JP5588765B2 - ショットキーバリアダイオード及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、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ものである。

従来、半導体と金属とを接合することにより、この界面に生じるショットキー障壁を利用したショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）が知られている（例えば、特許文献１参照）。
このＳＢＤは、順方向に所定の電圧を印加した場合に、電圧降下が小さく、かつ、逆方向に所定の電圧を印加した場合に、漏れ電流が小さいことが好ましいとされている。

図４は、従来のトレンチ構造型のショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）１を示す断面図であり、シリコン基板（半導体基板）２の表面（一主面）２ａにトレンチ３が形成され、このトレンチ３の内面にシリコン酸化膜からなる絶縁膜４が形成され、このトレンチ３内には多結晶シリコンからなる導電体が埋め込まれて導電体５とされ、これらシリコン基板２の表面２ａ、絶縁膜４の最上面４ａ及び導電体５の上面５ａは面一とされ、これらを覆うようにバリア金属層６が形成され、バリア金属層６上には電極金属層７が積層されている。
このＳＢＤ１は、シリコン基板２の表面２ａにトレンチ３を形成し、このトレンチ３の内面に絶縁膜４を形成し、この絶縁膜４により囲まれたトレンチ３内に多結晶シリコンからなる導電体を埋め込み、この導電体の上面をエッチングにより平坦化することにより、得られた導電体５の平坦な上面５ａを表面２ａと面一とし、この平坦な上面５ａを覆うようにバリア金属層６及び電極金属層７を積層することにより作製することができる。

特開２００１−６８６８８号公報

ところで、従来のＳＢＤ１では、多結晶シリコンからなる導電体５のエッチングの制御性が十分ではなく、また、導電体５の厚みが不均一であることもあり、導電体５の上面５ａを平坦化することが難しいという問題点があった。この導電体５の上面５ａが平坦化されないと、この導電体５上に形成されたバリア金属層６と導電体５の上面５ａとの接触部分に角部ができ易くなり、その結果、バリア金属層６のカバレッジが低下するという問題点があった。
また、導電体５の上面５ａが平坦化されないと、この導電体５の形状が所望の形状から外れた異形となり、この導電体５上に形成されたバリア金属層６に応力が生じた場合、この応力が導電体５に局部的に集中し、その結果、逆方向電流（ＩＲ）が大きくなるという問題点があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、バリア金属層のカバレッジを向上させることができ、さらに、トレンチ内に埋め込まれた導電体に応力が集中する虞がなく、逆方向電流（ＩＲ）を抑制することができる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を目的とする。

本発明者は、上記の課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、半導体基板の一主面にトレンチが形成され、該トレンチの内面に絶縁膜が形成されるとともに、該トレンチ内に導電体が埋め込まれ、該導電体上にバリア金属層が形成されたショットキーバリアダイオードにおいて、前記導電体の上面を前記トレンチの側壁上面より下方に位置させることとし、さらに、前記絶縁膜の最上面を前記トレンチの側壁上面と前記導電体の上面とを接続する曲面または傾斜面とし、前記導電体の上面を周縁部から中心部に向かって湾曲する凹面とすれば、前記導電体上に形成されたバリア金属層に角部ができ難くなり、よって、バリア金属層のカバレッジが向上し、さらには、トレンチ内に埋め込まれた導電体に応力が集中する虞がなくなり、逆方向電流（ＩＲ）が抑制されることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の請求項１記載のショットキーバリアダイオードは、半導体基板の一主面にトレンチが形成され、該トレンチの内面に絶縁膜が形成されるとともに、該トレンチ内に導電体が埋め込まれ、該導電体上にバリア金属層が形成されたショットキーバリアダイオードにおいて、前記導電体の上面は前記トレンチの側壁上面より下方に位置しており、前記絶縁膜の最上面は、前記トレンチの側壁上面と前記導電体の上面とを接続する曲面または傾斜面であり、前記導電体の上面は、周縁部から中心部に向かって湾曲する凹面であることを特徴とする。

このショットキーバリアダイオードでは、前記導電体の上面を前記トレンチの側壁上面より下方に位置させることとし、前記絶縁膜の最上面を、前記トレンチの側壁上面と前記導電体の上面とを接続する曲面または傾斜面としたことにより、このトレンチの側壁上面から導電体の上面に至るまでの部分が滑らかな面となり、よって、この絶縁膜の上に形成されたバリア金属層では、トレンチの側壁上面との接触部分に角部ができ難くなり、よって、バリア金属層のカバレッジが向上する。

