JP3068119B2 - ショットキ障壁を有する半導体装置 - Google Patents

ショットキ障壁を有する半導体装置

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JP3068119B2 JP26364491A JP26364491A JP3068119B2 JP 3068119 B2 JP3068119 B2 JP 3068119B2 JP 26364491 A JP26364491 A JP 26364491A JP 26364491 A JP26364491 A JP 26364491A JP 3068119 B2 JP3068119 B2 JP 3068119B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はショットキ障壁を有する
半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体領域とバリア電極との組み合わせ
により生成されるショットキ障壁(ショットキバリア)
の特性は、主としてその障壁の高さ(バリアハイト)Φ
Bによって決定される。即ち、一般にバリアハイトΦBを
高くすると逆方向漏れ電流は小さくなるが順方向電圧降
下は大きくなる。反対にバリアハイトΦBを低くすると
順方向電圧降下は小さくなるが逆方向漏れ電流は大きく
なる。従って、要求される電気的特性に応じてバリアハ
イトΦBの高さを選択できることが理想的である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、ショットキ
障壁のバリアハイトΦBは、使用するバリア金属の種類
により支配的に決定される。また、バリアハイトのΦB
の高さは熱処理によって変動し易いため、バリアハイト
ΦBを広範囲に且つ安定に制御することが困難である。
【0004】そこで、本発明は、バリアハイトΦBの高
さを広範囲に且つ安定に制御でき所望の高さのバリアハ
イトΦBを備えたショットキ障壁を有する半導体装置を
提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明によるショットキ
障壁を有する半導体装置は、半導体領域(3)の主面に
形成された第1の電極層(4a)と、第1の電極層(4a)
の上に形成され且つ酸素分子が吸着された薄膜と、第1
の電極層(4a)の上に薄膜を介して形成された第2の電
極層(5a)とを備えている。半導体領域(3)、第1の
電極層(4a)及び第2の電極層(5a)の組み合わせによ
りショットキ障壁が生成されると共に、第1の電極層
(4a)と第2の電極層(5a)との間に薄膜を介して量子
力学的なトンネル効果が生ずる。ショットキ障壁のバリ
アハイトの高さは、薄膜に含有される酸素分子の含有量
又は第1の電極層(4a)の厚みによって決定される。
【0006】
【作用】第1の電極層(4a)と第2の電極層(5a)との
間に形成され且つ量子力学的なトンネル効果を生ずるこ
とのできる厚さを有する薄膜によりバリアハイトが所望
の高さに安定して設定される。例えば、第1の電極層
(4a)及び第2の電極層(5a)をそれぞれTi(チタ
ン)及びAl(アルミニウム)で形成した場合、薄膜に
含有される酸化物の含有量が少ないか又は第1の電極層
(4a)の厚みが厚いと、ショットキ障壁のバリアハイト
を相対的に低いレベルに安定化できる。また、逆に薄膜
に含有される酸化物の含有量が多いか又は第1の電極層
(4a)の厚みが薄いと、ショットキ障壁のバリアハイト
を相対的に高いレベルに安定化できる。
【0007】
【実施例】次に、本発明の一実施例に係るショットキバ
リアダイオードを図1〜図6について説明する。
【0008】図1に示すように、本発明によるショット
キバリアダイオードは、n+形領域(2)とその上面にエ
ピタシャル成長で形成したn形領域(3)とを含むGa
As(砒化ガリウム)から成る半導体基体(1)と、n
形領域(3)の上面のほぼ中央に形成された第1の電極
層としてのTi(チタン)薄層(4a)と、n形領域
(3)の上面で且つTi薄層(4a)の周囲に形成された
チタンの酸化物の薄層(Ti酸化物薄層)(7)と、T
i薄層(4a)の上面に形成された第2の電極層としての
Al(アルミニウム)層(5a)と、Al層(5a)及びT
i酸化物薄層(7)の上面並びにTi酸化物薄層(7)の
周囲のn形領域(3)の上面に形成された絶縁膜(9)
と、Al層(5a)及び絶縁膜(9)の上に形成された接
続用電極(10)とを備えている。詳細には図示しない
が、Ti薄層(4a)の上面に酸素分子等が吸着されるこ
とにより、Ti薄層(4a)とAl層(5a)との間に量子
力学的なトンネル効果を生ずることのできる厚さを有す
る極薄の吸着層が薄膜として形成されている。Al及び
Tiはいずれもn形GaAs半導体に対してショットキ
障壁を生成可能な金属であるから、Ti薄層(4a)及び
Al層(5a)の両層を組み合わせてバリア電極(8)と
称する。
【0009】前記のショットキバリアダイオードチップ
