JP3489325B2 - ショットキーバリアダイオードおよびその製造方法 - Google Patents

ショットキーバリアダイオードおよびその製造方法

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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、高耐圧化を図った
ショットキーバリアダイオードおよびその製造方法に関
する。
【0002】
【発明が解決しようとする課題】従来、ショットキーバ
リアダイオードの高耐圧化を図るため、図5に示すよう
に、半導体基板1にガードリング2を設け、ショットキ
ー電極3周囲での電界集中を防ぐようにしたものがある
(特開昭60−20585号公報、特公平6−1827
9号公報等)。
【0003】しかしながら、このものでは、ショットキ
ー電極3として、ガードリングを設ける際のイオン注入
後の熱処理に耐えうる高融点金属を使用しなくてはなら
ず、高融点金属を蒸着する場合、大きな輻射熱が発生す
るため、微細にショットキー電極を形成するのが困難に
なるという問題がある。また、この熱処理工程があるた
め、高周波素子に適した材料(例えばGaAs等の化合
物)では、結晶が熱分解する問題やイオン注入を伴う工
程の増加の問題も生じる。
【0004】このような問題を解決するため、本出願人
は、図6に示すように、ショットキー電極3の周囲に絶
縁膜4を設けてなるショットキーバリアダイオードで、
ショットキー電極3と絶縁膜4の間に隙間を形成し、そ
の隙間及び隙間の下部に形成された空隙に、樹脂による
絶縁物5を充填して、ショットキー電極3に接続する配
線6を形成可能とするものを提案した(特開平7−21
1924号公報)。
【0005】しかしながら、このものでは、空隙に絶縁
物5を充填する複雑な工程が必要となり、生産効率、歩
留りに悪影響を及ぼす恐れがあることが判明した。従っ
て、空隙に絶縁物5を充填しないのが好ましいが、この
場合、ショットキー電極3に如何にして配線6を形成す
るかが問題となる。本発明は上記問題に鑑みたもので、
電界集中を防ぐために形成された空隙に絶縁物を充填す
ることなくショットキー電極への配線を形成可能とする
ことを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1乃至4に記載の発明においては、ショット
キー電極の周囲を取り囲むように半導体に空隙を形成す
るとともに、その空隙の上に空隙を跨ぐ橋を形成し、こ
の橋の上にショットキー電極への配線を形成したことを
特徴としている。
【0007】従って、電界集中を防ぐために形成された
空隙の上に橋を形成しているから、図6に示すもののよ
うに空隙に絶縁物を充填することなくショットキー電極
への配線を形成することができる。請求項5に記載の発
明においては、橋とショットキー電極の形成後に、それ
らをマスクとしたエッチングにてショットキー電極を取
り囲む空隙を形成するようにしているから、セルフアラ
イン的に空隙を精度よく形成することができる。
【0008】請求項6に記載の発明においては、ショッ
トー電極を、橋の一部と重複するように橋の上部に形成
しているから、ショットキー電極と橋の継ぎ目を二重に
覆うことができ、歩留りを向上させることができる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。図1(a)は、本発明の一実施形態
に係る高周波高耐圧のショットキーバリアダイオード
(以下SBDと略す)の平面図であり、図1(b)は、
(a)中のA−A断面図である。なお、図1(a)に
は、説明の便宜上、後述する絶縁薄膜16が省略されて
いる。
【0010】図1において、板厚410μmの絶縁性の
GaAs基板11上に、n型GaAs層12が3.5μ
m形成され、その上にn型GaAs層13が3μm形成
されている。GaAs層12は、斜面と底面のなす角度
が30度となっている。GaAs層13は、上底が直径
22μm、下底が直径32μm、高さ3μmの円錐台形
で、斜面と下底のなす角度が30度となっている。この
GaAs層13上には、ショットキー電極14が形成さ
れており、GaAs層13とショットキー電極14とで
ショットキー接触が得られる。このショットキー電極1
4は直径12μmの円形のものである。
【0011】GaAs層12の上面と斜面部上には、G
aAs層13と別の部分に、オーム性電極15が形成さ
れている。このオーム性電極15の幅は、インピーダン
スが50Ωになる120μmより僅かに大きな130μ
mとなっている。また、GaAs層12、13上のショ
ットキー電極14とその周囲、オーム性電極15を除く
部分、及びGaAs基板11上の金属配線17が形成さ
れない部分には、膜厚720nmの酸化珪素膜よりなる
絶縁薄膜16が形成されている。
【0012】さらに、ショットキー電極14、オーム性
電極15の上には金属配線17が接続されている。この
