JP4825026B2 - Schottky barrier diode and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、整流特性及びサージ耐圧に優れたショットキーバリアダイオード及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a Schottky barrier diode excellent in rectification characteristics and surge withstand voltage, and a method for manufacturing the same.
従来のショットキーバリアダイオードには、順方向電圧特性(VF特性)と逆方向電流特性(IR特性)とを容易にコントロールするために、2種類の金属層でショットキー接合を構成するものが存在していた。このようなショットキーバリアダイオードは、例えば特許文献1に記載されている。図3は、この特許文献1に記載されている従来のショットキーバリアダイオードの断面図である。
In order to easily control forward voltage characteristics (VF characteristics) and reverse current characteristics (IR characteristics), some conventional Schottky barrier diodes form a Schottky junction with two types of metal layers. Was. Such a Schottky barrier diode is described in
図3に示す従来のショットキーバリアダイオードは、次のような構成である。
まず、エピタキシャル成長法を用いて、シリコン(Si)からなる高濃度第一導電型半導体基板(以下、高濃度N型半導体基板と記す)101の上に低濃度第一導電型半導体層(以下、低濃度N型エピタキシャル層と記す)102を形成する。次に、イオン注入法等を用いて、低濃度N型エピタキシャル層102の表面に、例えばボロンイオンを注入及び拡散させて、第二導電型半導体領域(以下、P型ガードリング領域と記す)103を環状に形成する。次に、P型ガードリング領域103の外側を覆うように、絶縁膜(シリコンからなる酸化膜等)104を形成する。
The conventional Schottky barrier diode shown in FIG. 3 has the following configuration.
First, a low-concentration first conductive semiconductor layer (hereinafter referred to as a low-concentration semiconductor layer) 101 is formed on a high-concentration first conductive semiconductor substrate (hereinafter referred to as a high-concentration N-type semiconductor substrate) 101 made of silicon (Si) using an epitaxial growth method. 102) (denoted as a concentration N type epitaxial layer). Next, for example, boron ions are implanted and diffused into the surface of the low-concentration N-type
次に、絶縁膜104の内側を覆うようにチタン(Ti)からなる第1の金属層105が環状に設けられ、低濃度N型エピタキシャル層102の表面との間でショットキー接合を構成する。そして、第1の金属層105の内側にモリブデン(Mo)からなる第2の金属層106が設けられ、低濃度N型エピタキシャル層102の表面との間でショットキー接合を構成する。最後に、第1の金属層105と第2の金属層106とを覆う表面電極107a及び表面電極107aに対応する裏面電極107bが形成される。
しかしながら、上記従来のショットキーバリアダイオードの構成では、次のような問題が発生する。第1の金属層105に、P型ガードリング領域103との間のオーミック性が優れた金属を用いた場合、第1の金属層105が低濃度N型エピタキシャル層102と接続されるため、順方向電圧VFが増加する。一方、第1の金属層105に、P型ガードリング領域103との間のオーミック性が劣る金属を用いた場合、順方向電圧VFは低下するものの、サージ耐性が劣化してしまう。
However, the conventional Schottky barrier diode configuration has the following problems. When a metal having excellent ohmic property with the P-type
それ故に、本発明の目的は、順方向電圧VFの上昇を抑制すると共に、サージ耐性に優れたショットキーバリアダイオード及びその製造方法を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to provide a Schottky barrier diode excellent in surge resistance and a method for manufacturing the same while suppressing an increase in the forward voltage VF.
