JP3357793B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
ショットキーバリアダイオードで構成される半導体装置
及びその製造方法に関し、特に、順方向電圧降下を抑え
ることにより電力損失を少なくし、さらに、逆方向電流
の低減を図ることができる半導体装置及びその製造方法
に関する。
生じて整流作用を示すことが一般的に知られている。こ
の性質を利用したものがショットキーバリアダイオード
(schottky barrier diode:SBD)であるが、このダ
イオードに流れる電流には半導体の多数キャリアのみが
関与するので、応答速度はきわめて速い。従って、高速
スイッチングや高周波動作に適したダイオードである。
方向リーク電流の低減を図る構造として、例えば、次の
ようなものがある。
としては、N+Si基板上に成長させたN−エピタキシ
ャルSi層に所定間隔を空けて複数のP+拡散層がスト
ライプ状に形成されている。さらに、N−エピタキシャ
ルSi層上にはショットキーバリア電極(アノード側)
が、N+Si基板下にはオーミック電極(カソード側)
がそれぞれ設けられている。
ョットキーバリア電極とN−エピタキシャルSi層との
接触部に生じるショットキーバリアにより、ショットキ
ーバリア電極とオーミック電極の間に順方向電圧VFを
印加した場合にはエネルギーレベルの高いN−エピタキ
シャルSi層内の電子がショットキーバリア電極のほう
に注入され順方向電流が流れるが、逆方向電圧VRを印
加した場合にはショットキーバリアによってショットキ
ーバリア電極からN−エピタキシャルSi層へ電子が移
動することが阻止され印加電圧によらず逆方向電流は一
定の微小量となる。このように、このダイオードは整流
作用を持っているのである。
ダイオードの製造方法の一例について説明する。
層を成長した後、Si酸化膜を約100nm形成する。
続いて、フォトリソグラフィー技術によりSi酸化膜に
約1μmの幅を有するストライプ状の開口部を形成した
後、約200nmの深さに不純物分布がピークとなるよ
う不純物をイオン注入する。そして、熱処理によりN−
エピタキシャルSi層に深さ2μmのP+拡散層を形成
した後、Si酸化膜を除去し、N+Si基板上にショッ
トキーバリア電極を、N+Si基板下にオーミック電極
を形成する。
た製造方法によりダイオードを作成した場合に、イオン
注入する不純物の種類によらずSiに対する不純物の拡
散は、通常、深さ方向の約0.8倍の速度で横方向に進
むた為、P+拡散層の形成の際に不純物を深さ2μmま
で拡散させた時には横方向には1.6μmずつ左右に拡
散することとなり、結果として、横方向の拡散幅は3.
2μmとなる。すなわち、開口幅の1μmを合わせると
横方向の拡散幅は全体で4.2μmと、理想値の1μm
の4.2倍も拡散が進んでしまう。このため、ショット
キーバリア面積の減少が進み、順方向電流の通流域が減
少し、順方向電圧降下が大きくなる問題を有していた。
ョットキーバリア面積をとった場合にはチップサイズが
大きくなり過ぎるという問題があった。
より順方向電圧降下を減少させ、かつ、チップサイズの
増大を抑制することを目的とする。
に第1の発明は、第1の導電型の半導体層と、該半導体
層を挟む電極から構成される半導体装置であって、前記
半導体層の所定の複数の領域に凹部を形成し、前記複数
の凹部の内部に第2の導電型の埋込み層と該埋込み層の
周辺に第2の導電型の拡散層を形成することを特徴とす
る。
層中を第2の導電型の不純物を拡散させることにより該
埋込み層の周辺に第2の導電型の拡散層を形成するの
で、第2の導電型の拡散層の横方向の拡散幅を大幅に減
少させることができる。
と、該半導体層を挟む電極から構成される半導体装置で
あって、前記半導体層の所定の複数の領域に凹部を形成
し、前記複数の凹部の内部に第2の導電型の埋込み層と
該埋込み層の周辺に第2の導電型の拡散層を形成する半
導体装置において、前記拡散層は、前記凹部上部付近よ
