JP3067034B2 - Schottky barrier semiconductor device - Google Patents

Schottky barrier semiconductor device

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JP3067034B2 JP8152791A JP8152791A JP3067034B2 JP 3067034 B2 JP3067034 B2 JP 3067034B2 JP 8152791 A JP8152791 A JP 8152791A JP 8152791 A JP8152791 A JP 8152791A JP 3067034 B2 JP3067034 B2 JP 3067034B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、逆高耐圧と高速性を実
現したショットキーバリア半導体装置に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a Schottky barrier semiconductor device realizing high reverse withstand voltage and high speed.

【0002】[0002]

【従来の技術】近来、スイッチング電源の高周波化に伴
い、整流用の素子としてショットキーバリアダイオード
が、高速応答性や低損失(低順方向電圧)の観点から、
広く応用されている。
2. Description of the Related Art In recent years, as switching power supplies have become higher in frequency, Schottky barrier diodes have been developed as rectifying elements from the viewpoint of high-speed response and low loss (low forward voltage).
Widely applied.

【0003】しかし、ショットキーバリアダイオード
は、逆電圧印加時に、半導体層とショットキーバリア電
極との接合部分の周辺の逆耐圧が、中央部分の逆耐圧に
比して低い、つまり周辺部に電界が集中するという現象
がある。またGaAs等の3−5族化合物等からなる半
導体基板では、表面の不安定性等で逆高耐圧化が困難で
ある。
However, in a Schottky barrier diode, when a reverse voltage is applied, the reverse withstand voltage at the junction between the semiconductor layer and the Schottky barrier electrode is lower than the reverse withstand voltage at the center, that is, an electric field is applied to the peripheral portion. Is concentrated. In the case of a semiconductor substrate made of a Group 3-5 compound such as GaAs, it is difficult to achieve a reverse high breakdown voltage due to surface instability and the like.

【0004】そこで従来では、図5に示すように、n+
型の半導体基板1の上面にn- 型のエピタキシャル層2
を形成して下面に電極3を形成し、またエピタキシャル
層2の主表面の中央にショットキーバリア電極4を形成
し、更に保護膜として窒化膜5を形成したショットキバ
リアダイオードにおいて、ショットキーバリア電極4の
周囲に連続してフィールドプレート6を形成して逆耐圧
向上を図ったもの、或は図6に示すように、ショットキ
ーバリア電極4の周囲の下部にP+ 層からなるガードリ
ング領域7を形成してそこにショットキーバリアダイオ
ードと逆並列接続されるPN接合ダイオードを形成し、
周辺部の逆耐圧向上を図ったものが提案されている。
[0004] Therefore, in the prior art, as shown in FIG. 5, n +
N type epitaxial layer 2 on the upper surface of semiconductor substrate 1 of type
To form an electrode 3 on the lower surface, a Schottky barrier electrode 4 at the center of the main surface of the epitaxial layer 2, and a nitride film 5 as a protective film. 4 of that attempt to reverse breakdown voltage improved by forming the field plate 6 in succession around, or as shown in FIG. 6, the guard ring region 7 consisting of the P + layer in the lower portion of the periphery of the Schottky barrier electrode 4 To form a PN junction diode connected in anti-parallel with the Schottky barrier diode,
There have been proposals for improving the reverse withstand voltage in the peripheral portion.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図5に
示す構造のものはフィールドプレート6による静電容量
が増加して応答速度が遅くなり、また図6に示す構造の
ものはガードリング領域7とショットキーバリア電極4
との間がオーミック接触(ショットキーバリアは形成さ
れない)となるので、順方向電流が増大した際にその領
域7からの少数キャリアの注入によって応答速度が遅く
なるという問題があった。
However, the structure shown in FIG. 5 increases the capacitance due to the field plate 6 to reduce the response speed, and the structure shown in FIG. Schottky barrier electrode 4
And ohmic contact (a Schottky barrier is not formed) between them, so that when the forward current increases, there is a problem that the response speed becomes slow due to the injection of minority carriers from the region 7.