金属配線17を通じてショットキー電極14、オーム性
電極15に電力が注入される。図1に示すように、金属
配線17は、ショットキー電極14側(図1中左側)の
うち、GaAs基板11上では、特性インピーダンスを
50Ωに保つ線路幅120μmとなっている。そして、
ショットキー電極14に近づくにつれて45度で線路幅
が細くなり、GaAs層12の手前で幅が2μmにな
り、GaAs層12、GaAs層13で形成される段差
の斜面上も幅が2μmになっている。
【0013】また、金属配線17のオーム性電極15側
(図1中右側)では、金属配線17は、オーム性電極1
5より僅かに小さくかつオーム性電極15と相似形状で
オーム性電極15を覆って形成されている。図2
(a)、(b)に、GaAs層13から上の部分を拡大
した部分平面図、断面図を示す。
【0014】ショットキー電極14と酸化珪素膜16と
の間には、図2(a)に示すようにドーナッツ状の隙間
20が形成されている。この隙間20が形成されている
部分に対応して、GaAs層13には、図2(b)に示
すようにショットキー電極14の周囲に、深さ1μmの
空隙19が形成されている。この空隙19の上には、空
隙19を跨ぐようにして幅2μmの橋18が形成されて
いる。この橋18は、酸化珪素膜16の一部として形成
されたものである。そして、橋18の上に、ショットキ
ー電極14への金属配線17が形成されている。なお、
金属配線17のうち橋18上に形成された部分の幅は、
橋18の幅より細く、1.5μmとしている。
【0015】上記した構成によれば、バイアス時にショ
ットキー電極14の周囲で電界集中する部分が空隙19
となっている。従って、ショットキー電極14周囲での
電界集中による降伏を防ぐことができ、SBDの耐圧を
向上させることができる。また、図6に示すような、配
線形成のための絶縁物5を用いることなく、空隙19に
より、容易に高耐圧化できる。
【0016】さらに、ガードリングを形成して高耐圧化
する図5に示すもののように高い温度での熱処理を必要
としないため、GaAs等の化合物半導体に対しても適
用できる。従って、化合物半導体を用いて構成した本実
施形態によるSBDは、高周波動作と高耐圧の両立が可
能になるものである。上記した実施形態のものの耐圧向
上の効果を調べるため、後述する製造方法にて製造した
SBDとショットキー電極の周囲に空隙を設けないSB
Dとを製作し耐圧を測定した。本実施形態によるSBD
の耐圧が41Vであったのに対し、ショットキー電極の
周囲に空隙を設けないSBDの耐圧は27Vであった。
従って、ショットキー電極14の周囲に空隙19を設け
ることによって、素子耐圧を50%程度向上させること
ができた。
【0017】次に、上記SBDの製造方法を図3、図4
に示す工程図に従って説明する。まず、CrOを1×1
15cm-3ドープした半絶縁性GaAs基板11を板厚
410μmにて形成し、その上に、Siを2.5〜3.
0×1018cm-3ドープした高不純物濃度n型GaAs
層12を3.5μmエピタキシャル成長させ、その上に
Sを1.5×1016cm-3ドープしたn型GaAs層1
3を3μmエピタキシャル成長させる(図3(a))。
【0018】これにレジスト膜を形成し、硫酸系のエッ
チング液に浸漬し、n型GaAs層13の所望の部分以
外を除去して図3(b)の構造とする。この上にレジス
ト膜を形成し、図3(b)の場合と同様にエッチングし
て、GaAs層12の所望の部分以外を除去し、さらに
オーム性電極15をGaAs層12上に形成して図3
(c)の構造とする。ここで、オーム性電極15は、レ
ジストにてパターン形成した後、ウエハ全面にAu−G
e60nm、Ni20nm、Au150nmを形成し、
アセトンでレジストを溶解して不要部を剥離(リフトオ
フ)することにより形成される。
【0019】次に、プラズマCVD装置で、酸化珪素膜
16を全面に膜厚750nm形成する(図3(d))。
これにレジスト層を形成し、フッ酸系のエッチング液に
浸漬してウェットエッチングを行い酸化珪素膜16に開
口部21を設ける(図4(a))。この際、開口部21
の半径は後に形成するショットキー電極14の半径より
1μm大きくしておく。また、酸化珪素膜16に開口部
21を形成する際、開口部21には、図に示すように、
長方形の橋18を残しておく。なお、この橋18の幅は
2μmである。
【0020】次に、直径12μmの開口部を持ったレジ
スト層を形成し、GaAs層13をライトエッチングし
た後、Ti100nm、Pt20nm、Au200nm
の金属膜を形成する。その状態でアセトンに浸漬してリ
フトオフすることにより、図4(b)に示すように、シ
ョットキー電極14を形成する。この場合、ショットー
電極14は、図に示すように、橋18の上部を含み、橋
18の一部と重複するようにして形成されている。
【0021】また、ショットキー電極14の半径より酸
化珪素膜16の開口部21の半径が1μm大きく設定さ
