JP3588256B2 - Schottky barrier diode - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ショットキーバリアダイオード(Schottky Barrier Diode:以下SBDと称す)に関し、詳しくは、同一面積でより大きな電流容量を得ることができるSBD素子を得るものである。
【0002】
【従来の技術】
SBDは、半導体層に所定の金属層を接触させた場合に形成されるショットキー障壁を用いた半導体素子である。一般のPN接合ダイオードより高速で、順方向電圧降下が小さいという特性を持つ(例えば、特開平5−152562)。
【0003】
図4を参照して、従来のSBDは、N+型の半導体基板1の上にN−型のエピタキシャル層2を形成し、エピタキシャル層2上のシリコン酸化膜3を開口してシリコン表面を露出し、露出したシリコン表面にバリア金属層4を接触させた構成を有している。加えて、N−型エピタキシャル層2の表面には環状のP+ガードリング領域5を形成し、バリア金属層3の上をアルミ電極6で被覆している。
【0004】
半導体装置を製造する上で、上記のバリア金属層4としてはニッケル(Ni)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)が好適な材料とされている。各々が固有の仕事関数ΦBを持つことから、バリア金属層4として好適な金属を選択することでSBDの特性(順方向電圧VF、逆方向電流IR)の大部分を決定することができる。これに、エピタキシャル層2の不純物濃度や、ショットキー接触面の面積等の要素によってSBD素子のダイオード特性が決定付けられる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
近年の低消費電力化の傾向から、SBD素子には順方向電圧VFを小さくする事が特に望まれている。順方向電圧VFを小さくする手法としては、バリア金属層4を仕事関数ΦBの小さいチタン(Ti)に変更する手法、エピタキシャル層2の不純物濃度を増大する方法、等があるが、同じ電圧でより大きな電流を流すことができれば、それは等価的に順方向電流VFを小さくしたことになる。従って、ショットキー接触面積を増大する事も有効な手段であるといえる。しかしながら、接触面積を増大することは即ちチップ面積を増大することであって、即コスト高を招くという欠点があった。
【0006】
また、仕事関数ΦBが小さいチタン(Ti)を用いた場合は、例えばニッケル(Ni)を用いた場合の順方向電圧(VF)が順方向電流IFが100mAの時で0.3〜0.35Vであるのに対し、チタン(Ti)を用いた場合では同じ電流値で0.2〜0.25Vとこの値を大幅に低減することが可能である。しかしながら、順方向電圧VFと逆方向電流IRとはトレードオフの関係にあって、順方向電圧VFを小さくできる金属を選択することは、逆方向電流IR(リーク電流)を増大させることを意味する。そのため、Tiバリアを用いたSBD素子はリーク電流が大きく、前記リーク電流によって逆に消費電力を増大させる結果にもなり得る。リーク電流を最も小さくできるバリア金属としてはモリブデン(Mo)が最適であるが、順方向電圧VFがTiの倍近くに増大する。従って、順方向電圧VF、逆方向電流IR共に許容できるような素子特性が望まれていた。
【0007】
更に、バリア金属層4を限定することは、唯1種類の仕事関数ΦBを用いることであるので、VF−IF特性(順方向電圧−順方向電流)を制御できる範囲が狭く、そのため回路的な要求スペックの全てに対応しようとすれば、要求の数だけプロセス開発をしなければならず、開発期間の長大化とコスト高になる欠点を有していた。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる従来の課題に鑑みなされたもので、シリコン層の表面にショットキー障壁を形成する金属層を設け、該金属の表面を電極材料で被覆したたショットキーバリアダイオードにおいて、
前記シリコン層の表面に複数のトレンチ溝を設け、前記トレンチ溝の側壁を含めてシリコンと接触し第1のショットキー障壁を形成する第1のバリア金属層と、
前記第1のバリア金属層の上を覆い、前記トレンチ溝とトレンチ溝との間の前記エピタキシャル層表面で第2のショットキー接触を形成する第2のバリア金属層とを具備することを特徴とするものである。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【0010】
図1は本発明によるSBD素子を示す断面図である。N+型のシリコン半導体基板11の上に気相成長法によってN−型のエピタキシャル層12を形成し、エピタキシャル層12の表面を被覆するシリコン酸化膜13に開口部14を形成し、開口部14の周端近傍のエピタキシャル層12表面に環状のP+型ガードリング領域15を形成し、開口部14に露出したエピタキシャル層12の表面に、例えば幅1.0μ、深さ1.0μのトレンチ溝16を形成し、トレンチ溝16を埋設するようにその内部に第1のバリア金属層17として例えばチタン(Ti)層を形成し、第1のバリア層17を覆って開口部14のシリコン表面に接触する第2のバリア金属層18を形成し、第2のバリア金属層18を覆うようにアルミ電極19を形成したものである。
