JP2013098455A

JP2013098455A - ショットキーダイオード及びその製造方法

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Publication number: JP2013098455A
Application number: JP2011241960A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Nishiwaki; 剛西脇
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-11-04
Filing date: 2011-11-04
Publication date: 2013-05-20

Abstract

【課題】本明細書では、製造されるショットキーダイオード間の電気特性のばらつきを抑制できる構造を有するショットキーダイオードとその製造方法を提供する。
【解決手段】本明細書が開示するショットキーダイオード１０は、半導体基板１２（Ｎ型拡散層１６）の表面及びその表面より内側の所定範囲にＡｌイオンを注入して金属イオン注入層１８を形成するとともに、Ｎ型拡散層１６と金属イオン注入層１８とをショットキー接合させ、その後、金属イオン注入層１８の表面に金属層２２を形成することによって製造される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ショットキーダイオードと、その製造方法に関する。

例えば、特許文献１には、半導体基板と電極とがショットキー接合しているショットキーダイオードの製造方法が開示されている。この方法では、半導体基板の表面に、アルミニウム合金をスパッタリングすることによって電極を形成して、半導体基板と電極とをショットキー接合する。

特開２００１−９２６０５号公報

特許文献１の技術でショットキーダイオードを製作する場合、スパッタリングによって電極を形成する際に、半導体基板の表面に意図しない原子（例えばＯ、Ｃ等）が付着していると、その付着原子が電極と半導体基板の間に巻き込まれてしまうことがある。その結果、特許文献１の技術でショットキーダイオードを量産する場合、半導体基板と電極とのショットキー接合界面に付着原子が介在することによって、製造されるショットキーダイオードの電気特性にばらつきが生じるおそれがある。

本明細書では、製造されるショットキーダイオード間の電気特性のばらつきを抑制できる構造を有するショットキーダイオードとその製造方法を開示する。

本明細書が開示するショットキーダイオードは、半導体基板と、半導体基板の表面及びその表面より内側の所定範囲に形成される金属イオン注入層と、金属イオン注入層の表面に形成される金属層と、を有している。半導体基板の金属イオン注入層以外の部分と金属イオン注入層とはショットキー接合している。

上記のショットキーダイオードでは、半導体基板の表面及びその表面より内側の所定範囲に金属イオン注入層が形成されるとともに、半導体基板の金属イオン注入層以外の部分と金属イオン注入層とがショットキー接合している。即ち、上記のショットキーダイオードでは、ショットキー接合界面は、半導体基板の表面より内側に存在する。そのため、半導体基板の金属イオン注入層以外の部分と金属イオン注入層のショットキー接合界面に、半導体基板表面に付着する付着原子が巻き込まれることを抑制することができる。その結果、ショットキーダイオードを量産する場合であっても、製造されるショットキーダイオードの電気特性のばらつきを抑制することができる。

本明細書は、新規なショットキーダイオードの製造方法をも開示する。本明細書が開示するショットキーダイオードの製造方法は、半導体基板の表面及びその表面より内側の所定範囲に金属イオンを注入して金属イオン注入層を形成するとともに、半導体基板の金属イオン注入層以外の部分と金属イオン注入層とをショットキー接合させる金属イオン注入層形成工程と、金属イオン注入層の表面に金属層を形成する金属層形成工程と、を備えている。

上記の方法では、半導体基板の表面及びその表面より内側の所定範囲に金属イオンを注入して金属イオン注入層を形成する。金属イオンは、半導体基板の表面に付着している付着原子によって妨げられることなく、半導体基板の表面より内側に注入される。そのため、半導体基板の金属イオン注入層以外の部分と金属イオン注入層とのショットキー接合界面に付着原子が巻き込まれることを抑制することができる。上記の方法によると、ショットキーダイオードを量産する場合であっても、製造されるショットキーダイオードの電気特性のばらつきを抑制することができる。

第１実施例のショットキーダイオード１０を示す断面図。ショットキーダイオード１０の製造工程を示す図。ショットキーダイオード１０の製造工程を示す図。ショットキーダイオード１０の製造工程を示す図。ショットキーダイオード１０の製造工程を示す図。ショットキーダイオード１０の製造工程を示す図。ショットキーダイオード１０の製造工程を示す図。金属イオン注入工程を示す図。金属イオン注入工程を示す図。ショットキーダイオード１０の製造工程を示す図。

