JP3389944B2 - ショットキバリア半導体装置の製造方法 - Google Patents

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バリア形
抵抗性フィールドプレートを備えた半導体装置の製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１に示すようにショットキバリア形抵
抗性フィールドプレートを備えたショットキバリアダイ
オードが知られている。図１において、ＧａＡｓのｎ⁺
形半導体領域１とＧａＡｓのｎ形半導体領域（エピタキ
シャル成長層）２とから成る半導体基体３の上面には、
Ｔｉ層４とＡｌ層５とから成るショットキバリア電極６
が設けられ、更に、ショットキバリア電極６を囲むよう
に、シート抵抗の相対的に小さい第１の部分７とシート
抵抗が第１の部分７よりも大きい第２の部分８とシート
抵抗が第２の部分８よりも大きい第３の部分９とを有す
るＴｉ酸化物層から成るショットキバリア形抵抗性フィ
ールドプレート１０と、絶縁層（シリコン酸化膜）１１
と、金属（チタン）フィールドプレート１２と、アルミ
ニウムから成る接続電極層１３とが設けられている。ま
た、半導体基体３の下面には金とゲルマニウムとニッケ
ルの合金層と金層とから成るオーミック電極層１４が設
けられている。図１の半導体装置には、半導体領域２に
対して絶縁層１１を介在しない形のショットキバリア形
抵抗性フィールドプレート１０を有するので、整流障壁
の周辺部における電界の集中を大幅に低減することがで
きる。即ち、ショットキバリア電極６とｎ形半導体領域
２との間に逆耐圧が印加された時には、ショットキバリ
ア電極６とｎ形半導体領域２との間にショットキバリア
に基づく空乏層及びショットキバリア抵抗性フィールド
プレート１０とｎ形半導体領域２との間のショットキバ
リアに基づく空乏層が発生し、これらが連続して一体化
する。ここで、ショットキバリア形抵抗性フィールドプ
レート１０の抵抗値がショットキバリア電極６から素子
外周部に向って３段階に増加していることから、フィー
ルドプレート１０にはこの内周側から外周側に向って電
位が徐々に変化する電位勾配が生じる。この結果、ショ
ットキバリア電極６の周辺近傍のｎ形半導体領域２に電
界が集中し難いような空乏層の広がりが得られ、周辺耐
圧が向上する。また、ｎ形半導体領域２に対して絶縁層
１１を介して対向する金属フィールドプレート１２が設
けられているので、高速転流時即ち順方向バイアスから
逆方向バイアスに高速に切り換えた時においては、この
金属フィールドプレート１２が上記の電界集中をショッ
トキバリア形抵抗性フィールドプレート１０に代って良
好に緩和するように働き、高速転流時において周辺耐圧
が低下することを防止する。なお、ショットキバリア形
抵抗性フィールドプレート１０と絶縁層１１を介した金
属フィールドプレート１２との作用効果は、例えば特開
平２−２８３７５号公報に記載されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、３段階にシ
ート抵抗が変化する抵抗性フィールドプレート１０を容
易に形成するために、抵抗性フィールドプレート１０を
Ｔｉ層４に連続するように形成したＴｉ層の酸化によっ
て形成する。即ち、図４に示すようにＡｌ層５ａをＴｉ
層４ａの上面全部を覆うように形成し、図５に示すよう
にＡｌ層５ａの外周部を環状にエッチングで除去してマ
スクとして機能するＡｌ層５ｂを残し、Ｔｉ層４ａの露
出した部分を熱酸化させて抵抗性フィールドプレートと
してのＴｉ酸化物層４ｂを形成する。また、図６に示す
ようにＡｌ層５ｂの外周部分を更にエッチングで除去し
て新しいマスクとしてのＡｌ層５ｃを形成し、Ｔｉ層４
ａの新たに露出した部分を熱酸化させると同時に図５の
抵抗性フィールドプレートとしてのＴｉ酸化物層４ｂの
酸化の程度を強める。図３〜図６の工程は、後述する本
発明に係わる実施例と同一であるが、従来は図６の工程
の後に、図２に示すようにＡｌ層５ｃの中央部分を露出
させ、抵抗性フィールドプレートとしてのＴｉ酸化物層
４ｂの外周部分を露出させ、その他の領域を覆うように
絶縁層１１を設け、しかる後、この絶縁層１１で覆われ
ていない抵抗性フィールドプレートとしてのＴｉ酸化物
層４ｂの外周部分を熱酸化させて図１の第３の部分９を
得た。これにより、図２の抵抗性フィールドプレートと
してのＴｉ酸化物層４ｂの絶縁層１１で覆われた部分は
図１の第２の部分８となり、図２の４ｃで示す部分は図
１の第１の部分７となり、シート抵抗が内周側から外周
側に３段階に順に高くなっている第１、第２及び第３の
部分７、８、９から成る抵抗性フィールドプレート１０
が得られる。しかし、図２に示す工程の後に、図１に示
す金属フィールドプレート１２及び接続電極層１３を設
けるためのエッチング工程があるために、図１に示す第
３の部分９もエッチングされてこの厚さが減少し、且つ
この厚さの減少にバラツキがあり、所望のフィールドプ
レート効果即ち所望の耐圧特性が得られないことがあ
る。