【0011】
開口部14に形成した多数のトレンチ溝16は、シリコン表面を異方性エッチングによって削ることにより形成したものであり、例えば、幅が1.0μ、深さが1.0μの格子状あるいは島状に形成されている。第1のバリア金属層16は、トレンチ溝16を埋設するように形成されており、トレンチ溝16の側壁および底面でシリコンと接触して第1のショットキー障壁を形成している。第2のバリア金属層17は、第1のバリア金属層16の上部を被覆し、且つトレンチ溝16とトレンチ溝16とで挟まれた開口部14表面の平坦なシリコン表面と接触して第1のショットキー障壁を形成する。
【0012】
この例では、第1のショットキー障壁と第2のショットキー障壁との面積比が50:50程度になるように、開口部14の面積とトレンチ溝16の幅と深さを設計してある。アルミ電極19はSBDのアノード側の取り出し電極となり、基板11の裏面をカソード側の取り出し電極とする構造となる。チタン層とニッケル層とは金属―金属接合であるので、このダイオードは、チタンをバリアメタルとするダイオードと、ニッケルをバリアメタルとするダイオードとを並列に接続した構成に等しくなる。
【0013】
係る構成であれば、トレンチ溝16の側壁の面積も第1のショットキー障壁を形成する面積として活用できるので、同じチップサイズでありながらその面積を実質的に増大することができる。上記の例では、開口部14(ガードリング領域15の部分を含めない)が同じとして、トレンチ溝16によって接触面積を20〜40%増大することができる。従って、ある順方向電流IFを流したときの順方向電圧VFを小さくできることができる。
【0014】
加えて、本願は、TiとNiとを面積比率50:50でショットキー接触を形成したので、SBD特性としてTiバリアとNiバリアとのほぼ中間の特性を得ることができる。即ち、Niバリア単体のものよりは低い順方向電圧VFが得られ、Tiバリア単体のものよりは小さい逆方向電流IRが得られるのである。これらの特性は、Tiバリア(第1のショットキー障壁)とNiバリア(第2のショットキー障壁)との面積比によって適宜制御することが可能である。第1のショットキー接触の面積を増大すればTiバリア単体の特性曲線に近くなり、第2のショットキー接触の面積を増大すれば、Niバリア単体の特性曲線に近くなる。
【0015】
図2と図3に、製造方法の一例を説明するための断面図を示した。
【0016】
先ず図2(A)を参照して、比抵抗ρが0.5〜1.0Ω・cm、膜厚が2〜10μのエピタキシャル層12を形成したN+型半導体基板11を準備し、選択拡散によってエピタキシャル層12の表面に環状のP+ガードリング領域15を形成する。
【0017】
図2(B)を参照して、エピタキシャル層12表面を被覆する酸化膜を除去して開口部14を形成する。
【0018】
図2(C)を参照して、開口部14にホトレジストマスクを形成し、異方性のドライエッチング手法によってシリコンをエッチングし、所定の幅と深さのトレンチ溝16を形成する。
【0019】
図2(D)を参照して、全面に第1のバリア金属層17として膜厚0.5μ程度のチタンをCVD手法によって堆積し、これをエッチバックまたはホトエッチングによって除去し、トレンチ溝16を埋設する第1のバリア金属層17を形成する。尚、チタン層の膜厚をもっと薄くして、トレンチ溝16の形状に沿って被覆するような形状にしても何ら本発明の本質を損なうものではない。
【0020】
図3(A)を参照して、トレンチ溝16を形成した開口部14にスパッタ堆積法により膜厚300〜2000Åのニッケル層を堆積し、堆積したニッケル層を周知のホトエッチング法によってパタニーングして、第2のバリア金属層18を形成する。
【0021】
図3(B)を参照して、再度スパッタ堆積法により膜厚1.0〜3.0μのアルミニウム層を堆積し、ホトエッチングによって第2のバリア金属層17を覆い且つ外部接続用のパッドを構成するアルミ層19を形成して図1の構成を得る。
【0022】
尚、上述した実施の形態においては、TiとNiとの組み合わせで説明したが、Moや他のバリア金属等との組み合わせ、あるいは3種類以上の組み合わせでも実施が可能である事は言うまでもない。
【0023】
【発明の効果】
以上に説明したとおり、本発明によれば、開口部14にトレンチ溝16を設けることによって、第1のバリア金属層17とシリコンとの第1のショットキー接触面積を増大できる。これにより、開口部14の面積が同じもので比較した場合、同じ順方向電圧VFでも多くの順方向電流IFを流すことができ、結果として、順方向電圧VFが小さいSBD装置を得ることができる利点を有する。また、開口部14の面積を増大させないので、ペレットサイズを増大することなく、より電流容量の大きな素子を得ることができるものである。
【0024】
