JP3275616B2 - 炭化けい素ショットキーダイオードの製造方法 - Google Patents

炭化けい素ショットキーダイオードの製造方法

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schottky diode
schottky
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多二男 漆谷
孝一 橋本
慎次 荻野
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【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体材料として炭化
けい素 (以下ＳｉＣと記す) を用いた高耐圧で高速スイ
ッチングを行うＳｉＣショットキーダイオードの製造方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＳｉＣは、その最大電界強度が大きいこ
とから、大電力、高耐圧を制御する電力用半導体デバイ
スへの応用が期待されている。ショットキーダイオード
は、ｐ−ｎ接合ダイオードと異なり、少数キャリアを使
用しないことから高速スイッチングができる。しかし、
半導体材料としてシリコンを用いると、逆方向バイアス
時のもれ電流が大きいことや、順方向特性が悪いことか
ら、１００Ｖ以上の高耐圧には使用できない。ＳｉＣで
は、これらの問題が解決されるとして、ショットキーダ
イオードの試作が行われている。従来のＳｉＣショット
キーダイオードにおいては、ショットキー電極として、
Ｔ. Ｋｉｍｏｔｏ, ｅｔ ａｌ．ＩＥＥＥＥｌｅｃｔ．
Ｄｅｖ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ. １４ (１９９３) ｐ５４８
ではＡｕを、Ｍ. Ｂｈａｔｎａｇａｒ, ｅｔ ａｌ. Ｉ
ＥＥＥ Ｅｌｅｃｔ. ＤｅＶ. Ｌｅｔｔ. Ｖｏｌ. １３
(１９９２) ｐ５０１ではＰｔを用い、高耐圧で素子抵
抗の小さい良好な特性が報告されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】これらの報告による
と、ＡｕやＰｔのショットキー電極を室温ないし３００
℃の低温で形成しており、その後それ以上の熱処理を行
わないまま、特性が評価されている。その理由は、別に
Ｄ. Ｅ. Ｉｏａｎｎｏｕ, ｅｔ ａｌ. ＩＥＥＥＴｒａ
ｎｓ. Ｅｌｅｃｔ. Ｄｅｖ. Ｖｏｌ. ＥＤ−３４ (１９
８７) ｐ１６９４に報告されているように、高温の熱処
理を行うことでＡｕやＰｔがＳｉＣと反応し、ショット
キー特性、特にリーク電流が増加するためである。この
ため、ＳｉＣ自体が高温でも耐えられる材料でありなが
ら、ＡｕやＰｔを用いたショットキーダイオードは高温
で使用できないことになる。そのほか、ＡｕやＰｔの電
極は密着性が悪く、洗浄工程などで剥離が発生するなど
の問題点があげられる。従って、大面積の電極を形成す
ることは困難であった。
【０００４】本発明の目的は、上述の問題を解決し、高
温でも使用することができ、大面積化、あるいは量産化
も可能なＳｉＣショットキーダイオードの製造方法を提
供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の問題を解決するた
めに、本発明のＳｉＣショットキーダイオードの製造方
法は、ｎ形ＳｉＣ半導体素体表面上にＡｌおよびＴｉよ
りなる電極層を被着したのち、これを６００〜１２００
℃の温度範囲で熱処理してショットキー電極を形成する
ものとする。半導体素体上に被着するＡｌおよびＴｉよ
りなる電極層をＡｌ−Ｔｉ合金より形成することも、Ａ
ｌ膜とＴｉ膜とを交互に積層して形成することも良い方
法である。ｎ形ＳｉＣ素体表面上にｐ形ＳｉＣ層を積層
し、上記のショットキー電極をそのｐ形ＳｉＣ層の開口
部でｎ形ＳｉＣ素体の露出面に接触させると共に、その
周囲でｐ形ＳｉＣ層表面に被着させることが有効であ
る。そして、ｎ形ＳｉＣ素体裏面にオーム性接触する電
極をＮｉにより形成することが良い。
【０００６】
【作用】ＡｌおよびＴｉの金属膜を６Ｈ−ＳｉＣ基体上
に形成し、４００ないし６００℃で熱処理してそのショ
ットキーバリア高さを測定したことは、Ｊ. Ｒ. Ｗａｌ
ｄｒｏｐ, ｅｔ ａｌ. Ａｐｐｌ. Ｐｈｙｓ. Ｌｅｔ
ｔ. Ｖｏｌ６２ (１９９３) ｐ２６８５に報告されてい
る。しかし、ショットキーダイオードとしての耐圧につ
いては報告されていない。ＡｌおよびＴｉよりなる電極
層を被着したのち、６００℃以上で熱処理してショット
キー電極を形成したショットキーダイオードでは、高温
で熱処理されているため、電極がＳｉＣと合金化層を形