【０００４】そこで、本発明の目的は、シート抵抗が複
数段階に変化しているショットキバリア形抵抗性フィー
ルドプレートを有する半導体装置を良好に形成すること
ができる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】上記課題を解決し、上記
目的を達成するための本発明は、半導体基体の一方の主
面上にショットキバリアを形成することが可能な金属か
ら成る第１の金属層を形成する工程と、前記第１の金属
層を覆うように配置された第２の金属層を形成する工程
と、前記第２の金属層の中央部分を環状に囲む周辺部分
を一回のエッチングで除去するか又は複数回に分けてエ
ッチングで除去して前記第１の金属層を露出させ、前記
第１の金属層の前記一回のエッチング又は前記複数回の
内の最初のエッチングによって露出された部分に対して
酸化処理を施してショットキバリア形抵抗性フィールド
プレート用金属酸化物層を形成し、前記複数回のエッチ
ングを行う場合には、第２回目以降のエッチングによっ
て新たに露出した第１の金属層の部分と既に形成されて
いる前記ショットキバリア形抵抗性フィールドプレート
用金属酸化物層とに酸化処理を施して複数段階にシート
抵抗が変化するショットキバリア形抵抗性フィールドプ
レート用金属酸化物層を形成する工程と、前記第２の金
属層の周辺部分と前記ショットキバリア形抵抗性フィー
ルドプレート用金属酸化物層の全表面とを被覆するよう
に絶縁層を形成する工程と、前記第２の金属層の中央部
分と前記絶縁層の上に第３の金属層を形成する工程と、
前記第３の金属層をエッチングして前記第２の金属層の
中央部分に接触し、前記第２の金属層の周辺部分と前記
ショットキバリア形フィールドプレート用金属酸化物層
の内周側部分とに前記絶縁層を介して対向するように金
属フィールドプレートを形成する工程と、前記絶縁層の
前記金属フィールドプレートから離れた位置の環状部分
を除去して前記ショットキバリア形抵抗性フィールドプ
レート用金属酸化物層の周辺部を露出させる工程と、前
記ショットキバリア形抵抗性フィールドプレート用金属
酸化物層の前記周辺部分に対して酸化処理を施してその
シート抵抗を高める工程とを備えていることを特徴とす
るショットキバリア半導体装置の製造方法に係わるもの
である。なお、請求項２に示すように、接続電極層を設
ける工程を付加することができる。

【０００６】

【発明の効果】請求項１の発明では金属フィールドプレ
ートを所定パターンにエッチングで形成した後、また、
請求項２の発明では接続電極層を所定パターンにエッチ
ングで形成した後に、絶縁層の外周部分を除去して抵抗
性フィールドプレート用金属酸化物層の外周部分を露出
させ、この酸化を強めるので、抵抗性フィールドプレー
ト用金属酸化物層の厚みの低減を防いで、所望のフィー
ルドプレート効果を良好に得ることができ、半導体装置
の製造歩留りを向上させることができる。

【０００７】

【実施形態及び実施例】次に、図３〜図１１を参照して
本発明の実施形態及び実施例を説明する。なお、図３〜
図１１において図１と実質的に同一の部分には同一の符
号が付されている。また、半導体基体３及びＴｉ層４、
４ａは斜線を省いて示されている。

【０００８】本実施例で製造するショットキバリアダイ
オード（半導体装置）は、図１１に示すものであり、図
１の抵抗性フィールドプレート１０の第３の部分９の厚
みが少し厚い第３の部分９ａを有する他は図１と実質的
に同一に構成されている。即ち、本実施例は図１１の第
３の部分９ａの形成方法において従来の方法と相違し、
その他は従来と実質的に同一なものである。以下、ショ
ットキバリアダイオードの製造方法を詳しく説明する。

