. The present inventor has found a phenomenon that cannot be obtained. The present inventor examined the cause of the phenomenon described above. As a result, the dislocation density in the formed GaN epitaxial layer is often as high as 1 × 10 8 cm −2 or more due to the difference in crystal structure between GaN and a heterogeneous substrate such as a Si substrate or a sapphire substrate. Presumed to be the cause. For this reason, by using the GaN free-standing substrate 2 having a low dislocation density of 1 × 10 8 cm −2 or less as described above, dislocations in the semiconductor layer (GaN epitaxial layer 3) are reduced. As a result, in the Schottky barrier diode 1 having the field plate structure, electric field relaxation occurs due to the field plate structure under the condition that the reverse leakage current is reduced. Therefore, the reverse leakage current is further reduced, and the reverse withstand voltage can be increased. The lower the dislocation density of the GaN free-standing substrate 2, the better. For example, the dislocation density of the GaN free-standing substrate 2 is more preferably 1 × 10 6 cm −2 or less. Currently, the lower limit of the dislocation density of the GaN free-standing substrate 2 is about 1 × 10 3 cm −2 .

上記ショットキーバリアダイオード1において、絶縁層4の厚みtは、10nm以上5μm以下であってもよい。絶縁層の厚み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場合がある。また、絶縁層4の厚みt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。絶縁層4の厚みt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。   In the Schottky barrier diode 1, the thickness t of the insulating layer 4 may be not less than 10 nm and not more than 5 μm. If the thickness t of the insulating layer is less than 10 nm, the withstand voltage of the insulating layer 4 is low, and the insulating layer 4 may be destroyed first and the effect of the field plate structure may not be obtained. Further, if the thickness t of the insulating layer 4 exceeds 5 μm, the electric field relaxation itself by the field plate structure cannot be obtained. The thickness t of the insulating layer 4 is more preferably 0.2 μm or more and 2 μm or less in, for example, a withstand voltage 1 kV design.

上記ショットキーバリアダイオード1において、少なくとも電極部分7を含むフィールドプレート電極として作用する部分の、絶縁層4と重なる部分の長さL(図1参照)は、1μm以上1mm以下であってもよい。上記長さLが1μm未満であれば、フィールドプレート電極が絶縁層4と重なる部分の寸法の制御が困難となり、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L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L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。
In the Schottky barrier diode 1, the length L (see FIG. 1) of the portion that acts as a field plate electrode including at least the electrode portion 7 and overlaps with the insulating layer 4 may be 1 μm or more and 1 mm or less. If the length L is less than 1 μm, it is difficult to control the size of the portion where the field plate electrode overlaps the insulating layer 4, and the effect of the field plate structure cannot be obtained stably. Further, if the length L 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 L is more preferably 5 μm or more and 40 μm or less because the depletion layer width extends from 2 μm to 20 μm.

上記ショットキーバリアダイオード1において、絶縁層4のショットキー電極5に面する端面(側壁)は、図13や図15に示すように、GaNエピタキシャル層3の表面に対して傾斜しており、当該端面とGaNエピタキシャル層3の表面とのなす角度である傾斜角度θは0.1°以上60°以下であることが好ましい。また、電極部分7を含むフィールドプレート電極として作用する電極の部分は、絶縁層4の上記端面に接着するように、絶縁層4に重ねられていることが好ましい。この場合、絶縁層4の端面がGaNエピタキシャル層3の表面に対し傾斜しているために、フィールドプレート構造による電界緩和の効果を増大させることができるので、ショットキーバリアダイオード1の逆方向耐電圧を一層向上させることができる。   In the Schottky barrier diode 1, the end face (side wall) facing the Schottky electrode 5 of the insulating layer 4 is inclined with respect to the surface of the GaN epitaxial layer 3 as shown in FIG. 13 and FIG. The inclination angle θ, which is an angle formed between the end face and the surface of the GaN epitaxial layer 3, is preferably 0.1 ° or more and 60 ° or less. Moreover, it is preferable that the part of the electrode acting as a field plate electrode including the electrode part 7 is overlapped with the insulating layer 4 so as to adhere to the end face of the insulating layer 4. In this case, since the end face of the insulating layer 4 is inclined with respect to the surface of the GaN epitaxial layer 3, the effect of field relaxation by the field plate structure can be increased. Can be further improved.