成して、大面積電極とした場合も基板と良好に密着する
とともに、高温の使用でも耐える接合となる。しかし、
ショットキー接合に逆電圧を印加してアバランシェ電流
が流れるとき、接合の周縁部に電界が集中するため、そ
の部分で放電が集中する。ｎ形ＳｉＣ素体とのショット
キー接合の周縁部をｐ形領域で囲めば、ＡｌおよびＴｉ
よりなるショットキー電極はこのｐ形領域とオーム性接
触し、ショットキー接合の周囲に平面接合に近いｐｎ接
合がつながるため、電界集中が大幅に緩和される。
【０００７】
【実施例】以下、図を引用して本発明の実施例について
述べる。図１ (ａ) 〜 (ｃ) は本発明の一実施例のＳｉ
Ｃショットキーダイオードの製造工程を示す。先ず、高
不純物濃度で抵抗率0.０２Ωｃｍ以下の低抵抗ＳｉＣ単
結晶基板を用意し、その上に低不純物濃度のｎ- 層１を
エピタキシャル成長で形成、その表面を保護するための
絶縁膜として熱酸化膜３を成膜する〔図１ (ａ) 〕。こ
の熱酸化膜３に開口部３１を明け〔図１ (ｂ) 〕、次い
でＡｌ５０％、Ｔｉ５０％のＡｌ−Ｔｉ合金よりなるシ
ョットキー電極層４を全面に形成したのちエッチングに
よりパターニングする。このショットキー電極層４は、
ＡｌとＴｉの別個のソースを用いるか、Ａｌ−Ｔｉ合金
のソースを用いてのスパッタあるいは蒸着により形成す
る。しかし、厚さの比が比重と逆の比の4.５：2.７のＡ
ｌ膜とＴｉ膜を交互にスパッタあるいは蒸着により成膜
して積層してもよい。パターニング・エッチングは、プ
ラズマエッチングなどのドライエッチング、あるいはり
ん硝酸およびふっ酸などによりウェットエッチングで行
う。次に、裏面側のｎ+ 層２の表面にｎ形ＳｉＣと良好
なオーム性接触できる金属電極層５の一例であるＮｉ層
を成膜する〔図１ (ｃ) 〕。このあと、６００〜１２０
０℃の温度範囲で熱処理を行うと、表面側のｎ- 層１の
上にショットキー接合、裏面のｎ+ 層２の上にオーム性
接合が形成される。このようにして形成したショットキ
ーダイオードの一例として、ｎ- 層１の不純物濃度が４
×１０17ｃｍ-3耐圧２５０Ｖが得られた。この値は最大
電界強度２×１０6 Ｖ／ｃｍに対応し良好な値である。
また、リーク電流も１００Ｖで１０-5Ａ／ｃｍ2 以下で
あり、実用可能な値である。
【０００８】図２は本発明の別の実施例のショットキー
ダイオードの断面構造を示し、図１と共通部分には同一
の符号が付されている。このダイオードは、ショットキ
ー接合の周縁部での電界集中を防止するために、ｎ- 層
１の表面とＡｌ／Ｔｉ電極層４との間のショットキー接
合の周りに、ｎ- 層とのｐｎ接合を有するｐ領域６が形
成されている。ｎ形ＳｉＣ上のショットキー電極である
Ａｌ−Ｔｉ合金もしくはＡｌ／Ｔｉ積層膜は、ｐ形Ｓｉ
Ｃに対しオーム性接触をするため、ショットキー接合と
ｐｎ接合は並列接続になり、両接合の連続したほぼ平面
的な接合を形成する。このため、ショットキー電極４の
周縁部での電界集中は大幅に緩和できる。
【０００９】図３ (ａ) 〜 (ｄ) は図２のショットキー
ダイオードの製造工程を示す。この場合は、ｎ+ ＳｉＣ
基板２の上にｎ- 層１をエピタキシャル成長させたの
ち、不純物濃度１０17／ｃｍ3 程度で厚さ約１μｍのｐ
形ＳｉＣ層６０を積層する〔図３ (ａ) 〕。このｐ層６
０を、その上にレジストパターン７を形成し〔図３
(ｂ) 〕、ドライエッチングあるいは選択的酸化などの
方法で部分的に除去してｐ形ＳｉＣ領域６を形成し、そ
の間にｎ- 層１を露出させる〔図３ (ｃ) 〕。以下、図
１ (ｃ) に示す工程と同様にショットキー電極層４およ
びオーム性電極層５を形成し、６００〜１２００℃のア
ニールを行う。以上により、より安定して高耐圧を示す
ショットキーダイオードが得られた〔図３ (ｄ) 〕。
【００１０】
【発明の効果】本発明によれば、Ａｌ／Ｔｉよりなるシ
ョットキー電極層を設けて高温で熱処理することによ
り、ＳｉＣを半導体材料として用いて高温で使用できる
ショットキーダイオードで、また大面積の大容量ショッ
トキーダイオードも製造可能になった。また、これらの
素子の量産化も容易になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例のＳｉＣショットキーダイオ
ードの製造工程を (ａ) ないし(ｃ) の順に示す断面図
【図２】本発明の別の実施例のＳｉＣショットキーダイ
オードの断面図
【図３】図２に示したＳｉＣショットキーダイオードの
製造工程を (ａ) ないし (ｄ)の順に示す断面図
【符号の説明】