りも前記凹部底部付近のほうが厚いことを特徴とする。
れる拡散層を薄くしたので、順方向電圧降下を最小限に
抑えることができる。
厚くしたので、逆方向電圧印加時のリーク電流及び逆方
向電流を低減することができる。
て図面を用いて説明する。
ショットキーバリアダイオードの断面図であり、図2は
図1を拡大した図である。なお、構造としてはP+埋込
み型のものである。このダイオードは、例えば、N+S
i基板1上にN−エピタキシャルSi層3をエピタキシ
ャル成長させ、さらに、N−エピタキシャルSi層3上
にショットキーバリア電極5(アノード側)を形成した
構造となっている。また、N+Si基板1の反対表面側
にはオーミック電極7(カソード側)が形成されてい
る。さらに、N−エピタキシャルSi層3には、図8
(b)に示す複数の凹部9が設けられており、その周辺
にはP+拡散層11が形成され、また、その凹部9の内
部にはポリSi埋込み層13が埋め込まれている。
ドの製造方法について図3、図4を参照しつつ説明す
る。
基板1上にN−エピタキシャルSi層3を成長させる。
タキシャルSi層3上に形成した酸化膜15をフォトリ
ソグラフィー技術によりパターニングし、さらに、この
酸化膜15をマスクとしてN−エピタキシャルSi層3
をドライエッチングし、トレンチ形状の凹部9を形成す
る。
タキシャルSi層3に形成された凹部9が完全に埋め込
まれるようにポリSi埋込み層13をCVD(Chemical
Vapor Deposition )法等により堆積する。
埋め込まれたポリSi埋込み層13とN−エピタキシャ
ルSi層3の表面が一致し平坦化されるまで、ポリSi
埋込み層13をドライエッチングし、さらに、イオン注
入技術により、ホウ素(B)などのP型不純物19をポ
リSi埋込み層13の表面近傍に打ち込む。この時、酸
化膜15はイオン打ち込みのマスクとなるので、不純物
はポリSi埋込み層13のみに打ち込まれることにな
る。
埋込み層13の表面近傍に打ち込まれたP型不純物19
を熱処理により、ポリSi埋込み層13内に拡散させ、
P+拡散層11を形成する。この時、ポリSiはSiと
比べて、その不純物拡散速度が大きいので、打ち込まれ
たP型不純物19の大半は、まず、ポリSi埋込み層1
3内を拡散し、その後、凹部9周辺のN−エピタキシャ
ルSi層3に拡散し、P+拡散層11を形成することに
なる。
トキーバリア電極5とオーミック電極7をそれぞれ蒸着
することにより、図2に示すダイオードを得ることがで
きる。
チ内壁にP+拡散層11を形成する場合、ポリSi中の
不純物拡散はSi中に比べて速いためにトレンチ底部ま
でP+拡散層11を形成した際には、トレンチ上部の横
方向拡散は従来に比べて大幅に抑制される。
めには、横方向の拡散は0.6μm(左右0.3μmず
つ)で済む。すなわち、開口部1μmを合わせてもP+
拡散層11の横方向拡散は高々1.6μmでしかなく、
理想値である1μmの1.6倍で済むのである。
較してショットキーバリア面積の減少を抑制することに
より、順方向電圧降下の増加を抑制することができる。
よって、従来より順方向電圧降下を減少させ、かつ、チ
ップサイズの増大を抑制することができるのである。
た場合には次のような問題がある。というのは、上述し
た製造方法によりダイオードを作製した場合には、図2
から明らかなように、P+拡散層11は凹部9周辺に均
等な厚さで形成されるわけではなく、実際には、不純物
が打ち込まれた表面近傍からの距離が遠い凹部9の底部
よりも距離の近い上部のほうに形成されるP+拡散層1
1のほうが厚くなってしまうのである。このことは、ポ
リSi内の不純物拡散速度がSi内と比べて十分大きく
ないために、ポリSi埋込み層13内を不純物が凹部9
の底部まで拡散する前に、N−エピタキシャルSi層3
への拡散が実際には始まってしまうことによるものであ
る。
以下に述べるような問題が生じる。
P+拡散層11が厚いほど、整流作用を示す接触部Aの
面積が小さくなってしまう。一方、順方向電流はショッ
トキーバリアが形成される接触部Aの面積に比例するの