本発明は、ショットキーバリアダイオードに向けられている。そして、上記目的を達成するために、本発明のショットキーバリアダイオードは、高濃度N型半導体基板と、高濃度N型半導体基板の上に積層された低濃度N型エピタキシャル層と、低濃度N型エピタキシャル層に環状に形成されたP型ガードリング領域と、低濃度N型エピタキシャル層の表面の一部及びP型ガードリング領域の表面の一部を被覆する位置に形成された絶縁膜と、絶縁膜が形成されていないP型ガードリング領域の表面及び絶縁膜の一部を被覆する位置に低濃度N型エピタキシャル層と非接触状態に形成された第1の金属層と、絶縁膜が形成されていない低濃度N型エピタキシャル層の表面を被覆すると共に、第1の金属層を覆った状態に接続される位置に形成された第2の金属層とで構成される。 The present invention is directed to a Schottky barrier diode. In order to achieve the above object, a Schottky barrier diode of the present invention includes a high concentration N-type semiconductor substrate, a low concentration N-type epitaxial layer stacked on the high concentration N-type semiconductor substrate, and a low concentration N-type semiconductor substrate. A P-type guard ring region formed annularly in the type epitaxial layer; an insulating film formed at a position covering a part of the surface of the low-concentration N-type epitaxial layer and a part of the surface of the P-type guard ring region; A first metal layer formed in a non-contact state with the low-concentration N-type epitaxial layer is formed at a position covering the surface of the P-type guard ring region where the insulating film is not formed and a part of the insulating film, and the insulating film is formed The surface of the low-concentration N-type epitaxial layer that is not formed is covered, and the second metal layer is formed at a position connected to cover the first metal layer.
ここで、第1の金属層とP型ガードリング領域とが、オーミック接続されていることが好ましい。また、第2の金属層と低濃度N型エピタキシャル層とが、ショットキー接続されていることが好ましい。 Here, it is preferable that the first metal layer and the P-type guard ring region are ohmic-connected. The second metal layer and the low-concentration N-type epitaxial layer are preferably Schottky connected.
このショットキーバリアダイオードは、高濃度N型半導体基板の上に、低濃度N型エピタキシャル層を積層する工程と、低濃度N型エピタキシャル層にP型ガードリング領域を環状に形成する工程と、低濃度N型エピタキシャル層の表面の一部及びP型ガードリング領域の表面の一部を被覆する絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜が形成されていないP型ガードリング領域の表面及び絶縁膜の一部を被覆し低濃度N型エピタキシャル層と非接触状態に第1の金属層を形成する工程と、絶縁膜が形成されていない低濃度N型エピタキシャル層の表面を被覆すると共に、第1の金属層を覆った状態に接続される位置に第2の金属層を形成する工程とによって、製造される。
The Schottky barrier diode includes a step of laminating a low-concentration N-type epitaxial layer on a high-concentration N-type semiconductor substrate, a step of annularly forming a P-type guard ring region in the low-concentration N-type epitaxial layer, A step of forming an insulating film covering a part of the surface of the concentration N-type epitaxial layer and a part of the surface of the P-type guard ring region; and a surface of the P-type guard ring region and the insulating film not formed with the insulating film Forming a part of the first metal layer in a non-contact state with the low-concentration N-type epitaxial layer; covering the surface of the low-concentration N-type epitaxial layer on which the insulating film is not formed; And a step of forming the second metal layer at a position to be connected in a state of covering the metal layer.
ここで、第1の金属層を形成する工程は、P型ガードリング領域との間でオーミック接続を構成するように第1の金属層を形成することが好ましい。また、第2の金属層を形成する工程は、低濃度N型エピタキシャル層との間でショットキー接続を構成するように第2の金属層を形成することが好ましい。 Here, the step of forming the first metal layer preferably forms the first metal layer so as to form an ohmic connection with the P-type guard ring region. In the step of forming the second metal layer, it is preferable to form the second metal layer so as to form a Schottky connection with the low concentration N-type epitaxial layer.