【０００９】まず、図３に示すＧａＡｓのｎ⁺ 形半導体
領域１の上にエピタキシャル成長法によって高抵抗のＧ
ａＡｓのｎ形半導体領域２を形成した３−５族化合物半
導体から成る半導体基体３を用意する。

【００１０】次に、半導体基体３の一方の主面上に、真
空蒸着法によって図４に示すように第１の金属層として
厚さ約５０オングストローム即ち０．００５μｍのチタ
ン（Ｔｉ）層４ａを形成し、連続してこの上に厚さ約２
μｍの第２の金属層としてアルミニウム（Ａｌ）層５ａ
を形成する。また、半導体基体３の下面にＡｕとＧｅと
Ｎｉの合金とＡｕとを連続して真空蒸着してオーミック
電極層１４を形成する。

【００１１】次に、レジストマスク（図示せず）を形成
して図４のＡｌ層５ａの外周部分即ち素子周辺部分を周
知のエッチング液（例えば水酸化ナトリウム溶液）によ
るエッチングによって環状に除去し、図５に示すマスク
として機能するＡｌ層５ｂを残し、このＡｌ層５ｂをマ
スクとして空気中（酸化性雰囲気中）で３００℃、３０
分間の熱処理をＴｉ層４ａに施す。これにより、Ｔｉ層
４ａのＡｌ層５ｂで覆われていない露出部分が熱酸化さ
れて酸化の程度の低い金属酸化物層としてのＴｉ酸化物
層４ｂが図５に示すように得られる。このＴｉ酸化物層
４ｂは全てがＴｉＯ₂ にならない酸素不足のＴｉ酸化物
から成り、ＴｉＯ2 層のシート抵抗よりも低いシート抵
抗を有するものである。また、Ｔｉ酸化物層４ｂはショ
ットキバリア形抵抗性フィールドプレートとして機能す
る。なお、図５において、Ａｌ層５ｂはＴｉ層４ａより
も厚く形成され、且つＴｉよりも酸化されにくいので、
マスクとして機能し、この下にはＴｉ層４ａが残存す
る。

【００１２】次に、レジストマスク（図示せず）を形成
してＡｌ層５ｂの外周部分を周知のエッチングで除去
し、図６に示すように図５よりも面積が狭いＡｌ層５ｃ
を残存させる。次に、このＡｌ層５ｃをマスクとしてＴ
ｉ層４ａの新しく露出した部分及び図５に示すＴｉ酸化
物層４ｂを空気中（酸化性雰囲気中）で２２０℃、１５
分間熱処理する。この図６の工程での熱処理温度は図５
の工程の熱処理温度よりも低く設定する。この結果、Ｔ
ｉ層４ａの新たに露出した部分は図６に示す第２のＴｉ
酸化物層４ｃとなる。なお、図５のＴｉ酸化物層４ｂも
酸化され、シート抵抗値がＴｉ酸化物層４ｂよりも幾ら
か高い第１のＴｉ酸化物層４ｂ′となる。従って、図６
の第１のＴｉ酸化物層４ｂ′のシート抵抗及び抵抗率は
第２のＴｉ酸化物層４ｃのシート抵抗及び抵抗率よりも
高くなる。第２のＴｉ酸化物層４ｃは第１のＴｉ酸化物
層４ｂ′と同様に完全なＴｉＯ₂ ではなくて酸素不足の
Ｔｉ酸化物から成り、ショットキバリア形フィールドプ
レートとして機能する。なお、図６のＡｌ層５ｃは図１
１のＡｌ層５に相当し、Ｔｉ層４ａは図１１のＴｉ層４
に相当する。

【００１３】次に、Ａｌ層５ｃ及び第１及び第２のＴｉ
酸化物層４ｂ′、４ｃの上面全部に周知のプラズマＣＶ
Ｄ又は光ＣＶＤ法によってシリコン酸化膜から成る絶縁
層を形成し、これを選択的にエッチングすることによっ
てＡｌ層５ｃの中央部分を露出させ、図７に示すように
Ａｌ層５ｃの外周部分と第１及び第２のＴｉ酸化物層４
ｂ′、４ｃの全部を覆う絶縁層１１ａを形成する。な
お、絶縁層１１ａをエッチングによって所定パターンと
せずにマスクを使用してシリコン酸化物を選択的に蒸着
させることによって得ることもできる。