更に、バリアハイトΦBの異なる複数種類のバリア金属層を用い、それらの接触面積によってVF−IF及びVR―IR特性を制御し得るように構成したので、パターン変更だけで様々な特性のSBD装置を実現できる利点を有する。これにより、回路要求的に順方向電圧VFと逆方向電流IRとが最適な素子を提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を説明するための断面図である。
【図2】製造方法を説明するための断面図である。
【図3】製造方法を説明するための断面図である。
【図4】従来例を説明するための断面図である。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a Schottky Barrier Diode (hereinafter, referred to as SBD), and more particularly, to an SBD element that can obtain a larger current capacity in the same area.
[0002]
[Prior art]
The SBD is a semiconductor element using a Schottky barrier formed when a predetermined metal layer is brought into contact with a semiconductor layer. It has characteristics of higher speed and smaller forward voltage drop than general PN junction diodes (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-152562).
[0003]
Referring to FIG. 4, in the conventional SBD, an N- type
[0004]
In manufacturing a semiconductor device, nickel (Ni), titanium (Ti), and molybdenum (Mo) are suitable materials for the
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Due to the recent trend toward lower power consumption, it is particularly desired that the forward voltage VF be reduced for SBD elements. As a method of reducing the forward voltage VF, there is a method of changing the
[0006]
When titanium (Ti) having a small work function ΦB is used, for example, the forward voltage (VF) when nickel (Ni) is used is 0.3 to 0.35 V when the forward current IF is 100 mA. On the other hand, when titanium (Ti) is used, this value can be significantly reduced to 0.2 to 0.25 V at the same current value. However, there is a trade-off relationship between the forward voltage VF and the reverse current IR, and selecting a metal capable of reducing the forward voltage VF means increasing the reverse current IR (leakage current). . Therefore, the SBD element using the Ti barrier has a large leak current, which may result in an increase in power consumption due to the leak current. Molybdenum (Mo) is the most suitable as the barrier metal capable of minimizing the leak current, but the forward voltage VF increases to almost twice that of Ti. Therefore, there has been a demand for element characteristics that allow both the forward voltage VF and the reverse current IR.