上記本発明によれば、整流特性を変化させることなくサージ耐性を向上することができる。 According to the present invention, surge resistance can be improved without changing the rectification characteristics.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図1は、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断面図である。図2A及び図2Bは、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説明するための各製造工程におけるショットキーバリアダイオードの断面図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view of a Schottky barrier diode according to an embodiment of the present invention. 2A and 2B are cross-sectional views of the Schottky barrier diode in each manufacturing process for explaining a Schottky barrier diode manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
図1において、本発明のショットキーバリアダイオードは、高濃度N型半導体基板11、低濃度N型エピタキシャル層12、P型ガードリング領域13、絶縁膜14、第1の金属層15、第2の金属層16、表面電極17a、及び裏面電極17bとで構成される。
In FIG. 1, the Schottky barrier diode of the present invention includes a high-concentration N-
第1の金属層15には、P型ガードリング領域13との間のオーミック性が優れた金属を用いる。例えば、白金(Pt)、金(Au)、銀(Ag)、アルミニウム(Al)、又はチタン等である。このとき、逆方向に高電圧を印加すると、ブレークダウン現象によりP型ガードリング領域13から第1の金属層15に向けて大電流が流れることになる。
この構成では、第1の金属層15とP型ガードリング領域13との間のオーミック性が優れるので、P型ガードリング領域13と第1の金属層15との界面のサージ耐性を向上させることができる。また、第1の金属層15は、低濃度N型エピタキシャル層12と非接触状態となるため、第1の金属層15によって整流特性に影響を与えることはない。
For the
In this configuration, since the ohmic property between the
第2の金属層16には、例えばチタン、クロム(Cr)、又はモリブデン等の金属を用いる。この第2の金属層16は、低濃度N型エピタキシャル層12とショットキー接合を構成することによって、優れた整流特性を得ることができる。さらに、第2の金属層16は、第1の金属層15によって被覆されることはないので、順方向電流VFは主として第2の金属層16を流れることとなる。よって、順方向損失を低減させることができる。
For the
この構成によるショットキーバリアダイオードは、図2A及び図2Bに示す工程の順序で製造される。
まず、エピタキシャル成長法を用いて、シリコンからなる高濃度N型半導体基板11の上に低濃度N型エピタキシャル層12を積層する(図2A(a))。次に、フォトリソグラフィ技術を用いて、P型ガードリング領域13の形成場所に対応した所定面積の開口部を持つ絶縁膜(シリコンからなる酸化膜等)14’を、低濃度N型エピタキシャル層12の上に形成する(図2A(b))。次に、絶縁膜14’を介したイオン注入法等を用いて、低濃度N型エピタキシャル層12の中にボロンを注入し、P型ガードリング領域13を環状に形成する(図2A(c))。その処理の後、絶縁膜14’を除去する(図2A(d))。
The Schottky barrier diode having this configuration is manufactured in the order of steps shown in FIGS. 2A and 2B.
First, a low-concentration N-type
次に、フォトリソグラフィ技術を用いて、P型ガードリング領域13の外周部近傍に開口部を有した絶縁膜(シリコンからなる酸化膜等)14を、低濃度N型エピタキシャル層12の表面に形成する(図2A(e))。そして、開口部から露出するP型ガードリング領域13の表面と接し、絶縁膜14の一部を覆う第1の金属層15を形成する(図2B(f))。さらに、低濃度N型エピタキシャル層12の表面を被覆すると共に、第1の金属層15と接続される位置に第2の金属層16を形成する(図2B(g))。最後に、第2の金属層16の表面にオーミック性に優れたアルミニウム又は銀等からなる表面電極17aを、第1の金属層15及び第2の金属層16を覆うように形成する(図2(h))。また、表面電極17aの裏面に位置する高濃度N型半導体基板11の面上に、アルミニウム又は銀等からなる裏面電極17bを形成する(図2(i))。
Next, an insulating film (such as an oxide film made of silicon) 14 having an opening in the vicinity of the outer periphery of the P-type
以上のように、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及びその製造方法によれば、整流特性を変化させることなくサージ耐性を向上することができる。さらに、図示しないが、第1の金属層15を完全に覆わないように第2の金属層16を形成し、第1の金属層15と表面電極17aとを直接接触される構成を採用することで、逆サージ電流通電時の抵抗成分を低減させることができる。
As described above, according to the Schottky barrier diode and the manufacturing method thereof according to an embodiment of the present invention, surge resistance can be improved without changing the rectification characteristics. Furthermore, although not shown, the
なお、P型ガードリング領域13を形成する手法は、上記実施形態で説明したイオン注入法以外にも、蒸着法、固層拡散法、又はガス拡散法等であってもよい。
また、上記実施形態では、第2の金属層16のすぐ上に表面電極17aを設けた場合を説明したが、第2の金属層16と表面電極17aとの間に複数種類の金属を挟み込む構成であってもかまわない。
The method for forming the P-type
In the above embodiment, the case where the surface electrode 17a is provided immediately above the
以上、本発明の実施の形態はショットキーバリアダイオードについて説明したが、本発明に思想に逸脱しない限り適宜変更可能である。 As described above, the embodiments of the present invention have been described with respect to the Schottky barrier diode, but can be appropriately changed without departing from the concept of the present invention.