では、バリア電極(8)とn形領域(3)との組み合わせ
により第1のショットキ障壁が生成され、Ti酸化物薄
層(7)とn形領域(3)との組み合わせにより第2のシ
ョットキ障壁が生成される。平面的に見て、第2のショ
ットキ障壁は第1のショットキ障壁を隣接して包囲する
よう環状に形成される。Ti酸化物薄層(7)は抵抗性
ショットキバリアフィールドプレートとして機能し、第
1のショットキ障壁の周辺耐圧を向上する作用を発揮す
る。この抵抗性ショットキバリアフィールドプレートに
ついては、本願出願人によって特願昭63−28504
9号(特開平1−251656号公報)他によって特許
出願されている。
【0010】図2は、本実施例のショットキバリアダイ
オードチップに熱処理を施したときの熱処理時間に対す
る第1のショットキ障壁のバリアハイトΦBの変化を概
念的に示す。第1のショットキ障壁は第1の電極層(4
a)及び第2の電極層(5a)からなる複合電極に基づい
て生成されるショットキ障壁である。図示の実線A、
B、Cは、後述する本実施例のショットキバリアダイオ
ードチップを製造する工程において、真空蒸着によって
Ti薄層(4)を形成した後の蒸着槽内の圧力、即ちT
i薄層(4)を暴露する雰囲気の真空度をそれぞれ1×
10-6torr、1×10-5torr、1×10-4torrに設定
し、前記極薄の吸着層の酸素分子などの含有量を順次増
加した場合のそれぞれの熱処理時間に対するバリアハイ
トΦBの変化を示す。
【0011】図2は、Ti薄層(4)に含有させる酸素
分子等の含有量を増加することによってショットキ障壁
のバリアハイトを高いレベルに安定化できること、ま
た、Ti薄層(4)に含有させる酸素分子等の含有量を
減少することによって前記ショットキ障壁のバリアハイ
トを低いレベルに安定化できることを示している。な
お、第1のショッキ障壁のバリアハイトΦBの初期値
(熱処理前のバリアハイトの高さ)は、Al層(5)を
n形領域(3)に直接に隣接させた場合に生成されるシ
ョットキ障壁のバリアハイトの初期値に極めて近い。本
実施例によって製作される各種バリアハイトΦBをもつ
ショットキバリアダイオードの理想係数であるn値は全
て1.01〜1.05の範囲にあり、特性上、何ら問題が
なく優れたダイオードであることが確認されている。
【0012】また、前記極薄の吸着層中の酸素分子等の
含有量を同じとした場合でも、Ti薄層(4a)の厚みが
厚いとショットキ障壁のバリアハイトを相対的に低いレ
ベルに安定化でき、Ti薄層(4a)の厚みが薄いとショ
ットキ障壁のバリアハイトを相対的に高いレベルに安定
化できる。このように、本実施例のショットキバリアダ
イオードによれば、同一金属系のショットキバリアダイ
オードのバリアハイトの大きさを広範囲に且つ安定に制
御することができる。
【0013】本実施例において、第1のショットキ障壁
のバリアハイトを広範囲に且つ安定に制御できる理由
は、前記極薄の吸着層がその後の熱処理時におけるAl
層(5)とTi薄層(4a)とn形領域(3)との間の反応
を抑制するためと考えられる。吸着層内の酸素分子等の
含有量が多いと反応抑制効果が強化されてバリアハイト
を相対的に高いレベルに安定化できる。
【0014】また、Ti薄層(4a)の厚みが増大する
と、Ti薄層(4a)によるショットキ障壁の形成が支配
的となるため、バリア電極をTiのみで形成した場合に
形成されるショットキ障壁のバリアハイトに近づく。
【0015】以下、本実施例によるショットキバリアダ
イオードの製造方法について具体的に説明する。
【0016】まず、図3に示すように、n+形領域(2)
と、n+形領域(2)の上面にエピタシャル成長で形成し
たn形領域(3)とを含むGaAs(砒化ガリウム)か
ら成る半導体基体(1)を準備する。次に、図4に示す
ようにn形領域(3)との組み合わせによりショットキ
障壁を生成できる金属としてTi薄層(第1の電極層)
(4)を形成する。Ti薄層(4)は、半導体基体(1)
を配置した蒸着槽(チャンバ)内を1×10-6torr以下
の真空度に保持し、蒸着物としてTiを半導体基体
(1)の主面全体に約50オングストロームの厚さで真
空蒸着することにより形成される。Ti薄層(4)の形
成後、半導体基体(1)を配置した蒸着槽内の真空度を
一旦1×10-6torr〜1×10torrにして、真空度の低
い雰囲気にTi薄層(4)を一定時間暴露する。これに
より、蒸着層内に含まれる酸素分子その他の分子がTi
薄層(4)に吸着し、極薄の吸着層がTi薄層(4)の表
面に形成される。続いて、この極薄の吸着層を介してT
i薄層(4)の全面上にAlを真空蒸着して厚さ約2マ
イクロメータのAl層(第2の電極層)(5)を形成す
る。Alを真空蒸着するときは、半導体基体(1)を配
置した蒸着槽内を再び1×10-6torr以下の真空度に保
持する。また、n+形領域(2)の下面にはAu(金)−
Ge(ゲルマニウム)の合金等から成るオーミック接触
の電極(6)を真空蒸着により形成する。
【0017】続いて、図5に示すように、フォトエッチ
ングによりAl層(5)の素子周辺側をエッチング除去
