JP5593619B2 - ショットキーバリアダイオードとその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、白金をショットキーバリア金属として用いたショットキーバリアダイオード（以下ＳＢＤ）に関する。

半導体層上に、ショットキーバリア金属（以下バリア金属）を設けたＳＢＤは、逆回復時間が短い点と順方向電圧降下が小さい点とを特徴とし、高速スイッチング回路や逆接続防止回路などの多くの用途に利用されている。従来の一般的なＳＢＤでは、図５の半導体基板の断面図に示す構造を採用している。図５において、符号１は半導体シリコン基板、２はエピタキシャルシリコン層、３はエピタキシャルシリコン層２とは異なる導電型を有するガードリング領域、４はシリコン酸化膜、５はショットキーバリア接合部、１０ａはバリア金属、１２は外部端子との接続用の上層金属電極層、２１は組立用裏面金属電極である。一般的に半田接合組立の場合、前記上層金属電極層１２としては、アルミニウム−ニッケル−金が用いられ、しかも、前記アルミニウム−ニッケル−金電極膜は連続的な蒸着膜またはスパッタ膜として形成される。また、一般的なアルミニウムワイヤボンディング接続の場合は、前記上層金属電極層１２としては、アルミニウム膜が用いられる。

このＳＢＤは耐圧構造として、前記ガードリング領域３が前記ショットキーバリア接合部５の周辺部を取り囲むようにエピタキシャルシリコン層２の表層に、このエピタキシャルシリコン層２の導電型とは異なる導電型で形成される。前記バリア金属１０ａと外部端子との接続用の上層金属電極層１２との積層膜からなる上部金属電極が前記シリコン酸化膜（以降、酸化膜と略記する）４上まで張り出して覆うフィールドプレート構造とを有している。この耐圧構造により、前記ショットキーバリア接合部５の周辺部における電界強度を緩和して高耐圧化を図るようにしている。前記バリア金属１０ａとしては、モリブデンやニッケルが一般的に使われている。しかし、近年はいっそうの高耐圧化（耐圧クラス、１００〜２００Ｖ）や漏れ電流の低減化の要請から、従来のモリブデンやニッケルよりショットキーバリア高さ（Φｂ：仕事関数）の大きなバリア金属材料が求められている。そのようなバリア金属材料として、白金が注目されている。

しかし、白金は、酸化膜との密着性が非常に悪い金属である。そのため、前記図５のような構成で、バリア金属に白金を用いた上部金属電極構成にすると酸化膜４とこの酸化膜４を覆うバリア金属（白金）１０ａ間の剥離が非常に生じやすくなる。白金と同様な貴金属メタルであるパラジウムでも同様な現象が起きる。このＳＢＤ構造における酸化膜４上の白金層の剥離は、現在、バリア金属１０ａとして最も実用的に使われているモリブデンを用いた場合でも、酸化膜とモリブデン層間での剥がれによる歩留まり低下が問題となっている。酸化膜４上を覆うバリア金属１０ａの剥がれは、外観不良や剥がれ電極によるショート不良、耐圧不安定化等の初期不良だけでなく、他に、耐湿性劣化等の長期的な信頼性問題を引き起こす可能性があり、製造上の解決すべき重要な課題となっている。

前述の酸化膜上のバリア金属の剥がれの問題は、酸化膜とバリア金属間にポリシリコン等の半導体層を介在させる方法により解消する方法が提案されている（特許文献１、２、３）。同じ問題に対して、バリア金属を、主電流の流れる活性領域、すなわち、ショットキー接合部のみに形成し、このバリア金属の上層には酸化膜との密着性の良いアルミニウム膜等を被着して積層させ、酸化膜上にはアルミニウム膜を直接被覆して接触させることにより前記問題を解消する方法が提案されている（特許文献４、５、６）。さらに、白金をバリア金属とするショットキーバリアダイオード自体は既に公知技術化されている（特許文献７、８）。

特開昭６１−２３４０４７号公報 特開昭６１−２４０６７９号公報 特開昭６１−２８５７６３号公報 特開平１−１９６８６６号公報 特開平１０−３２１８８０号公報 特開２００３−１７７１３号公報 登録特許第３９８３６８９号 登録特許第３９５７７３６号

