JP3107368B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JP3107368B2
JP3107368B2 JP5522297A JP5522297A JP3107368B2 JP 3107368 B2 JP3107368 B2 JP 3107368B2 JP 5522297 A JP5522297 A JP 5522297A JP 5522297 A JP5522297 A JP 5522297A JP 3107368 B2 JP3107368 B2 JP 3107368B2
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    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/16Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic System
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    • H01L29/43Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ショットキ電極を
有する半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、高温動作デバイス、大電力デバイ
ス、高耐圧デバイス等の電子材料として、SiC(炭化
ケイ素)が注目されている。
【0003】図6はSiCを用いた従来のショットキダ
イオード(ショットキ障壁ダイオード)の一例を示す模
式的断面図である。
【0004】図6において、n型SiC基板11上に、
n型エピタキシャル層12が形成されている。n型エピ
タキシャル層12上にショットキ電極15が形成され、
n型SiC基板11の下面にNi電極16が形成されて
いる。
【0005】ショットキ電極15の材料としては、Au
(金)、Ni(ニッケル)、Ti(チタン)等が検討さ
れている。このショットキダイオードは高温用デバイス
として用いられる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】n型SiC基板11を
用いたショットキダイオードでは、高温下でショットキ
電極15のショットキ障壁の高さが低下する。そのた
め、高温用のショットキダイオードのショットキ電極1
5には、SiCに対する障壁電位が高いことおよび高温
下でSiCとの反応が起こらないことが要求される。
【0007】そこで、ショットキ電極15の材料とし
て、高融点材料であるAu、Pt、Mo(モリブデン)
およびW(タングステン)について検討を行った。これ
らのうち、MoおよびWは仕事関数が低いため障壁電位
が低くなる。PtはAuよりも約0.5V高い仕事関数
を有するが、750℃以上の熱処理でSiC中のSiと
の反応が起こり、Pt2 Siが形成される。その結果、
ショットキ接合面での抵抗が高くなることが実験により
確かめられた。一方、Auは800℃の高温熱処理にお
いても半導体との界面で大きな変化が起こらないことが
確認されたが、Ptに比べて高いショットキ障壁を形成
することができない。
【0008】本発明の目的は、高温下においても高いシ
ョットキ障壁が安定に得られるショットキ電極を備えた
半導体装置を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段および発明の効果】第1の
発明に係る半導体装置は、n型炭化ケイ素上に第1の金
属からなる第1の電極層を介して第2の金属からなる第
2の電極層が形成され、第1の金属は第2の金属よりも
炭化ケイ素に対する反応性が低く、第2の金属は第1の
金属よりも大きな仕事関数を有するものである。
【0010】本発明に係る半導体装置においては、第1
の金属が第2の金属よりも炭化ケイ素に対して低い反応
性を有するので、高温下において第1の電極層と炭化ケ
イ素との界面で反応が起こらない。また、第2の金属が
第1の金属よりも大きな仕事関数を有するので、第2の
金属により高いショットキ障壁が形成される。したがっ
て、高温下でも高いショットキ障壁が安定に得られる。
【0011】特に、第1の金属が金またはタングステン
であり、第2の金属が白金であることが好ましい。金お
よびタングステンは、高温下でも炭化ケイ素と反応せ
ず、高い安定性を有する。また、白金は金およびタング
ステンに比べて大きな仕事関数を有し、高い障壁電位を
有する。したがって、高温下でも高いショットキ障壁が
安定に得られる。その結果、漏れ電流が少なくかつ安定
な高温用半導体装置が提供される。
【0012】特に、第1の電極層の厚さは、炭化ケイ素
に対するショットキ障壁の高さが第2の金属の仕事関数
により定まるように設定されることが好ましい。これに
より、第2の金属の仕事関数により定まる高いショット
キ障壁が確実に形成される。
【0013】また、第1の電極層の厚さは10Å以上5
0Å以下であることが好ましい。第1の電極層の厚さが
10Å以上であると、第1の電極層と第2の電極層との