本発明は、高濃度N型半導体であるシリコン基板上において、金属膜がショットキー接合を形成しているショットキーバリアダイオード及びその製造方法等に利用可能であり、特に順方向電圧VFの上昇を抑制すると共にサージ耐性を改善させたい場合等に有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for a Schottky barrier diode in which a metal film forms a Schottky junction on a silicon substrate which is a high-concentration N-type semiconductor, a manufacturing method thereof, and the like. This is useful for suppressing surges and improving surge resistance.
11、101 高濃度N型半導体基板
12、102 低濃度N型エピタキシャル層
13、103 P型ガードリング領域
14、104 絶縁膜(シリコン酸化膜)
15、105 第1の金属層
16、106 第2の金属層
17a、107a 表面電極
17b、107b 裏面電極
11, 101 High-concentration N-
15, 105
Claims (4)
前記高濃度N型半導体基板の上に積層された低濃度N型エピタキシャル層と、
前記低濃度N型エピタキシャル層に環状に形成されたP型ガードリング領域と、
前記低濃度N型エピタキシャル層の表面の一部及び前記P型ガードリング領域の表面の一部を被覆する位置に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜が形成されていない前記P型ガードリング領域の表面及び前記絶縁膜の一部を被覆する位置に前記低濃度N型エピタキシャル層と非接触状態に形成された第1の金属層と、
前記絶縁膜が形成されていない前記低濃度N型エピタキシャル層の表面を被覆すると共に、前記第1の金属層を覆った状態に接続される位置に形成された第2の金属層とを備える、ショットキーバリアダイオード。 A high concentration N-type semiconductor substrate;
A low-concentration N-type epitaxial layer stacked on the high-concentration N-type semiconductor substrate;
A P-type guard ring region formed annularly in the low-concentration N-type epitaxial layer;
An insulating film formed at a position covering a part of the surface of the low-concentration N-type epitaxial layer and a part of the surface of the P-type guard ring region;
A first metal layer formed in a non-contact state with the low-concentration N-type epitaxial layer at a position covering the surface of the P-type guard ring region where the insulating film is not formed and a part of the insulating film;
Covering the surface of the low-concentration N-type epitaxial layer on which the insulating film is not formed, and a second metal layer formed at a position connected to cover the first metal layer, Schottky barrier diode.
前記低濃度N型エピタキシャル層にP型ガードリング領域を環状に形成する工程と、
前記低濃度N型エピタキシャル層の表面の一部及び前記P型ガードリング領域の表面の一部を被覆する絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜が形成されていない前記P型ガードリング領域の表面及び前記絶縁膜の一部を被覆し前記低濃度N型エピタキシャル層と非接触状態に第1の金属層を形成する工程と、
前記絶縁膜が形成されていない前記低濃度N型エピタキシャル層の表面を被覆すると共に、前記第1の金属層を覆った状態に接続される位置に第2の金属層を形成する工程とを含む、ショットキーバリアダイオードの製造方法。 Laminating a low-concentration N-type epitaxial layer on a high-concentration N-type semiconductor substrate;
Forming an annular P-type guard ring region in the low-concentration N-type epitaxial layer;
Forming an insulating film covering a part of the surface of the low-concentration N-type epitaxial layer and a part of the surface of the P-type guard ring region;
Covering the surface of the P-type guard ring region where the insulating film is not formed and a part of the insulating film, and forming a first metal layer in a non-contact state with the low-concentration N-type epitaxial layer;
Covering the surface of the low-concentration N-type epitaxial layer on which the insulating film is not formed, and forming a second metal layer at a position connected to cover the first metal layer. And manufacturing method of Schottky barrier diode.
前記第2の金属層を形成する工程は、前記低濃度N型エピタキシャル層との間でショットキー接続を構成するように前記第2の金属層を形成することを特徴とする、請求項3に記載のショットキーバリアダイオードの製造方法。 The step of forming the first metal layer forms the first metal layer so as to form an ohmic connection with the P-type guard ring region,
The step of forming the second metal layer forms the second metal layer so as to form a Schottky connection with the low-concentration N-type epitaxial layer. The manufacturing method of the Schottky barrier diode of description.
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