（実施例）
図１に示す本実施例のショットキーダイオード１０は、半導体基板１２と、絶縁層２０と、金属層２２と、を備える。半導体基板１２は、Ｎ型層１４と、Ｎ型拡散層１６と、金属イオン注入層１８と、を備えるＳｉ基板である。なお、半導体基板１２の裏面（すなわち、Ｎ型層１４の裏面）には、図示しない金属層（裏面電極）が形成されている。

Ｎ型層１４は、半導体基板１２を形成する際の基材となるＮ型のＳｉ基板のうち、Ｎ型拡散層１６及び金属イオン注入層１８以外の部分である。

Ｎ型拡散層１６は、半導体基板１２にリンイオンを注入することによって、半導体基板１２の表面及び表面より内側の所定範囲に形成されている。Ｎ型拡散層１６は、Ｎ型層１４の表面に形成されている。

金属イオン注入層１８は、Ｎ型拡散層１６内に形成されている。金属イオン注入層１８は、半導体基板１２にＡｌイオンを注入することによって、半導体基板１２の表面及び表面より内側の所定範囲に形成されている。金属イオン注入層１８は、半導体基板１２のうち、絶縁層２０で被覆されていない範囲に形成されている。金属イオン注入層１８とＮ型拡散層１６とは、ショットキー接合している。

絶縁層２０は、ＳｉＯ_２で形成されている。絶縁層２０は、半導体基板１２の表面の一部の範囲に形成されている。絶縁層２０は、半導体基板１２の一部を被覆する。

金属層２２は、Ａｌで形成されている。金属層２２は、絶縁層２０の表面の一部と、絶縁層２０で被覆されていない範囲の半導体基板１２の表面に形成されている。金属層２２と金属イオン注入層１８とは、オーミック接続している。

次に、本実施例に係るショットキーダイオード１０の製造方法について説明する。まず、図２に示すように、Ｎ型のＳｉ基板である半導体基板１２を用意し、その半導体基板１２の表面にリンイオンを注入する。

半導体基板１２にリンイオンを注入した後、半導体基板１２をアニールする。これにより、注入されたリンが拡散され、図３に示すように、半導体基板１２の表面及び表面から内側の所定範囲に、Ｎ型拡散層１６が形成される。これによって、半導体基板１２のうち、Ｎ型拡散層１６以外の部分がＮ型層１４となる。

次いで、図４に示すように、熱酸化法によって、半導体基板１２の表面全面にＳｉＯ_２の絶縁層２０を形成する。なお、他の実施例では、熱酸化法に代えて、熱ＣＶＤ法によって、ＳｉＯ_２の絶縁層２０を形成してもよい。

次いで、図５に示すように、絶縁層２０の表面にフォトレジスト３０を塗布し、パターニングする。これにより、フォトレジスト３０に開口部３２が形成される。絶縁層２０のうち、開口部３２によって露出した部分をエッチングによって除去すると、フォトレジスト３０で覆われていない部分の絶縁層２０が除去され、開口部３４が形成される（図６参照）。開口部３４が形成されることにより、半導体基板１２（Ｎ型拡散層１６）の表面の一部が露出する。

次いで、図６に示すように、Ａｌイオンをイオン注入する。Ａｌイオンは、開口部３４が形成されることによって露出した部分から、半導体基板１２（Ｎ型拡散層１６）内に注入される。本例では、Ａｌイオンは、加速エネルギー１０〜１００ｋｅＶ、ドーズ量２Ｅ１６／ｃｍ３で注入する。加速エネルギーは、段階的に変化させることができる。これにより、Ａｌのピーク深さを０．０２μｍ〜０．２０μｍの間で調整することができる。また、Ａｌをイオン注入する際に半導体基板１２を加熱すると、イオン注入による半導体基板１２のダメージが軽減される。

半導体基板１２にＡｌをイオン注入した後、半導体基板１２をアニールすることにより、図７に示すように、半導体基板１２の表面及び表面より内側の所定範囲に、金属イオン注入層１８が形成される。金属イオン注入層１８は、半導体基板１２（Ｎ型拡散層１６）のうちＡｌイオンが注入された範囲、即ち、半導体基板１２（Ｎ型拡散層１６）のうち開口部３４によって露出された範囲に形成されている。金属イオン注入層１８とＮ型拡散層１６との界面は、ショットキー接合する。