で、接触部Aの面積が小さくなると、その分順方向電流
も小さくなってしまうのである。従って、凹部9の上部
のP+拡散層11が厚いと、順方向電圧降下による電力
損失という問題が生じるのである。
いと、逆方向電圧が印加された場合に、P+拡散層11
側に伸びる空乏層がポリシリコン埋込み層13にまで及
んでしまう場合がある。例えば、図5は、図2に示すダ
イオードに60Vの逆方向電圧を印加した場合の空乏層
の広がりを示す図であり、P+拡散層11側に広がる空
乏層23がポリSi埋込み層13に到達していることが
わかる(図中dで示す箇所)。この場合、多結晶である
ポリSi埋込み層13の結晶性により、空乏層内では電
子正孔対が発生してしまうので、この電子正孔対により
ポリSi埋込み層13とN−エピタキシャルSi層3の
間に電流が流れてしまうのである。従って、凹部9の底
部のP+拡散層11が薄いと、逆方向電圧を印加したと
きのリーク電流が大きくなってしまうのである。
いと、逆方向電圧が印加された場合に、N−エピタキシ
ャルSi層3側に伸びる空乏層がピンチオフしにくくな
ってしまう。例えば、図6は、図2に示すダイオードに
5Vの逆方向電圧を印加した場合の空乏層の広がりを示
す図であるが、凹部9の底部のP+拡散層11が薄いた
めに隣り合うPN接合面間の距離(図中Bで示す距離)
が大きくなってしまい、ピンチオフ状態にはほど遠いこ
とがわかる。ところが、接触部Aにかかる電界は、ショ
ットキーバリア電極5に印加される電圧とN−エピタキ
シャルSi層3側に伸びる空乏層の幅(図中Cで示す距
離)により決まる。ピンチオフ状態に遠ければ遠いほ
ど、距離Cは短くなるので、一定電圧の下では、逆に接
触部Aにかかる電界は大きくなってしまう。従って、接
触部Aに流れる逆方向電流が大きくなってしまうのであ
る。
凹部上部におけるP+拡散層が厚いために、ショットキ
ーバリア面積が小さくなり、順方向電圧降下による電力
損失という不具合がある。
ために、逆方向電圧を印加した場合、凹部に埋め込まれ
たポリSiにまで空乏層が伸びてしまうため、電子正孔
対によるリークが発生してしまう不具合があった。さら
に、逆方向電流が大きくなってしまうという不具合もあ
る。
2の実施の形態に係るショットキーバリアダイオードに
ついて説明する。
るショットキーバリアダイオードの断面図である。な
お、図1と同一部分には同一符号を付してある。
i基板1上にN−エピタキシャルSi層3をエピタキシ
ャル成長させ、さらに、N−エピタキシャルSi層3上
にショットキーバリア電極5(アノード側)を形成した
構造となっている。また、N+Si基板1の反対表面側
にはオーミック電極7(カソード側)が形成されてい
る。さらに、N−エピタキシャルSi層3には、複数の
凹部9が設けられており、その周辺にはP+拡散層11
が形成され、また、その内部にはポリSi埋込み層13
が埋め込まれている。ここまでは、従来のショットキー
バリアダイオードと同様であり、本発明の特徴である点
は、図7に示すように、凹部9上部のP+拡散層11
(図中aで示す箇所)が薄く、凹部9底部のP+拡散層
11(図中bで示す箇所)が厚くなっている点である。
なお、このダイオードの整流作用については従来例と同
様であるので、ここでは説明を省略する。
9上部のP+拡散層11が第1の実施の形態と比べて薄
いので、接触部Aの面積を大きくすることができ、順方
向電流は大きくなる。従って、順方向電圧降下による電
力損失を抑えることができる。
と比べて厚いので、逆方向電圧が印加された場合に、P
+拡散層11側に伸びる空乏層がポリシリコン埋込み層
13にまで及ぶことはなく、従って、第1の実施の形態
のようなポリシリコン埋込み層13内にまで伸びた空乏
層内で発生する電子正孔対に基づくリーク電流を抑える
ことができる。さらに、第1の実施の形態と比べて低電
圧の逆方向電圧でN−エピタキシャルSi層3側に伸び
る空乏層がピンチオフするので、接触部Aにかかる電界
を第1の実施の形態より小さくし、逆方向電流を低減す