また、導電体の上面をトレンチの側壁上面より下方に位置させたことにより、導電体の形状がトレンチの形状により規定されて該トレンチの内部形状と略同一の形状となり、導電体が異形になるのを防止する。さらに、トレンチ内の導電体上にバリア金属層を形成することにより、このバリア金属層の伸縮により生じる応力がトレンチ内の導電体に加わった場合に、アンカー効果により導電体に加わる応力を緩和し、この応力が導電体に局部的に集中するのを防止する。これにより、逆方向電流が小さくなる。

また、このショットキーバリアダイオードでは、前記導電体の上面を凹面としたことにより、前記導電体に加わる応力がさらに緩和され、この応力が導電体に局部的に集中することが無くなる。よって、逆方向電流がさらに小さくなる。

請求項２記載のショットキーバリアダイオードは、請求項１または２記載のショットキーバリアダイオードにおいて、前記導電体の高さは、前記トレンチの深さの３０％以上かつ９５％以下であることを特徴とする。
このショットキーバリアダイオードでは、導電体の高さを、トレンチの深さの３０％以上かつ９５％以下としたことにより、導電体の形状がトレンチの内部形状と同一の形状となり、導電体が異形になるのをさらに防止する。

請求項３記載のショットキーバリアダイオードの製造方法は、半導体基板の一主面にトレンチを形成し、該トレンチの内面に絶縁膜を形成し、前記絶縁膜が形成されたトレンチ内に導電体を埋め込み、該導電体の上面及び前記絶縁膜の最上面を選択除去することにより、前記導電体の上面を前記トレンチの側壁上面より下方に位置させるとともに、前記絶縁膜の最上面を前記トレンチの側壁上面と前記導電体の上面とを接続する曲面または傾斜面とし、前記導電体の上面を周縁部から中心部に向かって湾曲する凹面とし、前記導電体上にバリア金属層を形成することを特徴とする。

このショットキーバリアダイオードの製造方法では、トレンチ内に埋め込まれた導電体の上面及び該トレンチの内面に形成された絶縁膜の最上面を選択除去することにより、前記導電体の上面を前記トレンチの側壁上面より下方に位置させるとともに、前記絶縁膜の最上面を前記トレンチの側壁上面と前記導電体の上面とを接続する曲面または傾斜面とする。
これにより、絶縁膜の上に形成されたバリア金属層のうちトレンチの側壁上面との接触部分に角部ができ難くなり、また、バリア金属層の伸縮に起因する応力がトレンチ内の導電体に加わった場合においても、この応力が導電体に局部的に集中することが無くなる。よって、バリア金属層のカバレッジが向上し、逆方向電流が極めて小さなショットキーバリアダイオードを、容易かつ安価に製造することが可能になる。

本発明の請求項１記載のショットキーバリアダイオードによれば、導電体の上面をトレンチの側壁上面より下方に位置させると共に、絶縁膜の最上面をトレンチの側壁上面と導電体の上面とを接続する曲面または傾斜面とし、前記導電体の上面を周縁部から中心部に向かって湾曲する凹面としたので、トレンチの側壁上面から導電体の上面に至る部分を滑らかにすることができる。したがって、バリア金属層のカバレッジを向上させることができる。
また、導電体の異形化を防止することができ、バリア金属層に起因する応力が導電体に局部的に集中するのを防止することができる。したがって、逆方向電流（漏れ電流）を小さくすることができる。
以上により、バリア金属層のカバレッジが向上し、かつ、逆方向電流（ＩＲ）特性に優れたショットキーバリアダイオードを提供することができる。

また、請求項１記載のショットキーバリアダイオードによれば、導電体の上面を凹面としたので、導電体に加わる応力を凹面にて分散することができ、導電体に加わる応力をさらに緩和することができ、この応力が導電体に局部的に集中しないようにすることができる。したがって、ショットキーバリアダイオードの逆方向電流（漏れ電流）をさらに小さくすることができる。

請求項２記載のショットキーバリアダイオードによれば、導電体の高さをトレンチの深さの３０％以上かつ９５％以下としたので、導電体の形状をトレンチの内部形状と同一の形状とすることができ、導電体の異形化を防止することができる。