しかしながら、前記特許文献１、２、３に対しては、半導体製造工程の増加やポリシリコン等の堆積装置が必要となるので、コスト上昇という問題が付随的に発生する。よって、このコスト上昇を抑えるとともに、既存の製造工程、製造装置によっても、前述の酸化膜と、この酸化膜上を覆うバリア金属１０ａ間の剥がれ問題の解決に対応できる構造とすることが望ましい。さらに、前記特許文献４、５、６に対しては、バリア金属として高耐圧化のため、特に白金を必要とする場合は、白金上にアルミニウムを被着して接触させると、白金がアルミニウムと反応し化合物を形成してバリア金属としての特性を劣化させるため、白金層上に直接アルミニウムを積層させることはできないという問題がある。またさらに、白金をバリア金属として用いる前記特許文献７、８では、バリア金属としての白金層上に接触する金属層であって、酸化膜と接する金属層としてモリブデンを用いている。このモリブデンも酸化膜との密着性は必ずしもよいとは言えないので、密着性不良が多発する惧れがある。

本発明は、以上述べた点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、ショットキーバリア金属として白金を用いた場合でも、酸化膜に接触して覆う金属層の剥がれを抑制することのできるショットキーバリアダイオードを提供することである。

特許請求の範囲に記載の発明によれば、
一導電型低抵抗半導体基板上に積層される同導電型の高抵抗半導体層の表面に、ショットキーバリア電極と、該ショットキーバリア電極を前記表面上で取り巻くように配置される環状酸化膜とを備え、
前記ショットキーバリア電極上に積層される中間金属層が前記環状酸化膜の表面の一部にまで延在して接する構成を有し、
該中間金属層上には外部端子との接続用の上層金属電極層を備えるショットキーバリアダイオードにおいて、
前記ショットキーバリア電極が白金または白金シリサイド層であって、
前記中間金属層が、酸化物の生成熱が酸化チタンの生成熱以下という物性を有する遷移金属を主成分とする層であり、
前記環状酸化膜の内周端部の断面が、前記半導体基板表面側で傾きが一定の第１表面部と、該第１表面部の上部に位置し前記環状酸化膜の表面に達する第２表面部と、を少なくとも有し、
前記半導体基板表面に対する前記第１表面部表面の傾斜角が、前記半導体基板表面に対する前記第２表面部表面の傾斜角よりも小さく、
前記第２表面部表面の傾斜角は、前記半導体基板表面に対して９０度以下であるショットキーバリアダイオードとすることにより、前記本発明の目的は達成される。
前記第１表面部の斜面に沿った長さは、前記第２表面部の斜面に沿った長さよりも長くてもよい。

前記中間金属層がバナジウム、クロム、ジルコニウムおよびタンタルから選ばれるいずれかの金属を少なくとも主成分とする層であってもよい。
前記外部端子との接続用の上層金属電極層が、アルミニウムを主成分とする外部端子接続用金属層であってもよい。前記中間金属層用として選ばれる前記金属はアルミニウムの拡散防止層および酸化膜との密着性確保という機能も有する。

前記外部端子との接続用の上層金属電極層が、ニッケル−金を主成分とする外部端子接続用金属層であってもよい。

前記ショットキーバリア電極の外周辺部と前記環状酸化膜の内周辺部とが下面で接触する部分に沿った前記高抵抗半導体層の表層に、他導電型の環状のガードリング領域を備えてもよい。該ガードリング領域はショットキーバリア接合の周辺における電界を緩和する目的があるので、設けることが望ましい。