れているため、ショットキー電極14と酸化珪素膜16
の間には、ドーナツ状の隙間20が形成されている。こ
の後、硫酸系のエッチング液に浸漬し、ショットキー電
極14と酸化珪素膜16の間のGaAs層13が露出し
た部分をエッチングする。このことにより、図4(c)
に示すように、隙間20の下部に空隙19が形成され
る。なお、橋18の下部のGaAs層13もサイドエッ
チされて空隙となっており、橋18が空隙19上に形成
されることになる。
【0022】次に、レジストにてパターン形成後、フッ
酸系のエッチング液に浸漬してウェットエッチングを行
い、オーム性電極15の上と配線金属を形成するGaA
s基板11上の酸化珪素膜16を除去する。最後に、配
線形成のためのレジストパターン形成後、Ti100n
m、Ni20nm、Au1μmを積層して金属配線17
を形成する。このことによって、図1に示すSBDが構
成される。
【0023】上記した製造方法によれば、ショットキー
電極14と酸化珪素膜16をマスクとしてエッチングを
行っているため、位置精度よく空隙19を形成すること
ができる。また、空隙19を形成する前に橋18を形成
しているため、上記したエッチング時に、サイドエッチ
により橋18の下にも空隙が形成される。なお、上記実
施形態では、橋18を酸化珪素膜16の一部として形成
するものを示したが、酸化珪素膜16とは別の絶縁膜に
て形成するようにしてもよい。また、空隙の深さは、必
要に応じて調整してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係るショットキーバリア
ダイオードの構成を示すもので、(a)は平面図、
(b)は断面図である。
【図2】図1に示すものにおいて、GaAs層13から
上の部分を拡大した構成を示すもので、(a)は部分平
面図、(b)は断面図である。
【図3】本発明の一実施形態に係るショットキーバリア
ダイオードの製造方法を示す工程図である。
【図4】図3に続く製造工程を示す工程図である。
【図5】半導体基板にガードリングを設けた従来構造を
示す図である。
【図6】ショットキー電極と絶縁膜の間に形成された空
隙に絶縁物を充填した従来構造を示す図である。
【符号の説明】
11…半絶縁性GaAs基板、12、13…n型GaA
s層、14…ショットキー電極、15…オーム性電極、
16…絶縁膜、17…金属配線。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/47 H01L 29/872

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体(13)上にショットキー電極
    (14)を設けてなるショットキーバリアダイオードに
    おいて、 前記ショットキー電極の周囲を取り囲むように前記半導
    体に空隙(19)が形成され、前記空隙の上に前記空隙
    を跨ぐ橋(18)が形成され、前記橋の上に前記ショッ
    トキー電極への配線(17)が形成されていることを特
    徴とするショットキーバリアダイオード。
  2. 【請求項2】 前記橋(18)は、絶縁膜にて形成され
    ていることを特徴とする請求項1に記載のショットキー
    バリアダイオード。
  3. 【請求項3】 前記橋(18)は、前記半導体と前記配
    線を絶縁するために設けられた絶縁膜(16)の一部と
    して形成されていることを特徴とする請求項1に記載の
    ショットキーバリアダイオード。
  4. 【請求項4】 前記半導体(13)が化合物半導体であ
    ることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1つに記
    載のショットキーバリアダイオード。
  5. 【請求項5】 半導体(13)上にショットキー電極
    (14)を設けてなるショットキーバリアダイオードの
    製造方法において、 前記半導体上に絶縁膜(16)を形成し、 前記絶縁膜に、前記ショットキー電極より大きな開口部
    (21)を橋(18)となる部分を残して形成し、 前記開口部に前記ショットキー電極を形成し、 この後、前記ショットキー電極と前記絶縁膜をマスクと
    し、前記ショットキー電極と前記絶縁膜との間の前記半
    導体が露出した部分をエッチングして、その露出した部
    分および前記橋の下に前記ショットキー電極を取り囲む
    空隙(19)を形成し、 前記橋の上に前記ショットキー電極への配線(17)を
    形成することを特徴とするショットキーバリアダイオー
    ドの製造方法。
  6. 【請求項6】 前記ショットー電極(14)を、前記橋
    (18)の一部と重複するように前記橋(18)の上部
    に形成することを特徴とする請求項5に記載のショット
    キーバリアダイオードの製造方法。
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