【００１４】次に、Ａｌ層５ｃ及び絶縁層１１ａの上面
全体に、第３の金属層としてのＴｉ層と第４の金属層と
してのＡｌ層とを連続的に真空蒸着した後に、レジスト
マスク（図示せず）を使用してこれ等の外周部分をエッ
チングで除去して図８のＴｉ層から成る金属フィールド
プレート１２とＡｌ層１３ａとを形成する。なお、Ｔｉ
層のエッチングにはフッ化水素液を使用し、Ａｌ層のエ
ッチングには水酸化ナトリウム液を使用する。図８にお
いて金属フィールドプレート１２とＡｌ層１３ａの外側
の破線の部分はこれ等のエッチングによる除去部分を示
す。

【００１５】次に、レジストマスク（図示せず）を使用
して図８のＡｌ層１３ａの外周部分をエッチングで除去
して図９に示す所定パターンの接続電極層１３を形成す
る。

【００１６】次に、レジストマスク（図示せず）を使用
して図９の絶縁層１１ａの外周部分をエッチングして図
１０に示すように第１のＴｉ酸化物層４ｂ′の外周部分
を絶縁層１１から露出させる。

【００１７】次に、絶縁層１１をマスクとして第１のＴ
ｉ酸化物層４ｂ′の露出部分に対して空気中（酸化性雰
囲気中）で２４０℃、６０分間熱処理を施し、図１１に
示す抵抗性フィールドプレート１０の第３の部分９ａを
形成する。この第３の部分９ａは第１のＴｉ酸化物層４
ｂ′の酸化の程度を強くしたＴｉ酸化物層である。これ
により、第２のＴｉ酸化物層４ｃが抵抗性フィールドプ
レート１０の第１の部分７となり、第２のＴｉ酸化物層
４ｂ′の残部が第２の部分８となる。図１１の第１、第
２及び第３の部分７、８、９ａのシート抵抗及び抵抗率
は図１の第１、第２及び第３の部分７、８，９と同様に
この順番に段階的に高くなる。従って、図１１のショッ
トキバリアダイオードにおいても図１のショットキバリ
アダイオードと同様に耐圧特性が向上する。

【００１８】本実施例によれば、金属フィールドプレー
ト１２及び接続電極層１３をエッチングで所定パターン
に形成した後に、ショットキバリア形抵抗性フィールド
プレート１０の第３の部分９ａの形成部分を絶縁層１１
から露出させるので、金属フィールドプレート１２及び
接続電極層１３のエッチングによって第３の部分９ａが
エッチングされない。従って、耐圧特性に影響の大きい
ショットキバリア形抵抗性フィールドプレート１０の厚
み及び抵抗値の精度を向上させることができ、所望の耐
圧特性を高い歩留りで得ることができる。なお、抵抗性
フィールドプレート（第１のフィールドプレート）１０
と金属フィールドプレート（第２のフィールドプレー
ト）１２との組み合せ効果も図１のショットキバリアダ
イオードと同様に得ることができる。また、ショットキ
バリア電極６に接続された抵抗性フィールドプレート１
０を容易に形成することができる。

【００１９】

【変形例】本発明は上述の実施例に限定されるものでな
く、例えば次の変形が可能なものである。 （１） 抵抗性フィールドプレート１０のシート抵抗を
２段に変化させること、又は４段以上に変化させること
もできる。 （２） 抵抗性フィールドプレート１０の最外周部分に
金属製の等電位リングを付加することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のショットキバリアダイオードを示す断面
図である。

【図２】図１のショットキバリアダイオードの製造工程
の１つを説明するための断面図である。

【図３】実施例の半導体基体を示す断面図である。

【図４】図３の半導体基体にＴｉ層とＡｌ層を形成した
ものを示す断面図である。

【図５】図４のＡｌ層の外周部分を除去してＴｉ層の外
周部分を酸化したものを示す断面図である。

【図６】図５のＡｌ層の外周部分を除去して熱酸化処理
を施し、第１及び第２のＴｉ酸化物層を形成したものを
示す断面図である。

【図７】図６に示すものの上に絶縁層を設けたものを示
す断面図である。

【図８】図７に示すものの上に金属フィールドプレート
とＡｌ層とを設けたものを示す断面図である。

【図９】図８のＡｌ層を所定パターンにエッチングした
ものを示す断面図である。

【図１０】図９の絶縁層の外周部分を除去したものを示
す断面図である。

【図１１】本実施例の完成したショットキバリアダイオ
ードを示す断面図である。

【符号の説明】

３ 半導体基体 ４ 第１の金属層 ５ 第２の金属層 ６ ショットキバリア電極 ７、８、９ａ 第１、第２及び第３の部分 １０ 抵抗性フィールドプレート １１ 絶縁層 １２ 金属フィールドプレート １３ 接続電極層