ることができる。
るP+拡散層11の面積が、上記第1の実施の形態と比
べて小さくなるため、順方向での正孔注入が極力抑えら
れ、動作速度が速くなる。
板に垂直な縦方向の中心軸に対してP+拡散層11が実
質上左右対称に形成され、かつ、隣接するP+拡散層1
1間の距離が等しい場合には、P+拡散層11に伸びる
空乏層が実質上左右対称となり、リーク電流防止の補償
度を安定化できる点で好ましい。
製造方法の一例について図8、図9を参照しつつ説明す
る。
(ρ)が10m Ω・cm程度のN+Si基板1上に比抵抗
(ρ)が2Ω・cm程度のN−エピタキシャルSi層3を
成長させる。
タキシャルSi層3上に形成した酸化膜15をフォトリ
ソグラフィー技術によりパターニングし、さらに、この
酸化膜15をマスクとしてN−エピタキシャルSi層3
をドライエッチングし、トレンチ形状の凹部9を形成す
る。なお、ここでは、凹部9の深さを4μm、幅を1μ
m、また、凹部9底部からN+Si基板上面間での距離
を4μm、各凹部9の間隔を5μmとする。
一部が埋め込まれるように、第1のポリSi埋込み層1
7をCVD法等により堆積する。なお、後述するイオン
注入で打ち込まれるP型不純物が凹部9部付近まで達す
るように、第1のポリSi埋込み層17は凹部9の5%
〜80%の範囲が埋め込まれるように堆積する。
入技術によりホウ素(B)などのP型不純物19を第1
のポリSi埋込み層17の表面近傍に打ち込む。この
時、上述したように第1のポリSi埋込み層17は凹部
9の5%〜80%の範囲で埋め込まれるように堆積され
ているので、第1のポリSi埋込み層17の表面近傍
は、ちょうど凹部9の底部に存在することになり、従っ
て、P型不純物は凹部9底部付近に存在することになる
(図中cで示す箇所)。なお、ここでは、P型不純物は
5×1016cm-2とする。
完全に埋め込まれるまで第2のポリSi埋込み層21を
堆積し、凹部9に埋め込まれた第1のポリSi埋込み層
17及び第2のポリSi埋込み層21とN−エピタキシ
ャルSi層3の表面が一致し平坦化されるまでドライエ
ッチングする。なお、この時、酸化膜15上に堆積され
ている第1のポリSi埋込み層17に打ち込まれたP型
不純物19も同時に除去されてしまう。
部付近に打ち込まれているP型不純物19を熱処理によ
り第1のポリSi埋込み層17内を拡散させ、P+拡散
層11を形成する。この時、打ち込まれたP型不純物1
9からの距離の近い凹部9底部付近にはP型不純物19
は速く拡散し、逆に距離の遠い凹部9上部付近には遅く
拡散するので、凹部9底部付近のP+拡散層11は厚
く、凹部9上部付近のP+拡散層11は薄くなる。この
ように、上述した本発明の特徴的な構造を達成すること
ができるのである。
トキーバリア電極5とオーミック電極7をそれぞれ蒸着
することにより、図7に示す構造のダイオードを得るこ
とができる。
イオン注入角度を0度にして凹部9の底部にP型不純物
をイオン注入技術により打ち込み、その後、凹部9に図
8(c)のポリSi埋込み層17を形成してから熱処理
を行っても、凹部9底部付近のP+拡散層11を厚く、
凹部9上部付近のP+拡散層11を薄くすることができ
る。また、イオン注入角度が0度より大きい場合であっ
ても、凹部9の内壁にイオン注入することより、或いは
10〜100nm程度の薄い酸化膜を形成した後にイオ
ン注入することより同様の形状を得ることができる。な
お、この時の角度は45度以内が好ましい。
埋込みを2度行っているが、図8(c)の第1のポリS
i埋込み層17を埋込む前に酸化膜15上から凹部9へ
数keV〜数10keVでイオン注入を行う。或いは、
10〜100nm程度の薄い酸化膜を形成した後にイオ
ン注入し、この酸化膜を除去しても良い。続いて第1の
ポリSi埋込み層17を埋込み、低温熱処理を行うこと
によりP+拡散層11を形成することも可能であり、従
って、ポリSiの埋込みを1度にすることができる。な
お、この方法では、イオン注入条件(不純物、加速電
圧)、熱処理条件(温度、時間)等は、所望形状のP+