ここで、上記傾斜角度が小さくなるほどフィールドプレート構造による電界緩和の効果が大きくなり、ショットキーバリアダイオード1の耐圧を向上させることができる。しかし、傾斜角度θが0.1°未満であれば、角度の再現性が得にくくなるため製造上問題となる場合があり、また、電流が流れないフィールドプレート電極が、ショットキー電極5に対して相対的に大きくなるため、余計に原料が必要となり製造上不利となる。一方、傾斜角度θが60°超であれば、電界緩和の効果が小さくなる。なお、傾斜角度θは、1°以上30°以下であればより好ましい。絶縁層4の端面の傾斜は、上述のようなウエットエッチングや、ドライエッチングなどによっても形成することができる。   Here, the electric field relaxation effect by the field plate structure increases as the tilt angle decreases, and the breakdown voltage of the Schottky barrier diode 1 can be improved. However, if the tilt angle θ is less than 0.1 °, the angle reproducibility becomes difficult to obtain, which may cause a problem in manufacturing. Also, the field plate electrode through which no current flows is in contrast to the Schottky electrode 5. Since it becomes relatively large, extra raw materials are required, which is disadvantageous in production. On the other hand, if the inclination angle θ exceeds 60 °, the effect of electric field relaxation becomes small. The inclination angle θ is more preferably 1 ° or more and 30 ° or less. The inclination of the end face of the insulating layer 4 can also be formed by wet etching as described above, dry etching, or the like.

上記ショットキーバリアダイオード1において、絶縁層4は窒化絶縁膜であってもよく、窒化絶縁膜中の水素濃度は、3.8×1022cm−3未満であってもよい。なお、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。 In the Schottky barrier diode 1, the insulating layer 4 may be a nitride insulating film, and the hydrogen concentration in the nitride insulating film may be less than 3.8 × 10 22 cm −3 . Note that the nitride insulating film refers to an insulating nitride-containing film such as SiNx (silicon nitride film) or AlN (aluminum nitride).

ここで、本発明者は、GaN基板(GaN自立基板2)を用いたSBDの高耐圧化について検討を進める中で、以下のような現象を見出した。すなわち、GaN基板上に形成したGaNエピタキシャル層3などの半導体層を用いて作製したショットキーバリアダイオードに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という現象を発明者は発見した。   Here, the present inventor found the following phenomenon while proceeding with the study on the high breakdown voltage of the SBD using the GaN substrate (GaN free-standing substrate 2). That is, even if the FP structure is applied to a Schottky barrier diode manufactured using a semiconductor layer such as the GaN epitaxial layer 3 formed on the GaN substrate, the reverse resistance based on the electric field concentration relaxation at the Schottky electrode end by the FP structure. The inventor has discovered a phenomenon that the effect of voltage rise is suppressed.