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基体の一方の主面上にショットキ
   バリアを形成することが可能な金属から成る第１の金属
   層を形成する工程と、 前記第１の金属層を覆うように配置された第２の金属層
   を形成する工程と、 前記第２の金属層の中央部分を環状に囲む周辺部分を一
   回のエッチングで除去するか又は複数回に分けてエッチ
   ングで除去して前記第１の金属層を露出させ、前記第１
   の金属層の前記一回のエッチング又は前記複数回の内の
   最初のエッチングによって露出された部分に対して酸化
   処理を施してショットキバリア形抵抗性フィールドプレ
   ート用金属酸化物層を形成し、前記複数回のエッチング
   を行う場合には、第２回目以降のエッチングによって新
   たに露出された第１の金属層の部分と既に形成されてい
   る前記ショットキバリア形抵抗性フィールドプレート用
   金属酸化物層とに酸化処理を施して複数段階にシート抵
   抗が変化するショットキバリア形抵抗性フィールドプレ
   ート用金属酸化物層を形成する工程と、 前記第２の金属層の周辺部分と前記ショットキバリア形
   抵抗性フィールドプレート用金属酸化物層の全表面とを
   被覆するように絶縁層を形成する工程と、 前記第２の金属層の中央部分と前記絶縁層の上に第３の
   金属層を形成する工程と、 前記第３の金属層をエッチングして前記第２の金属層の
   中央部分に接触し、前記第２の金属層の周辺部分と前記
   ショットキバリア形フィールドプレート用金属酸化物層
   の内周側部分とに前記絶縁層を介して対向するように金
   属フィールドプレートを形成する工程と、 前記絶縁層の前記金属フィールドプレートから離れた位
   置の環状部分を除去して前記ショットキバリア形抵抗性
   フィールドプレート用金属酸化物層の周辺部分を露出さ
   せる工程と、 前記ショットキバリア形抵抗性フィールドプレート用金
   属酸化物層の前記周辺部分に対して酸化処理を施してそ
   のシート抵抗を高める工程とを備えていることを特徴と
   するショットキバリア半導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】 半導体基体の一方の主面上にショットキ
   バリアを形成することが可能な金属から成る第１の金属
   層を形成する工程と、 前記第１の金属層を覆うように配置された第２の金属層
   を形成する工程と、 前記第２の金属層の中央部分を環状に囲む周辺部分を一
   回のエッチングで除去するか又は複数回に分けてエッチ
   ングで除去して前記第１の金属層を露出させ、前記第１
   の金属層の前記一回のエッチング又は前記複数回の内の
   最初のエッチングによって露出された部分に対して酸化
   処理を施してショットキバリア形抵抗性フィールドプレ
   ート用金属酸化物層を形成し、前記複数回のエッチング
   を行う場合には、第２回目以降のエッチングによって新
   たに露出された第１の金属層の部分と既に形成されてい
   る前記ショットキバリア形抵抗性フィールドプレート用
   金属酸化物層とに酸化処理を施して複数段階にシート抵
   抗が変化するショットキバリア形抵抗性フィールドプレ
   ート用金属酸化物層を形成する工程と、 前記第２の金属層の周辺部分と前記ショットキバリア形
   抵抗性フィールドプレート用金属酸化物層の全表面とを
   被覆するように絶縁層を形成する工程と、 前記第２の金属層の中央部分と前記絶縁層の上に第３の
   金属層を形成する工程と、 前記第３の金属層の上に接続電極用の第４の金属層を形
   成する工程と、 前記第３及び第４の金属層をエッチングして、前記第３
   の金属層が前記第２の金属層の中央部分に接触し、前記
   第２の金属層の周辺部分と前記ショットキバリア形フィ
   ールドプレート用金属酸化物層の内周側部分とに前記絶
   縁層を介して対向するように金属フィールドプレートを
   形成する工程と、 前記第４の金属層の周辺部分をエッチングして所定パタ
   ーンの接続電極層を形成する工程と、 前記絶縁層の前記金属フィールドプレートから離れた位
   置の環状部分を除去して前記ショットキバリア形抵抗性
   フィールドプレート用金属酸化物層の周辺部分を露出さ
   せる工程と、 前記ショットキバリア形抵抗性フィールドプレート用金
   属酸化物層の前記周辺部分に対して酸化処理を施してそ
   のシート抵抗を高める工程とを備えていることを特徴と
   するショットキバリア半導体装置の製造方法。