拡散層11を形成する最適な条件を適宜選択している。
述した製造方法により作製したダイオードに60Vの逆
方向電圧を印加した時の空乏層の広がりを示す図であ
り、従来例と異なり、P+拡散層11側に伸びる空乏層
23はP+拡散層11内にとどまり、第1のポリSi埋
込み層13内には到達していないことがわかる。
述した製造方法により作製したダイオードに5Vの逆方
向電圧を印加した時の空乏層の広がりを示す図であり、
N−エピタキシャルSi層3側に伸びる空乏層25は従
来例よりもピンチオフ状態に近いことがわかる。なお、
凹部上部のP+拡散層11が薄くても良いのは、ピンチ
オフした後に電界の上昇がほとんど無いからである。
方法に限定されるものではなく、図7に示す構造を得る
ことができればよく、例えば、第2のポリSi埋込み層
は平坦化のみを目的とするものであり、ポリSiで形成
する必要はない。また、第2のポリSi層の形成前に熱
処理を行っても問題はない。あるいは、図12に示すよ
うに、ポリSi埋込み層を形成することなく、ショット
キーバリア電極5をP+拡散層11に直接接触する構造
としても良い。
つショットキーバリアダイオードに限られるものではな
く、1つの凹部に対してその周辺にガードリングが設け
られている構造のダイオードにおいても適用され得るも
のである。
ア電極5として半導体基板の多数キャリアに対しバリア
を形成する材料、例えば、Al、Mo、Au、Ti、N
i、Vなどが使用されるが、図1に示すような1層構造
であっても、あるいは種類の異なる材料からなる2層以
上の構造であっても良い。ここで、2層以上の構造の場
合、異なるバリアハイトの材料を使用しているので、1
層の構造と比べて所望の特性、特に、順方向特性を得易
い効果を有する。
部上部付近の拡散層を薄くすることにより、ショットキ
ーバリア面積は広くなるので、順方向電圧降下を最小限
とし、電力損失を抑えることができる。
とにより、逆方向電圧印加時における拡散層側への空乏
層の伸びを拡散層内にとどまるので、リーク電流を低減
することができる。さらに、半導体層側への空乏層がピ
ンチオフする印加電圧が小さくなるので、逆方向電流を
小さく抑えることが可能となる。
耐性も向上する。
バリアダイオードの断面図である。
面図の拡大図である。
造方法の工程図である(その1)。
造方法の工程図である(その2)。
0Vの逆方向電圧を印加した時の空乏層の広がりを示す
図である。
Vの逆方向電圧を印加した時の空乏層の広がりを示す図
である。
バリアダイオードの断面図である。
造方法の工程図である(その1)。
造方法の工程図である(その2)。
60Vの逆方向電圧を印加した時の空乏層の広がりを示
す図である。
5Vの逆方向電圧を印加した時の空乏層の広がりを示す
図である。
ーバリアダイオードの断面図である。
Claims (8)
- 【請求項1】 第1の導電型の半導体層と、前記第1の導電型の半導体層の上部に設けられたショッ
トキーバリア電極と、 前記第1の導電型の半導体層の下部に設けられたオーミ
ック電極と、 前記第1の導電型の半導体層の複数の領域に設けられた
凹部の内部に設けられた第2の導電型の埋込み層と、 前記第2の導電型の埋込み層の周辺に設けられ、 前記凹
部の上部付近よりも前記凹部の底部付近のほうが厚い第
2の導電型の拡散層とを備えることを特徴とする半導体
装置。 - 【請求項2】 前記第2の導電型の埋込み層は、前記第
1の導電型の半導体層よりも不純物拡散速度が大きいこ
とを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 【請求項3】 前記第2の導電型の埋込み層は、1層乃
至2層で形成されていることを特徴とする請求項1又は
2に記載の半導体装置。 - 【請求項4】 前記第2の導電型の拡散層は、前記凹部
の縦方向の中心軸に対し、実質上左右対称であることを
特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の半導