【0006】本発明の目的は、図6におけるPN接合ダ
イオードが更に高抵抗を介してショットキーバリア電極
とショットキー接合されるようにして、耐圧向上および
高速性の両者を満足させたショットキーバリア半導体装
置を提供することである。
It is an object of the present invention to provide a Schottky barrier which satisfies both an improved withstand voltage and a high speed by making the PN junction diode in FIG. It is to provide a semiconductor device.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】このために本発明は、第
1の導電型の半導体層と、該半導体層の上面にリング状
に形成した第2の導電型のガードリング領域と、該ガー
ドリング領域の上面および該ガードリング領域の内側の
上面に被着され上記半導体層との間にショットキーバリ
アが形成されるようにしたショットキーバリア電極と、
上記半導体層の反対側に形成したオーミック電極とから
なるショットキーバリア半導体装置において、上記ガー
ドリング領域の不純物濃度を上記ガードリング領域と上
記ショットキーバリア電極との間にショットキーバリア
が形成される濃度に設定すると共に、上記ガードリング
領域の上面と上記ショットキーバリア電極との間に導電
性酸化膜を介在させて構成した。
SUMMARY OF THE INVENTION To this end, the present invention provides a semiconductor layer of a first conductivity type, a guard ring region of a second conductivity type formed in a ring shape on the upper surface of the semiconductor layer, A Schottky barrier electrode deposited on the upper surface of the ring region and the upper surface inside the guard ring region so that a Schottky barrier is formed between the semiconductor layer and the Schottky barrier electrode;
In the Schottky barrier semiconductor device comprising the ohmic electrode formed on the opposite side of the semiconductor layer, the Schottky barrier between the upper Symbol guard ring region and the Schottky barrier electrode, the impurity concentration of the guard ring region is formed And the guard ring
Conduction between the upper surface of the region and the Schottky barrier electrode
It is configured with a conductive oxide film interposed.

【0008】[0008]

【作用】本発明では、ガードリング領域と半導体層との
間に形成されるPN接合ダイオードと反対向きに、ガー
ドリング領域とショットキーバリア電極との間に別のシ
ョットキーバリアダイオードおよび高抵抗の直列回路
形成される。この結果、PN接合ダイオードが逆耐圧向
上に寄与すると共に、ショットキーバリアダイオード
高抵抗がPN接合を流れる電流をほぼ零に阻止して応答
速度を向上させる。
According to the present invention, another Schottky barrier diode and a high-resistance diode are provided between the guard ring region and the Schottky barrier electrode in the opposite direction to the PN junction diode formed between the guard ring region and the semiconductor layer . A series circuit is formed. As a result, the PN junction diode contributes to the improvement of the reverse breakdown voltage, and the Schottky barrier diode and
The high resistance blocks the current flowing through the PN junction to almost zero and improves the response speed.

【0009】[0009]