界面で第1の金属および第2の金属の組成の混ざりによ
り第2の金属が炭化ケイ素と第1の電極層との界面に侵
入することが防止される。また、第1の電極層の厚さが
50Å以下であると、第1の電極層と炭化ケイ素との界
面でのショットキ障壁の高さが第2の金属の仕事関数に
より定まる。したがって、高温下で高いショットキ障壁
を有し安定なショットキ電極が得られる。
【0014】第2の発明に係る半導体装置は、n型炭化
ケイ素層上にショットキ電極が形成され、ショットキ電
極は、n型炭化ケイ素層上に形成された第1の金属から
なる第1の電極層と、第1の電極層上に形成された第2
の金属からなる第2の電極層とからなり、第1の金属は
第2の金属よりも炭化ケイ素に対する反応性が低く、第
2の金属は第1の金属よりも大きな仕事関数を有する。
【0015】本発明に係る半導体装置においては、第1
の金属が第2の金属に比べて炭化ケイ素に対して低い反
応性を有するので、高温下においても第1の電極層と炭
化ケイ素層との界面で反応が起こらない。また、第2の
金属が第1の金属よりも大きな仕事関数を有するので、
ショットキ電極が第2の金属により定まる高いショット
キ障壁を有する。したがって、高温下で高性能かつ高い
安定性を有する半導体装置が得られる。
【0016】
【発明の実施の形態】図1は本発明の一実施例における
ショットキダイオードを示す模式的断面図である。
【0017】図1において、n型6H−SiC基板1の
(0001)Si面上に厚さ5μmの6H−SiCから
なるn型エピタキシャル層2がエピタキシャル成長法に
より形成されている。n型6H−SiC基板1のキャリ
ア濃度は9×1017/cm-3であり、n型エピタキシャ
ル層2のキャリア濃度は3×1015/cm-3である。
【0018】n型エピタキシャル層2上に、厚さ10〜
50ÅのAuからなる第1の電極層3および厚さ200
0Å以上、例えば4000ÅのPtからなる第2の電極
層4が電子ビーム蒸着法により順に形成されている。第
1の電極層3および第2の電極層4がショットキ電極5
を構成する。このショットキ電極5の直径は110μm
である。n型6H−SiC基板1の下面には厚さ500
0ÅのNi電極6が形成されている。
【0019】なお、ショットキ障壁の高さφB は、下記
の一般的な実験式により求められる。
【0020】φB =αφm −β 上式において、φm は金属の仕事関数であり、αおよび
βはそれぞれ所定の定数である。上式から、ショットキ
障壁の高さφB は金属の仕事関数φm に比例することに
なる。
【0021】Ptの仕事関数はAuの仕事関数よりも約
0.5V高いため、SiCに対するPtのショットキ障
壁の高さはSiCに対するAuのショットキ障壁の高さ
に比べて高くなる。SiCに対するPtのショットキ障
壁の高さは0.7Vであり、SiCに対するAuのショ
ットキ障壁の高さは0.5Vである。
【0022】図2は第1の電極層3の厚さが厚い場合に
おけるn型エピタキシャル層2、第1の電極層3および
第2の電極層4のエネルギーバンド図であり、(a)は
接合前の状態を示し、(b)は接合後の状態を示す。ま
た、図3は第1の電極層3の厚さが薄い場合におけるn
型エピタキシャル層2、第1の電極層3および第2の電
極層4のエネルギーバンド図であり、(a)は接合前の
状態を示し、(b)は接合後の状態を示す。
【0023】図2および図3において、VLは真空準位
を表わし、EC はn型エピタキシャル層2の伝導帯下端
のレベルを表し、EF はフェルミ準位を表し、EV はn
型エピタキシャル層2の価電子帯上端のレベルを表す。
また、qは電子の電荷であり、χはSiCの電子親和力
であり、φ1 はAuの仕事関数であり、φ2 はPtの仕
事関数である。また、φB はショットキ障壁の高さであ
る。ここで、φ2 >φ 1 である。
【0024】図2に示すように、第2の電極層3の厚さ
が厚い場合には、ショットキ障壁の高さφB は第1の電
極層3のAuの仕事関数φ1 で定まる。この場合、φB
=φ 1 −χとなる。
【0025】一方、図3に示すように、第1の電極層3
の厚さが薄い場合には、ショットキ障壁の高さφB は第
2の電極層4のPtの仕事関数φ2 により定まる。この
場合、φB =φ2 −χとなる。
【0026】第1の電極層3の厚さが10Åよりも薄い
と、第1の電極層3と第2の電極層4との界面でのAu
およびPtの組成の混ざりにより、Ptが第1の電極層
3とn型エピタキシャル層2との界面に侵入するおそれ
がある。一方、第1の電極層3の厚さが50Å(数十原
子層)よりも厚くなると、図2に示したように、ショッ
トキ障壁の高さφB が第2の電極層4のPtの仕事関数
φ2 で定まる可能性がある。したがって、高温下におい
て第2の電極層4のPtの仕事関数φ2 で定まる高いシ
ョットキ障壁を安定に得るためには、第1の電極層3の
厚さが10Å以上50Å以下であることが好ましい。
【0027】ここで、図6のショットキダイオードの構
造においてPtからなるショットキ電極15を有する評
価用試料およびAuからなるショットキ電極15を有す