請求項に記載のショットキーバリアダイオードの製造方法であって、
前記環状酸化膜を形成する工程と、
その後、該環状酸化膜表面への、プラズマ照射エッチングまたはイオン注入工程と、
その後、フッ酸によるウェットエッチングによる窓開け工程と、
を少なくとも有し、
前記プラズマ照射エッチングまたはイオン注入工程と、前記窓開け工程とにより、前記半導体基板表面に対する前記第１表面部表面の傾斜角を、前記半導体基板表面に対する前記第２表面部表面の傾斜角よりも小さくするとともに、
前記第２表面部表面の傾斜角を、前記半導体基板表面に対して９０度以下とするショットキーバリアダイオードの製造方法とする。
一般的に半導体素子の上部側の金属電極層には、外部端子として、ワイヤボンディング等によりリードワイヤを接続させる場合は、金属電極層の最上層にはアルミニウム層またはアルミニウム合金層を必要とする。また、半田接続させる場合はアルミニウム−ニッケル−金などの積層膜が用いられる。しかし、ショットキーバリア金属として用いられる白金は、アルミニウムと接した場合に、アルミニウムと容易に合金化し、Ａｌ−Ｐｔ−Ｓｉ（アルミニウム−白金−シリコン）三元化合物を形成してショットキーバリア特性を劣化させる。よって、ワイヤボンディングや半田付けによって外部端子を接続させるために必要な上層金属電極層として、アルミニウム層を直接前記白金層上に接触させるように積層すると、アルミニウム層は酸化膜との密着は良いものの、前述のようにショットキーバリア特性を劣化させるので好ましくない。

一方、白金は酸化膜との密着性が非常に悪いので、白金をショットキーバリア電極として用いる場合は、ショットキーバリア電極を取り巻く環状酸化膜上に被着された白金を除去した後、さらに外部端子との接続用の上層金属電極層を積層する必要がある。
そこで、本発明では、白金層と上層金属電極層との間にバナジウム、クロム、ジルコニウムおよびタンタルから選ばれるいずれかの金属を少なくとも主成分として含む中間金属層を少なくとも一層は挟む構成とする。一般的に拡散防止するための金属としては、遷移金属が有効である。さらに、中間金属層には酸化膜との密着性良好という性質も必要とする。そこで、酸化膜と中間金属層との密着性に関して、金属酸化物の生成熱の大きさを基準として取り入れた。実験結果から、中間金属層が、その酸化物の生成熱が酸化チタンの生成熱以下という性質を有すると、酸化膜との密着性が良好で、酸化膜上に接触させた中間金属層が剥がれ難いことが分かり、本発明がなされた。

本発明によれば、ショットキーバリア金属として白金を用いた場合でも、酸化膜に接触して覆う金属層の剥がれを抑制することのできる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。

本発明の実施例１にかかるＳＢＤの断面図である。 本発明の実施例１にかかるＳＢＤの主要な製造工程を順に並べた断面図である。 本発明の実施例２にかかるＳＢＤの断面図である。 本発明の実施例２にかかるＳＢＤの主要な製造工程を順に並べた断面図である。 従来のＳＢＤの断面図である。 本発明の実施例３にかかるＳＢＤの断面図である。 本発明の実施例３にかかるＳＢＤの主要な製造工程を順に並べた断面図である。 本発明の実施例３にかかるＳＢＤの表面酸化膜と金属膜に掛かる応力を示す応力分析図であり、（ａ）、（ｂ）は応力計算のための金属材料の物理定数を示す表図である。 本発明の実施例３にかかるＳＢＤの環状酸化膜の内周上端部の形状を説明するための部分拡大断面図であり、（ａ）は好ましくない断面形状、（ｂ）は本発明による断面形状をそれぞれ示す。

以下、本発明のＳＢＤについて、図面を参照して詳細に説明する。本発明はその要旨を超えない限り、以下に説明する実施例の記載に限定されるものではない。
図１、図２は本発明の実施例１にかかるＳＢＤの断面図およびその主要な製造工程を順に並べた断面図である。図３、図４は本発明の実施例２にかかるＳＢＤの断面図およびその主要な製造工程を順に並べた断面図である。図６、図７は本発明の実施例３にかかるＳＢＤの断面図およびその主要な製造工程を順に並べた断面図である。図８は実施例３にかかるＳＢＤの表面酸化膜と金属膜に掛かる応力を示す応力分析図であり、（ａ）、（ｂ）は応力計算のための金属材料の物理定数を示す表図である。図９は、環状酸化膜の内周上端部の形状を説明するための部分拡大断面図であり、（ａ）は好ましくない断面形状、（ｂ）は本発明による断面形状をそれぞれ示す。