本発明者は、このような現象の発生原因について検討した結果、当該発生原因を以下のように推定するに至った。すなわち、FP構造を構成する窒化絶縁膜を、プラズマCVD法を用いて成膜する際には、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することにより、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基板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。そして、FP構造を有するSBDでは、水素が基板に取り込まれると悪影響を及ぼす。すなわち、本発明者は、基板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。したがって、上記のように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を意味する。これによって水素のGaNエピタキシャル層3(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、窒化絶縁膜中の水素濃度を3.8×1022cm−3未満、より好ましくは2.0×1022cm−3未満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、水素が基板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5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可能性を低減できる。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。ここで、窒化絶縁膜中の水素濃度は低いほど好ましく、たとえば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。
As a result of examining the cause of occurrence of such a phenomenon, the present inventor has estimated the cause of the occurrence as follows. That is, when the nitride insulating film constituting the FP structure is formed using the plasma CVD method, ammonia is usually used as a source gas. Therefore, hydrogen radicals, hydrogen ions, and the like are generated by the dissociation of ammonia molecules during film formation. In this specification, “hydrogen species” is used as a term including hydrogen radicals and hydrogen ions. As a result of the generation of hydrogen species, hydrogen is taken into the substrate, resulting in an increase in the hydrogen concentration in the nitride insulating film. And in SBD which has FP structure, when hydrogen is taken in into a board | substrate, it will have a bad influence. That is, the present inventor has estimated that the hydrogen incorporated into the substrate 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, reducing the hydrogen concentration in the nitride insulating film as described above means that the amount of hydrogen species generated when the nitride insulating film is formed is reduced. As a result, adverse effects of hydrogen on the GaN epitaxial layer 3 (semiconductor layer) can be eliminated. Accordingly, when the nitride concentration in the nitride insulating film is regulated to be less than 3.8 × 10 22 cm −3 , more preferably less than 2.0 × 10 22 cm −3 , the nitride insulating film having a high hydrogen concentration is used. As compared with, the adverse effect of hydrogen being taken into the substrate can be eliminated. Therefore, it is possible to reduce the possibility that the effect of increasing the reverse withstand voltage based on the relaxation of the electric field concentration on the end of the Schottky electrode 5 by the field plate structure is suppressed. That is, a large electric field relaxation effect can be obtained and the reverse withstand voltage can be increased. Here, the lower the hydrogen concentration in the nitride insulating film, the better. For example, the hydrogen concentration in the nitride insulating film is more preferably less than 2.0 × 10 22 cm −3 . At present, the hydrogen concentration detection limit is 1.0 × 10 17 cm −3 .

今回開示された実施の形態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 embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not 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.

本発明は、特にGaNなどのワイドバンドギャップ半導体基板を用いたショットキーバリアダイオードであって、フィールドプレート構造を有するものに有利に適用される。   The present invention is particularly advantageously applied to a Schottky barrier diode using a wide band gap semiconductor substrate such as GaN and having a field plate structure.

本発明によるショットキーバリアダイオードの実施の形態1の断面模式図である。1 is a schematic cross-sectional view of a first embodiment of a Schottky barrier diode according to the present invention. 図1に示したショットキーバリアダイオードの斜視模式図である。FIG. 2 is a schematic perspective view of the Schottky barrier diode shown in FIG. 1. 図1および図2に示したショットキーバリアダイオードの製造工程を説明するためのフローチャートである。3 is a flowchart for explaining a manufacturing process of the Schottky barrier diode shown in FIGS. 1 and 2. 図3に示したショットキーバリアダイオードの製造工程を説明するための断面模式図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining a manufacturing process for the Schottky barrier diode shown in FIG. 3. 図3に示したショットキーバリアダイオードの製造工程を説明するための断面模式図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining a manufacturing process for the Schottky barrier diode shown in FIG. 3. 図3に示したショットキーバリアダイオードの製造工程を説明するための断面模式図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining a manufacturing process for the Schottky barrier diode shown in FIG. 3. 図3に示したショットキーバリアダイオードの製造工程を説明するための断面模式図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining a manufacturing process for the Schottky barrier diode shown in FIG. 3. 図3に示したショットキーバリアダイオードの製造工程を説明するための断面模式図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining a manufacturing process for the Schottky barrier diode shown in FIG. 3. 図3に示したショットキーバリアダイオードの製造工程を説明するための断面模式図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining a manufacturing process for the Schottky barrier diode shown in FIG. 3. 図3に示したショットキーバリアダイオードの製造工程を説明するための断面模式図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining a manufacturing process for the Schottky barrier diode shown in FIG. 3. 図3に示したショットキーバリアダイオードの製造工程を説明するための断面模式図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining a manufacturing process for the Schottky barrier diode shown in FIG. 3. 図3に示したショットキーバリアダイオードの製造工程を説明するための断面模式図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining a manufacturing process for the Schottky barrier diode shown in FIG. 3. 図1および図2に示したショットキーバリアダイオードの実施の形態1の変形例を示す断面模式図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a modification of the first embodiment of the Schottky barrier diode shown in FIGS. 1 and 2. 本発明によるショットキーバリアダイオードの実施の形態2を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows Embodiment 2 of the Schottky barrier diode by this invention. 図14に示したショットキーバリアダイオードの実施の形態2の変形例を示す断面模式図である。FIG. 16 is a schematic cross-sectional view showing a modification of the second embodiment of the Schottky barrier diode shown in FIG. 14.