【実施例】以下、本発明の実施例について説明するが、
その前に本発明を理解する上での参考となる参考例につ
いて説明する。図1はその参考例のショットキーバリア
ダイオードの断面図、図4はそのショットキーバリアダ
イオードの製造工程を示す図である。ここでは、まずG
aAsからなる厚さ300μm、不純物濃度約1.0×1
18 cm -3 のn型の半導体基板21の上面に、不純
物濃度約1.0×1015 cm -3 程度のn型のエピタキシ
ャル層22を5〜10μmの厚さ成長形成する(図4の
A)。次に、そのエピタキシャル層22の上面にCVD
炉で5000オングストローム程度の厚みのSiO2
らなる酸化膜23を形成して、更に写真蝕刻により部分
的に窓24を形成する(図4のB)。そして、次にその
窓24からZnを表面濃度1.0×1016cm-3以下に拡
散して、p型のリング状のガードリング領域25を
形成する(図4のC)。このとき、表面濃度を薄くコン
トロールするために、窓24を形成した後に、500オ
ングストローム程度のSiO膜を形成し、その膜を通
して拡散を行っても良い。また、イオン打ち込みにより
Znを低濃度に注入してアニールを行う方法でも良い。
次に、Al金属、Ti/Al合金等の金属を蒸着して不
必要部分を写真蝕刻で除去してショットキーバリア電極
26を形成する(図4のD)。そして、基板21の下面
にAu−Ge、Ni、Au等の金属によりオーミック電
極27を蒸着する(図4のE)。この後、450℃程度
のN2中で1分程度の熱処理を行う。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described .
Before that, there are reference examples that will be helpful in understanding the present invention.
Will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view of a Schottky barrier diode of the reference example , and FIG. 4 is a view illustrating a manufacturing process of the Schottky barrier diode. Here, first, G
thickness of 300 μm made of aAs, impurity concentration of about 1.0 × 1
An n -type epitaxial layer 22 having an impurity concentration of about 1.0 × 10 15 cm −3 is grown on the n + -type semiconductor substrate 21 of 0 18 cm −3 to a thickness of 5 to 10 μm (see FIG. 4). A). Next, CVD is performed on the upper surface of the epitaxial layer 22.
An oxide film 23 made of SiO 2 having a thickness of about 5000 Å is formed in a furnace, and a window 24 is partially formed by photolithography (FIG. 4B). Then, Zn is diffused from the window 24 to a surface concentration of 1.0 × 10 16 cm −3 or less to form a p -type ring-shaped guard ring region 25 (C in FIG. 4). At this time, in order to control the surface concentration to be thin, after forming the window 24, an SiO 2 film of about 500 Å may be formed and diffusion may be performed through the film. Alternatively, annealing may be performed by implanting Zn at a low concentration by ion implantation.
Next, a metal such as an Al metal or a Ti / Al alloy is deposited and unnecessary portions are removed by photolithography to form a Schottky barrier electrode 26 (D in FIG. 4). Then, an ohmic electrode 27 is deposited on the lower surface of the substrate 21 with a metal such as Au-Ge, Ni, or Au (E in FIG. 4). Thereafter, heat treatment is performed in N 2 at about 450 ° C. for about 1 minute.

【0010】上記のようにして作成されるショットキー
バリアダイオードは、ショットキーバリア電極26→エ
ピタキシャル層22→半導体基板21→オーミック電極
27の経路に順方向の本来のショットキーバリアダイオ
ードD1が形成され、またショットキーバリア電極26
→ガードリング領域25の経路に逆方向のショットキー
バリアダイオードD2が形成され、更にそのガードリン
グ領域25→エピタキシャル層22の経路に順方向ダイ
オードD3が形成されることになり、図2に示すような
等価回路となる。
The Schottky created as described above
Barrier diode, a Schottky barrier electrode 26 → the epitaxial layer 22 → the semiconductor substrate 21 → original Schottky barrier diode D1 path forward of the ohmic electrode 27 is formed, also a Schottky barrier electrode 26
→ A reverse Schottky barrier diode D2 is formed in the path of the guard ring region 25, and a forward diode D3 is formed in the path of the guard ring region 25 → epitaxial layer 22, as shown in FIG. Equivalent circuit.

【0011】この結果、周辺部において、ショットキー
バリアダイオードD1の順方向と逆方向に対してはダイ
オードD3によって高い逆耐圧を実現でき、また順方向
にはショットキーバリアダイオードD2の存在によって
ダイオードD3の順方向電流はほとんど流れない、つま
り、ガードリング領域25からエピタキシャル層22に
向けての少数キャリアの注入が防止され、応答速度が高
くなる。
As a result, in the peripheral portion, a high reverse breakdown voltage can be realized by the diode D3 in the forward direction and the reverse direction of the Schottky barrier diode D1, and the diode D3 can be realized in the forward direction by the presence of the Schottky barrier diode D2. Does not flow, that is, the injection of minority carriers from the guard ring region 25 toward the epitaxial layer 22 is prevented, and the response speed is increased.