次いで、Ａｌをスパッタすることにより、図８に示すように、半導体基板１２（金属イオン注入層１８）の表面と、絶縁層２０の表面に、Ａｌの金属層２２を形成する。他の実施例では、Ａｌの金属層２２は、Ａｌを蒸着することによって形成してもよい。

最後に、形成された金属層２２を、所望の幅にパターニングすることにより、図１に示すショットキーダイオード１０が完成する。パターニングは、ウェットエッチング又はドライエッチングによって行う。

上記のＡｌイオンを注入する工程（図６参照）について、図９、図１０を参照してさらに詳しく説明する。図９に示すように、Ａｌイオン６０を注入する対象であるＮ型拡散層１６は、半導体原子４０が多数配列された構造を有している。なお、Ｎ型拡散層１６の表面には、意図しない付着原子（例えばＯ、Ｃ等）５０が付着している。本実施例では、図９に示すように、このＮ型拡散層１６にＡｌイオン６０を注入する。すると、注入されるＡｌイオン６０は、Ｎ型拡散層１６の表面の付着原子５０によって妨げられることなく、Ｎ型拡散層１６内へと入り込む。

その結果、図１０に示すように、Ｎ型拡散層１６の表面の付着原子５０を巻き込むことなく、Ｎ型拡散層１６内の所定領域にＡｌイオン６０が注入される。その後アニールを行うことにより、金属イオン注入層１８が形成される。この際、金属イオン注入層１８とＮ型拡散層１６とがショットキー接合する。本実施例では、Ａｌイオン６０を注入して金属イオン注入層１８を形成することで、図１０に示すように、半導体原子と金属原子とが混在する層である界面層の幅を小さくすることができる。即ち、Ｎ型拡散層１６と金属イオン注入層１８の間の界面層を安定化させることができる。

（本実施例の効果）
以上、実施例について詳しく説明した。上記の通り、本実施例の製造方法では、半導体基板１２（Ｎ型拡散層１６）の表面及びその表面より内側の所定範囲にＡｌイオンを注入して金属イオン注入層１８を形成する。図９、図１０に示すように、Ａｌイオン６０は、Ｎ型拡散層１６の表面に付着している付着原子５０を巻き込むことなく、Ｎ型拡散層１６の表面より内側に注入される。そのため、Ｎ型拡散層１６と金属イオン注入層１８とのショットキー接合界面に付着原子５０が介在することを抑制することができる。従って、本実施例の方法によると、ショットキーダイオード１０を量産する場合であっても、製造されるショットキーダイオード１０の電気特性のばらつきを抑制することができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。例えば、以下の変形例を採用してもよい。

（変形例１）上記実施例では、Ｎ型拡散層１６にＡｌイオンを注入することによって、金属イオン注入層１８を形成している。これに代えて、例えば、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｗ等の他の金属イオンを注入して金属イオン注入層１８を形成してもよい。その場合、金属層２２も、Ａｌに代えて、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｗ等の他の金属を用いて形成してもよい。

（変形例２）上記実施例では、Ｓｉ製の半導体基板１２を用いる例について説明したが、半導体基板１２は、ＳｉＣ製やＧａＮ製のものを用いてもよい。

また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１０：ショットキーダイオード
１２：半導体基板
１４：Ｎ型層
１６：Ｎ型拡散層
１８：金属イオン注入層
２０：絶縁層
２２：金属層

Claims

ショットキーダイオードであって、
半導体基板と、
前記半導体基板の表面及びその表面より内側の所定範囲に形成される金属イオン注入層と、
前記金属イオン注入層の表面に形成される金属層と、を有しており、
前記半導体基板の前記金属イオン注入層以外の部分と前記金属イオン注入層とがショットキー接合している、
ショットキーダイオード。
ショットキーダイオードを製造する方法であって、
半導体基板の表面及びその表面より内側の所定範囲に金属イオンを注入して金属イオン注入層を形成するとともに、前記半導体基板の前記金属イオン注入層以外の部分と前記金属イオン注入層とをショットキー接合させる金属イオン注入層形成工程と、
前記金属イオン注入層の表面に金属層を形成する金属層形成工程と、を備えている、
ショットキーダイオードの製造方法。