し、Al層(5a)を残存させる。残存させたAl層(5
a)は、順方向電流の主通路となり且つショットキ障壁
を形成すべき領域に対応している。更にフォトエッチン
グにより素子周辺領域からTi層(4)を除去し、Al
層(5a)の下部にあるTi薄層(4a)とこれを隣接して
包囲するTi薄層(4b)を残存させる。次に、空気中で
380℃、5〜30分間程度の熱酸化処理を施す。これ
により、図6に示すように、Al層(5a)で被覆されて
いないTi薄層(4b)は酸化されてチタンの酸化物の薄
層(Ti酸化物薄層)(7)となるが、Al層(5a)の
下部のTi薄層(4a)はAl層(5a)にマスクされてい
るので酸化されない。その後、図1に示すように、プラ
ズマCVD法によって形成したシリコン酸化膜からなる
絶縁膜(9)でTi酸化物薄層(7)の上面を被覆する。
更に、Al層(5a)及び絶縁膜(9)の上面にAlから
成る接続用電極(10)を形成する。以上により電力用シ
ョットキバリアダイオードチップが完成する。
【0018】バリアハイトΦBの高さを良好に制御する
ためには、本発明のショットキ障壁を有する半導体装置
を本実施例に従って製造することが望ましい。しかしな
がら、例えば、第1の電極層を形成した後に第1の電極
層を瞬間的に大気雰囲気中に暴露したり、第1の電極層
を形成する工程の後期に蒸着槽内の真空度を落とすか、
蒸着速度を小さくする工程を設けて薄層を形成すること
により、本発明のショットキ障壁を有する半導体装置を
製造することができる。
【0019】本発明の実施態様は前記実施例に限定され
ず、変更が可能である。 (1) GaAsの代わりにInP(燐化インジウム)
等のIII−V族化合物やシリコンを使用するショットキ
バリア半導体装置にも適用できる。 (2) 第1の電極層の厚みは、本発明の効果が十分に
得られるように10オングストローム〜100オングス
トローム、望ましくは20オングストローム〜80オン
グストロームの範囲に設定するのが良い。 (3) 第1の電極層を真空蒸着するときの蒸着槽内の
真空度は、第1の電極槽が良好に形成されるように1×
10-4torrよりも高く設定するのが良い。
【0020】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、所望の
高さに安定化されたショットキ障壁のバリアハイトを備
えたショットキ障壁半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示すショットキバリアダイオ
ードの断面図
【図2】本発明の実施例を示すショットキバリアダイオ
ードの熱処理時間に対するバリアハイトの変化を示すグ
ラフ
【図3】本発明の実施例を示すショットキバリアダイオ
ードに使用する半導体基体の断面図
【図4】図3の半導体基体にTi薄層とAl層とを形成
した状態を示す断面図
【図5】図4のTi薄層とAl層の素子周辺側をエッチ
ング除去した状態を示す断面図
【図6】図5のTi薄層を酸化した状態を示す断面図
【符号の説明】
(3)・・n形領域、(4a)・・Ti薄層(第1の電極
層)、(5a)・・Al層(第2の電極層)、
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−64066(JP,A) 特開 平1−259558(JP,A) 特開 昭63−157466(JP,A) 特開 昭62−22475(JP,A) 特開 昭60−145672(JP,A) 特開 昭59−124765(JP,A) 特開 昭57−13774(JP,A) 特許3029064(JP,B2) 特許2932305(JP,B2) 特許2932304(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/872

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体領域の主面に形成された第1の電
    極層と、該第1の電極層の上に形成され且つ酸素分子が
    吸着された薄膜と、前記第1の電極層の上に前記薄膜を
    介して形成された第2の電極層とを備え、 前記半導体領域、前記第1の電極層及び前記第2の電極
    層の組み合わせによりショットキ障壁が生成されると共
    に、前記第1の電極層と前記第2の電極層との間に前記
    薄膜を介して量子力学的なトンネル効果が生ずることを
    特徴とするショットキ障壁を有する半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記薄膜に含有される酸素分子の含有量
    によって前記ショットキ障壁のバリアハイトの高さが決
    定される請求項1に記載のショットキ障壁を有する半導
    体装置。
  3. 【請求項3】 前記第1の電極層の厚みによって前記シ
    ョットキ障壁のバリアハイトの高さが決定される請求項
    1に記載のショットキ障壁を有する半導体装置。
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