符号の説明Explanation of symbols

1 ショットキーバリアダイオード、2 GaN自立基板、3 GaNエピタキシャル層、4 絶縁層、5 ショットキー電極、6 オーミック電極、7 電極部分、8 電極、9 フィールドプレート(FP)電極部分、10,13 レジスト膜、11 開口部、
12 金属膜(ショットキー電極用)、14 金属膜(FP用)、21 下層電極部分
(Ti)、22 上層電極部分(Au)。
1 Schottky barrier diode, 2 GaN free-standing substrate, 3 GaN epitaxial layer, 4 insulating layer, 5 Schottky electrode, 6 ohmic electrode, 7 electrode portion, 8 electrode, 9 field plate (FP) electrode portion, 10, 13 resist film , 11 opening,
12 metal film (for Schottky electrode), 14 metal film (for FP), 21 lower electrode part (Ti), 22 upper electrode part (Au).

Claims (7)

基板上に形成された半導体層と、
前記半導体層の表面に接触するように形成されたショットキー電極と、
前記半導体層の表面上において、前記ショットキー電極に隣接するように形成された絶縁層と、
前記ショットキー電極と接続され、前記絶縁層上に接触して延在するとともに前記ショットキー電極を構成する材料と異なる材料により構成される電極部分とを備える、ショットキーバリアダイオード。
A semiconductor layer formed on a substrate;
A Schottky electrode formed in contact with the surface of the semiconductor layer;
An insulating layer formed on the surface of the semiconductor layer so as to be adjacent to the Schottky electrode;
A Schottky barrier diode comprising: an electrode portion connected to the Schottky electrode, extending in contact with the insulating layer and made of a material different from a material constituting the Schottky electrode.
前記電極部分は、前記ショットキー電極の上部表面上に延在する延在部を含み、
前記電極部分は前記延在部において前記ショットキー電極と接続されている、請求項1に記載のショットキーバリアダイオード。
The electrode portion includes an extension extending on an upper surface of the Schottky electrode;
The Schottky barrier diode according to claim 1, wherein the electrode portion is connected to the Schottky electrode at the extending portion.
前記ショットキー電極は、前記電極部分上に延在する電極延在部を含み、
前記ショットキー電極は前記電極延在部において前記電極部分と接続されている、請求項1に記載のショットキーバリアダイオード。
The Schottky electrode includes an electrode extension extending on the electrode portion;
The Schottky barrier diode according to claim 1, wherein the Schottky electrode is connected to the electrode portion at the electrode extension portion.
前記基板は窒化ガリウム基板である、請求項1〜3のいずれか1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 1, wherein the substrate is a gallium nitride substrate. 前記ショットキー電極を構成する材料は、金、白金、ニッケル、パラジウム、コバルト、銅からなる群から選択される少なくとも一種を含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載のショットキーバリアダイオード。   5. The Schottky barrier diode according to claim 1, wherein the material forming the Schottky electrode includes at least one selected from the group consisting of gold, platinum, nickel, palladium, cobalt, and copper. . 前記電極部分を構成する材料は、チタン、ニッケル、モリブデン、クロム、アルミニウム、タングステン、およびパラジウムからなる群から選択される少なくとも一種を含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載のショットキーバリアダイオード。   The material which comprises the said electrode part contains at least 1 type selected from the group which consists of titanium, nickel, molybdenum, chromium, aluminum, tungsten, and palladium, The Schottky of any one of Claims 1-5. Barrier diode. 前記絶縁層を構成する材料は、窒化珪素、酸化珪素、酸化窒化珪素、酸化ハフニウム、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化マグネシウム、および酸化スカンジウムからなる群から選択される少なくとも一種を含む、請求項1〜6のいずれか1項に記載のショットキーバリアダイオード。   The material constituting the insulating layer includes at least one selected from the group consisting of silicon nitride, silicon oxide, silicon oxynitride, hafnium oxide, aluminum nitride, aluminum oxide, gallium oxide, magnesium oxide, and scandium oxide. Item 7. The Schottky barrier diode according to any one of Items 1 to 6.
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