[0007]
Further, since the limitation of the
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made in view of such a conventional problem, and in a Schottky barrier diode in which a metal layer forming a Schottky barrier is provided on the surface of a silicon layer and the surface of the metal is covered with an electrode material,
A first barrier metal layer provided with a plurality of trench grooves on a surface of the silicon layer and in contact with silicon including a side wall of the trench grooves to form a first Schottky barrier;
A second barrier metal layer overlying the first barrier metal layer and forming a second Schottky contact at the surface of the epitaxial layer between the trenches. Is what you do.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0010]
FIG. 1 is a sectional view showing an SBD according to the present invention. An N− type
[0011]
The
[0012]
In this example, the area of the
[0013]
With such a configuration, the area of the side wall of the
[0014]
In addition, in the present application, since a Schottky contact is formed between Ti and Ni at an area ratio of 50:50, it is possible to obtain an SBD characteristic that is substantially intermediate between the Ti barrier and the Ni barrier. That is, a lower forward voltage VF is obtained than that of the Ni barrier alone, and a smaller reverse current IR is obtained than that of the Ti barrier alone. These characteristics can be appropriately controlled by the area ratio between the Ti barrier (first Schottky barrier) and the Ni barrier (second Schottky barrier). Increasing the area of the first Schottky contact approximates the characteristic curve of the Ti barrier alone, and increasing the area of the second Schottky contact approximates the characteristic curve of the Ni barrier alone.
[0015]
2 and 3 are cross-sectional views for explaining an example of the manufacturing method.
[0016]
First, referring to FIG. 2A, an N +
[0017]
Referring to FIG. 2B, an oxide film covering the surface of
[0018]
Referring to FIG. 2C, a photoresist mask is formed in
[0019]
Referring to FIG. 2D, titanium having a thickness of about 0.5 μm is deposited as a first
[0020]
Referring to FIG. 3 (A), a nickel layer having a thickness of 300 to 2000 ° is deposited by sputtering deposition in opening 14 in which
[0021]
Referring to FIG. 3B, an aluminum layer having a thickness of 1.0 to 3.0 μ is deposited again by the sputter deposition method, and the second
[0022]
In the above-described embodiment, the combination of Ti and Ni has been described. However, it is needless to say that the combination of Mo and other barrier metals or the combination of three or more types can be used.
[0023]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the provision of the
[0024]
Furthermore, since a plurality of types of barrier metal layers having different barrier heights ΦB are used and the VF-IF and VR-IR characteristics can be controlled by their contact area, SBD devices with various characteristics can be realized only by changing the pattern. Have the advantages that can be. This makes it possible to provide an element whose forward voltage VF and reverse current IR are optimal in terms of circuit requirements.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing method.
FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing method.
FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining a conventional example.
Claims (2)
前記シリコン層の表面に設けられた複数のトレンチ溝と、
該トレンチ溝に埋設され、表面が前記トレンチ溝間の前記シリコン表面と同一平面にあり、該トレンチ溝の側壁および底面で前記シリコン層と接触して第1のショットキー障壁を形成する第1のバリア金属層と、
前記シリコン層及び前記第1のバリア金属層上の平坦な表面に設けられ、前記トレンチ溝とトレンチ溝間の前記シリコン層表面で第2のショットキー障壁を形成する第2のバリア金属層とを具備することを特徴とするショットキーバリアダイオード。 In a Schottky barrier diode in which a barrier metal layer that forms a Schottky barrier with the silicon layer is provided on the surface of the one conductivity type silicon layer, and the metal layer is covered with an electrode material,
A plurality of trench grooves provided on the surface of the silicon layer,
A first buried in the trench groove, the surface being flush with the silicon surface between the trench grooves, contacting the silicon layer at a sidewall and a bottom surface of the trench groove to form a first Schottky barrier; A barrier metal layer;
A second barrier metal layer provided on the silicon layer and a flat surface on the first barrier metal layer and forming a second Schottky barrier on the surface of the silicon layer between the trenches; A Schottky barrier diode, comprising:
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