請求項３記載のショットキーバリアダイオードの製造方法によれば、トレンチ内に埋め込まれた導電体の上面及び該トレンチの内面に形成された絶縁膜の最上面を選択除去することにより、前記導電体の上面を前記トレンチの側壁上面より下方に位置させるとともに、前記絶縁膜の最上面を前記トレンチの側壁上面と前記導電体の上面とを接続する曲面または傾斜面とし、前記導電体の上面を周縁部から中心部に向かって湾曲する凹面とするので、バリア金属層の伸縮に起因する応力が導電体に局部的に集中する虞が無く、バリア金属層のカバレッジが向上し、かつ、逆方向電流（ＩＲ）特性に優れたショットキーバリアダイオードを、容易かつ安価に製造することができる。

本発明の一実施形態のトレンチ構造型のショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）を示す断面図である。 本発明の一実施形態のトレンチ構造型のショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）の絶縁膜の最上面部分の形状を示す断面図である。 本発明の一実施形態のトレンチ構造型のＳＢＤの製造方法を示す過程図である。 従来のトレンチ構造型のショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）を示す断面図である。

本発明のショットキーバリアダイオード及びその製造方法を実施するための形態について説明する。
なお、この形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態のトレンチ構造型のショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）を示す断面図であり、図１においては、図４と同一の構成要素には同一の符号を付してある。
図１において、符号１１はショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）であり、シリコン基板（半導体基板）２の表面（一主面）２ａに断面矩形状のトレンチ３が形成され、このトレンチ３の内面にはシリコン酸化膜からなる絶縁膜１２が形成され、この絶縁膜１２が形成されたトレンチ３内には、多結晶シリコンからなる導電体１３が埋め込まれ、これらシリコン基板２の表面２ａ、絶縁膜１２及び導電体１３を覆うようにバリア金属層１４が形成され、このバリア金属層１４上には電極金属層１５が積層されている。

この導電体１３は、その上面が、周縁部から中心部に向かって湾曲する凹面２１とされ、この凹面２１の周縁部の最上端部２１ａがトレンチ３の側壁上面３ａより下方に位置するように、トレンチ３内に埋め込まれている。
この導電体１３では、その上面を、周縁部から中心部に向かって湾曲する凹面２１としたことにより、電極金属層１５に起因する引っ張り応力等の外部応力がバリア金属層１４を介して導電体１３に加わった場合においても、この外部応力を凹面２１で分散させて緩和することで、この外部応力が導電体１３の一部に局部的に集中することが無くなる。

この導電体１３の高さｈ、すなわちトレンチ３内の導電体１３の底面から凹面２１の最も低い部分までの高さｈは、トレンチ３の深さｄの３０％以上かつ９５％以下が好ましく、より好ましくは６５％以上かつ７５％以下である。

ここで、導電体１３の高さｈをトレンチ３の深さｄの３０％以上かつ９５％以下とした理由は、この範囲が導電体１３の形状をトレンチ３の形状により規定されることで所望の形状に保持することができ、かつ導電体１３としての電気的特性を保持することで所望の機能を十分に発揮することができる範囲だからである。
なお、導電体１３の高さｈがトレンチ３の深さｄの１００％を超えると、この導電体１３の上部がトレンチ３から上方に突出し、導電体１３の断面形状がトレンチ３の内部形状により拘束されず異形になるので好ましくない。

このように、導電体１３の高さｈをトレンチ３の深さｄの３０％以上かつ９５％以下としたことにより、導電体１３の形状がトレンチ３の内部形状と同一の形状となり、導電体３が異形になるのを防止することができる。
また、導電体３が異形になるのを防止することで、この導電体１３としての電気的特性を保持することができ、したがって、導電体１３の有する電気的な機能を十分に発揮することができる。

一方、絶縁膜１２の最上面１２ａは、図２に示すように、トレンチ３の側壁上面３ａと導電体１３の凹面２１の周縁部の最上端部２１ａとを接続する傾斜面２２とされている。
この傾斜面２２とシリコン基板２の表面２ａとのなす傾斜角θ、換言すると傾斜面２２のシリコン基板２の表面２ａに平行な面に対する傾斜角θは、３０°以上かつ６０°以下が好ましく、より好ましくは４０°以上かつ５０°以下である。