１ ｎ- ＳｉＣ層 ２ ｎ+ ＳｉＣ基板 ４ ショットキー電極層 ５ オーム性電極層 ６ ｐＳｉＣ領域 ６０ ｐＳｉＣ層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荻野 慎次 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 関 康和 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平６−252380（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−264475（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−75101（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−355965（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−25976（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−97441（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−104484（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−67774（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−67773（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−48145（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−317374（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−133176（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−45976（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−125870（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−71271（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−64066（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−83253（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−268202（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−161760（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 29/872

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ｎ形炭化けい素半導体素体表面にアルミニ
    ウムおよびチタンよりなる電極層を被着したのち、これ
    を６００〜１２００℃の温度範囲で熱処理してショット
    キー電極を形成することを特徴とする炭化けい素ショッ
    トキーダイオードの製造方法。
  2. 【請求項２】半導体素体上に被着するアルミニウムおよ
    びチタンよりなる電極層をアルミニウム・チタン合金よ
    り形成する請求項１記載の炭化けい素ショットキーダイ
    オードの製造方法。
  3. 【請求項３】半導体素体上に被着するアルミニウムおよ
    びチタンよりなる電極層をアルミニウム膜とチタン膜と
    を交互に積層して形成する請求項１記載の炭化けい素シ
    ョットキーダイオードの製造方法。
  4. 【請求項４】ｎ形炭化けい素素体表面上にｐ形炭化けい
    素層を積層し、ショットキー電極をそのｐ形炭化けい素
    層の開口部でｎ形炭化けい素素体の露出面に接触させる
    と共に、その周囲でｐ形炭化けい素層表面に被着させる
    請求項１ないし３のいずれかに記載の炭化けい素ショッ
    トキーダイオードの製造方法。
  5. 【請求項５】ｎ形炭化けい素素体裏面にオーム性接触す
    る電極をニッケルにより形成する請求項１ないし４のい
    ずれかに記載の炭化けい素ショットキーダイオードの製
    造方法。
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JP4538870B2 (ja) * 1999-09-21 2010-09-08 株式会社デンソー 炭化珪素半導体装置及びその製造方法
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