【0012】図3は本発明の1つの実施例のショットキ
ーバリアダイオードを示す図である。ここでは、領域2
5とショットキーバリア電極26との間に、高抵抗の導
電性酸化膜28を介在させている。この導電性酸化膜2
8としては、ZnOx、SnOx等が好適である。この
実施例によれば、高抵抗が図2のダイオードD2,D3
の経路に直列に挿入されることになるので、その経路を
流れる電流ほぼ零近くになり、応答性が大きく向上す
る。
FIG. 3 shows a Schottky according to one embodiment of the present invention .
FIG. 3 is a diagram illustrating a barrier diode . Here, area 2
Between 5 and Schottky barrier electrode 26, it is interposed a high resistance of the conductive oxide film 28. This conductive oxide film 2
As for 8, ZnOx, SnOx and the like are preferable. this
According to the embodiment , the high resistance is equivalent to the diodes D2, D3 of FIG.
Is inserted in series in the path, the current flowing through the path becomes almost zero, and the response is greatly improved.

【0013】以上説明したように、本発明によれば、高
耐圧を得るために形成したPN接合ダイオードとショッ
トキーバリア電極との間に、逆方向の別のショットキー
バリアおよび高抵抗が形成されるようにしたので、高
圧ばかりでなく高速応答性も大幅に向上できるようにな
るという利点がある。
As described above, according to the present invention, another Schottky barrier and a high resistance in the opposite direction are formed between a PN junction diode and a Schottky barrier electrode formed to obtain a high breakdown voltage. than was so that, high-speed response not only high resistance to <br/> pressure also has the advantage that it becomes possible to greatly improve.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明を理解する上での参考例としてのショ
ットキーバリアダイオードの断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a Schottky barrier diode as a reference example for understanding the present invention.

【図2】 図1のショットキーバリアダイオードの等価
回路図である。
Figure 2 is an equivalent circuit diagram of a Schottky barrier diode of FIG.

【図3】 本発明の1つの実施例のショットキーバリア
ダイオードの断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view of a Schottky barrier diode according to one embodiment of the present invention .

【図4】 図1のショットキーバリアダイオードの製造
方法の説明図である。
4 is an explanatory view of a manufacturing method of the Schottky barrier diode shown in FIG.

【図5】 従来のショットキーバリアダイオードの断面
図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view of a conventional Schottky barrier diode.

【図6】 従来の別のショットキーバリアダイオードの
断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view of another conventional Schottky barrier diode.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

21:GaAsの半導体基板、22:エピタキシャル
層、23:酸化膜、24:窓、25:ガードリング領
域、26:ショットキーバリア電極、27:オーミック
電極、28:導電性酸化膜。
21: GaAs semiconductor substrate, 22: epitaxial layer, 23: oxide film, 24: window, 25: guard ring region, 26: Schottky barrier electrode, 27: ohmic electrode, 28: conductive oxide film.

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/872 H01L 29/861 Continuation of front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 29/872 H01L 29/861

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】第1の導電型の半導体層と、該半導体層の
上面にリング状に形成した第2の導電型のガードリング
領域と、該ガードリング領域の上面および該ガードリン
グ領域の内側の上面に被着され上記半導体層との間にシ
ョットキーバリアが形成されるようにしたショットキー
バリア電極と、上記半導体層の反対側に形成したオーミ
ック電極とからなるショットキーバリア半導体装置にお
いて、 上記ガードリング領域の不純物濃度を上記ガードリング
領域と上記ショットキーバリア電極との間にショットキ
ーバリアが形成される濃度に設定すると共に、上記ガー
ドリング領域の上面と上記ショットキーバリア電極との
間に導電性酸化膜を介在させたことを特徴とするショッ
トキーバリア半導体装置。
1. A semiconductor layer of a first conductivity type, a guard ring region of a second conductivity type formed in a ring shape on an upper surface of the semiconductor layer, an upper surface of the guard ring region and an inner side of the guard ring region. A Schottky barrier electrode, which is formed on the upper surface of the semiconductor layer and forms a Schottky barrier between the semiconductor layer and an ohmic electrode formed on the opposite side of the semiconductor layer, and sets the concentration of the Schottky barrier is formed between the upper Symbol guard ring region and the Schottky barrier electrode, the impurity concentration of the guard ring region, the gar
Between the upper surface of the dring region and the Schottky barrier electrode.
A Schottky barrier semiconductor device having a conductive oxide film interposed therebetween .
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