ここで、傾斜角θの範囲を３０°以上かつ６０°以下とした理由は、この範囲が、トレンチ３の側壁上面３ａから導電体１３の凹面２１に至るまでの部分を滑らかな面とすることができる範囲だからである。
この傾斜角θが上記の範囲を外れた場合、バリア金属層１４とトレンチ３の側壁上面３ａとの接触部分に角部ができ易くなり、その結果、バリア金属層１４のカバレッジが低下する虞があるので好ましくない。

このように、絶縁膜１２の最上面１２ａを、トレンチ３の側壁上面３ａと導電体１３の凹面２１の最上端部２１ａとを接続する傾斜面２２としたことにより、トレンチ３の側壁上面３ａから導電体１３の凹面２１に至るまでの部分が滑らかな面となり、よって、この絶縁膜１２の上に形成されたバリア金属層１４では、トレンチ３の側壁上面３ａとの接触部分に角部ができ難くなり、よって、バリア金属層１４のカバレッジが向上する。
なお、絶縁膜１２の最上面１２ａは、トレンチ３の側壁上面３ａから導電体１３の凹面２１に至るまでを滑らかな面とする形状であればよく、曲面であってもよい。

このＳＢＤ１１では、トレンチ３内に埋め込まれた多結晶シリコンからなる導電体１３上にバリア金属層１４を形成したことにより、この導電体１３にバリア金属層１４の伸縮に起因する過度の応力が加わった場合においても、この過度の外部応力をアンカー効果により緩和し、この外部応力が導電体１３の特定箇所に局部的に集中するのを防止する。このように、導電体１３における外部応力の局部的な集中を防止することにより、ＳＢＤ１１の重要な特性である逆方向電流（ＩＲ）が極めて小さくなり、ＳＢＤ１１の漏れ電流が改善されることとなる。

次に、ＳＢＤ１１の製造方法について、図３に基づき説明する。
まず、図３（ａ）に示すように、シリコン基板２の表面２ａを熱酸化し、トレンチ形成用マスクとなるシリコン酸化膜３１を形成する。
次いで、このシリコン酸化膜３１上にレジスト３２を塗布し、露光及び現像を行い、レジスト３２のトレンチに対応する位置に開口３２ａを形成する。
次いで、開口３２ａが形成されたレジスト３２をマスクとして、フッ酸を用いてシリコン酸化膜３１を異方性エッチングし、このシリコン酸化膜３１のトレンチに対応する位置に開口３１ａを形成する。

次いで、レジスト３２を除去し、図３（ｂ）に示すように、開口３１ａが形成されたシリコン酸化膜３１をマスクとして、シリコン基板２の表面２ａにアルゴンガスに酸素ガスを添加した混合ガスを用いた異方性エッチングを施し、シリコン基板２の表面２ａに断面矩形状のトレンチ３を形成する。その後、フッ酸を用いてシリコン酸化膜３１を除去する。

次いで、図３（ｃ）に示すように、トレンチ３内を含むシリコン基板２の表面２ａ全面を熱酸化し、シリコン基板２の表面２ａ及びトレンチ３の内面にシリコン酸化膜３３を形成する。
次いで、シリコン酸化膜３３上に、熱ＣＶＤ法により多結晶シリコンを堆積させる。これにより、トレンチ３内を含むシリコン酸化膜３３全面に多結晶シリコンからなる導電体３４が堆積されることとなる。

次いで、図３（ｄ）に示すように、プラズマを用いた異方性エッチングにより導電体３４をエッチングし、この導電体３４のうちトレンチ３内を除く部分を除去する。この過程では、エッチングの条件を調整することにより、トレンチ３の外側のシリコン酸化膜３３を露出させるとともに、トレンチ３内の導電体３４の上面をトレンチ３の側壁上面３ａより下方に位置させ、かつ導電体３４の高さｈをトレンチ３の深さｄの３０％以上かつ９５％以下とする。

これにより、トレンチ３内に残った導電体３４は、上面が凹面２１とされ、この凹面２１の最上端部２１ａがトレンチ３の側壁上面３ａより下方に位置する導電体１３となる。
その後、フッ酸を用いてトレンチ３内を除く部分のシリコン酸化膜３３を除去する。