体装置。 - 【請求項5】 半導体基板上に第1の導電型の半導体層
を形成する工程と、 前記第1の導電型の半導体層の一部を除去して凹部を形
成する工程と、 前記第1の導電型の半導体層よりも不純物拡散速度の大
きい第1の埋込み層を前記凹部の所定の深さまで形成す
る工程と、 前記第1の埋め込み層の表面近傍に第2の導電型の不純
物を打ち込む工程と、 前記第2の導電型の不純物を前記第1の導電型の半導体
層に拡散する ことにより、前記凹部周辺に前記第2の導
電型の半導体層を前記凹部上部付近よりも前記凹部底部
付近の方を厚く形成する工程 とを備えることを特徴とす
る半導体装置の製造方法。 - 【請求項6】 前記第2の導電型の半導体層は、前記凹
部の縦方向の中心軸に対し、実質上左右対称に形成され
ることを特徴とする請求項5に記載の半導体装置の製造
方法。 - 【請求項7】 前記第2の導電型の半導体層を形成する
工程の後に、前記凹部が完全に埋め込まれるまで第2の
埋め込み層を形成する工程を更に備えることを特徴とす
る請求項5又は6に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項8】 半導体基板上に第1の導電型の半導体層
を形成する工程と、 前記第1の導電型の半導体層の一部を除去して凹部を形
成する工程と、 前記凹部の表面近傍に第2の導電型の不純物を打ち込む
工程と、 前記第1の導電型の半導体層よりも不純物拡散速度の大
きい埋込み層を前記凹部の内部に形成する工程と、 前記第2の導電型の不純物を前記第1の導電型の半導体
層に拡散することにより、前記凹部周辺に前記第2の導
電型の半導体層を前記凹部上部付近よりも前記凹部底部
付近の方を厚く形成する工程 とを備えることを特徴とす
る半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19341596A JP3357793B2 (ja) | 1996-07-23 | 1996-07-23 | 半導体装置及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19341596A JP3357793B2 (ja) | 1996-07-23 | 1996-07-23 | 半導体装置及びその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1041527A JPH1041527A (ja) | 1998-02-13 |
JP3357793B2 true JP3357793B2 (ja) | 2002-12-16 |
Family
ID=16307589
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP19341596A Expired - Lifetime JP3357793B2 (ja) | 1996-07-23 | 1996-07-23 | 半導体装置及びその製造方法 |
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Country | Link |
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JP (1) | JP3357793B2 (ja) |
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-
1996
- 1996-07-23 JP JP19341596A patent/JP3357793B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Publication date |
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JPH1041527A (ja) | 1998-02-13 |
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