る評価用試料を作製し、電流−電圧特性を測定した。な
お、n型SiC基板11、n型エピタキシャル層12お
よびNi電極16の膜厚等の条件は図1のショットキダ
イオードのn型6H−SiC基板1、n型エピタキシャ
ル層2およびNi電極6と同様である。ショットキ電極
15の厚さは5000Åとした。
【0028】図4はPtからなるショットキ電極15を
有するショットキダイオードの電流−電圧特性の測定結
果を示す図であり、(a)はアニール前の特性を示し、
(b)は800℃でのアニール後の特性を示す。図4に
示すように、Ptからなるショットキ電極15を有する
ショットキダイオードでは、アニール前には良好なダイ
オード特性が得られているが、800℃でのアニール後
には、特性が劣化している。
【0029】図5はAuからなるショットキ電極15を
有するショットキダイオードの電流−電圧特性の測定結
果を示す図であり、(a)はアニール前の特性を示し、
(b)は800℃でのアニール後の特性を示す。図5に
示すように、Auからなるショットキ電極15を有する
ショットキダイオードでは、アニール前およびアニール
後において特性の変化がほとんどない。この結果から、
Auは高温下でもSiCと反応しないことがわかる。
【0030】図1の本実施例のショットキダイオードで
は、Ptからなる第2の電極層4がAuからなる第1の
電極層3を介してn型エピタキシャル層2上に形成され
ているので、高温下でも電流−電圧特性の劣化が生じな
い。例えば、約100℃〜500℃の高温下でも逆方向
電圧の印加時に漏れ電流が少なく、順方向電圧の印加時
に良好なダイオード特性が得られる。また、Auからな
る第1の電極層3の厚さが10〜50Åに設定されてい
るので、n型エピタキシャル層2に対するショットキ電
極5のショットキ障壁の高さがPtからなる第2の電極
層4の仕事関数で定まる。これにより、ショットキ障壁
の高さが約2eVと高くなる。このように、本実施例の
ショットキダイオードでは、高温下でも良好な特性が安
定に得られる。
【0031】なお、上記実施例では、本発明をショット
キダイオードに適用した場合を説明したが、本発明は、
ショットキダイオードに限らず、ショットキ電極を有す
る種々の半導体装置に適応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例におけるショットキダイオー
ドを示す模式的断面図である。
【図2】第1の電極層の厚さが厚い場合におけるn型エ
ピタキシャル層、第1の電極層および第2の電極層のエ
ネルギーバンド図である。
【図3】第1の電極層の厚さが薄い場合におけるn型エ
ピタキシャル層、第1の電極層および第2の電極層のエ
ネルギーバンド図である。
【図4】Ptからなるショットキ電極を有するショット
キダイオードの電流−電圧特性の測定結果を示す図であ
る。
【図5】Auからなるショットキ電極を有するショット
キダイオードの電流−電圧特性の測定結果を示す図であ
る。
【図6】従来のショットキダイオードの一例を示す模式
的断面図である。
【符号の説明】
1 n型6H−SiC基板 2 n型エピタキシャル層 3 第1の電極層 4 第2の電極層 5 ショットキ電極

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 n型炭化ケイ素上に第1の金属からなる
    第1の電極層を介して第2の金属からなる第2の電極層
    が形成され、前記第1の金属は前記第2の金属よりも前
    記炭化ケイ素に対する反応性が低く、前記第2の金属は
    前記第1の金属よりも大きな仕事関数を有することを特
    徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記第1の金属は金またはタングステン
    であり、前記第2の金属は白金であることを特徴とする
    請求項1記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 前記第1の電極層の厚さは、前記炭化ケ
    イ素に対するショットキ障壁の高さが前記第2の金属の
    仕事関数により定まるように設定されたことを特徴とす
    る請求項1または2記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】 前記第1の電極層の厚さは10Å以上5
    0Å以下であることを特徴とする請求項1、2または3
    記載の半導体装置。
  5. 【請求項5】 n型炭化ケイ素層上にショットキ電極が
    形成され、前記ショットキ電極は、前記n型炭化ケイ素
    層上に形成された第1の金属からなる第1の電極層と、
    前記第1の電極層上に形成された第2の金属からなる第
    2の電極層とを含み、前記第1の金属は前記第2の金属
    よりも前記炭化ケイ素に対する反応性が低く、前記第2
    の金属は前記第1の金属よりも大きな仕事関数を有する
    ことを特徴とするショットキ型半導体装置。
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