次いで、図３（ｅ）に示すように、トレンチ３内のシリコン酸化膜３３にプラズマを用いた異方性エッチング及びフッ酸を用いた等方性エッチングを順次施し、このシリコン酸化膜３３の最上面３３ａを導電体１３の凹面２１の最上端部２１ａまでエッチングする。これにより、トレンチ３内に残ったシリコン酸化膜３３は、その最上面がトレンチ３の側壁上面３ａと導電体１３の凹面２１の最上端部２１ａとを接続する傾斜面２２とされた絶縁膜１２となる。
以上により、シリコン基板２の表面２ａからトレンチ３の側壁上面３ａを経由して導電体１３の凹面２１に至るまでが、滑らかな面となる。

次いで、図３（ｆ）に示すように、蒸着法により、クロム等のバリア金属をシリコン基板２の表面２ａ、絶縁膜１２及び導電体１３を覆うように堆積させ、バリア金属層１４を形成する。
次いで、蒸着法により、バリア金属層１４上に、アルミニウム等の電極用金属を堆積させ、電極金属層１５を形成する。
以上により、本実施形態のトレンチ構造型のＳＢＤ１１を作製することができる。

本実施形態のトレンチ構造型のＳＢＤ１１によれば、導電体１３の凹面２１をトレンチ３の側壁上面３ａより下方に位置させると共に、絶縁膜１２の最上面１２ａをトレンチ３の側壁上面３ａと導電体１３の凹面２１とを接続する傾斜面２２としたので、トレンチ３の側壁上面３ａから導電体１３の凹面２２に至る部分を滑らかな面にすることができる。したがって、バリア金属層１４のカバレッジを向上させることができる。
また、導電体１３の上面を凹面２２としたので、導電体１３に加わる外部応力をさらに緩和することができ、この外部応力が導電体１３の一部に局部的に集中しないようにすることができる。したがって、逆方向電流（漏れ電流）をさらに小さくすることができる。

また、導電体１３が異形になるのを防止することができ、バリア金属層１４に起因する応力が導電体１３に局部的に集中するのを防止することができる。したがって、逆方向電流（漏れ電流）を小さくすることができる。

本実施形態のトレンチ構造型のＳＢＤ１１の製造方法によれば、多結晶シリコンからなる導電体３４をエッチングすることにより、メサ部のシリコン酸化膜３３を露出させるとともに、トレンチ３内の導電体３４の上面をトレンチ３の側壁上面３ａより下方に位置させ、さらに、トレンチ３内のシリコン酸化膜３３の最上面３３ａを導電体３４の上面付近までエッチングするので、バリア金属層１４のカバレッジが向上し、かつ、逆方向電流（ＩＲ）特性に優れたトレンチ構造型のＳＢＤ１１を、容易かつ安価に製造することができる。

１１ ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）
２ シリコン基板（半導体基板）
２ａ 表面（一主面）
３ トレンチ
３ａ 側壁上面
１２ 絶縁膜
１２ａ 最上面
１３ 導電体
１４ バリア金属層
１５ 電極金属層
２１ 凹面
２１ａ 最上端部
２２ 傾斜面
３１ シリコン酸化膜
３１ａ 開口
３２ レジスト
３２ａ 開口
３３ シリコン酸化膜
３３ａ 最上面
３４ 導電体

Claims (3)

1. 半導体基板の一主面にトレンチが形成され、該トレンチの内面に絶縁膜が形成されるとともに、該トレンチ内に導電体が埋め込まれ、該導電体上にバリア金属層が形成されたショットキーバリアダイオードにおいて、
   前記導電体の上面は前記トレンチの側壁上面より下方に位置しており、
   前記絶縁膜の最上面は、前記トレンチの側壁上面と前記導電体の上面とを接続する曲面または傾斜面であり、
   前記導電体の上面は、周縁部から中心部に向かって湾曲する凹面であることを特徴とするショットキーバリアダイオード。
2. 前記導電体の高さは、前記トレンチの深さの３０％以上かつ９５％以下であ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. 半導体基板の一主面にトレンチを形成し、該トレンチの内面に絶縁膜を形成し、前記絶縁膜が形成されたトレンチ内に導電体を埋め込み、該導電体の上面及び前記絶縁膜の最上面を選択除去することにより、前記導電体の上面を前記トレンチの側壁上面より下方に位置させるとともに、前記絶縁膜の最上面を前記トレンチの側壁上面と前記導電体の上面とを接続する曲面または傾斜面とし、前記導電体の上面を周縁部から中心部に向かって湾曲する凹面とし、前記導電体上にバリア金属層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。

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