図１および図２を参照して、本発明の実施例１にかかるＳＢＤおよびその主要な製造工程について、詳細に説明する。
一導電型をｎ型とし、砒素ドープのｎ⁺型低抵抗のシリコン基板１（不純物濃度ｎ＝２×１０¹⁹ｃｍ^-3、厚さｔ＝３００μｍ）上に、リンドープのｎ^-型高抵抗シリコン層２（不純物濃度ｎ＝２×１０¹⁴ｃｍ^-3、厚さｔ＝２０μｍ）をエピタキシャル成長により堆積させた後（図２（ａ））、ｎ^-型高抵抗シリコン層２の表面に熱酸化膜（図示せず）を１μｍの厚さに形成する。その後、フォトエッチング工程で、半導体チップの外周付近の酸化膜にリング状の開口部を形成し、ボロンを加速電圧４５ｋｅＶ、ドーズ量１×１０¹³ｃｍ^-2でイオン注入する。その後、拡散炉で１１００℃／１時間で熱処理を実施し、約１．５μｍ深さのｐ型ガードリング領域３を形成する（図２（ｂ））。

その後、フォトエッチング工程で、ショットキーバリア接合部を形成するために、再度形成した酸化膜を環状酸化膜４に窓明けしてショットキーコンタクト領域６を形成する（図２（ｃ））。次に真空蒸着装置において、真空度５×１０^-4Ｐａ、基板温度２００℃において、ショットキーバリア金属（バリア金属）１０ｂとして、白金層９を厚さ０．０４μｍに形成する（図２（ｄ））。その後、白金層９を熱王水で除去すると、環状酸化膜４上の白金層９は完全に除去され、ショットキーコンタクト領域６内には、蒸着時の熱履歴によって形成された０．０２μｍ程度の白金シリサイド層１０が残る（図２（ｅ））。このように熱王水による白金層９の除去方法によれば、フォトエッチング工程を経ることなく、バリア金属１０ｂとなる白金シリサイド層１０のみを残して、環状酸化膜４上から剥がれ易い白金層９を除去することができるので好ましい。また、フォトエッチングにより環状酸化膜４上の白金層９のみを除去する方法を用いてもよい。また、前述の熱王水による白金層９の除去の際に、前記白金シリサイド層１０の上には白金層９が残っていてもよい。

さらにこの白金シリサイド層１０上に中間金属層１１として、バナジウム層１１と、リード線のワイヤボンディング接続用上層金属電極層１２としてのアルミニウム層１２とを連続蒸着する。バナジウム層１１は厚さ０．２μｍ、アルミニウム層１２は厚さ５μｍの設定とし、バナジウム層１１は基板温度２９０℃で、アルミニウム層１２は基板温度１５０℃でそれぞれ蒸着する。その後、フォトエッチング工程において、環状酸化膜４上の内周側表面を覆う前記バナジウム層１１とアルミニウム層１２を残して、それらの積層金属層より外周側の半導体チップ周辺部の積層金属層を除去する（図２（ｆ））。さらに、ウエハ（以降、ウエハとはシリコン基板１、２に加工が加えられた全体の基板を言う）裏面にもオーミック電極２１として、チタン−ニッケル−金からなる裏面電極２１をそれぞれ０．２μｍ−０．７μｍ−０．１５μｍの厚さで順次蒸着により形成する（図２（ｇ））。

以上説明した金属電極構成によれば、環状酸化膜４とメタル層（バナジウム層１１）間の剥がれは無く、また、バナジウム層１１はアルミニウム層１２の白金層９または白金シリサイド層１０への拡散防止層としても十分な機能を持つため、アルミニウム層１２が、バリア金属１０ｂとなる白金シリサイド層１０に拡散してショットキーバリア特性を変質させることもなく、安定なＳＢＤを製造できることが分かった。さらにこの実施例１では、環状酸化膜４の表面に密着性よく接触する中間金属層１１の金属としてバナジウム層１１を用いたが、バナジウムだけでなく、クロム、ジルコニウム、タンタルまたはそれらの複合層に変えた場合でも問題がないことも確認した。

以上、実施例１で説明した上部側の金属電極層についてまとめると、基板側から、
バリア金属１０ｂ層：白金９および、または白金シリサイド層１０と、
中間金属層１１：ジルコニウム、バナジウム、タンタル、クロムのうち、少なくとも一層と、
外部端子との接続用の上層金属電極層１２：アルミニウム層となる。 次に、環状酸化膜４と中間金属層（特に最下層の遷移金属層）１１との密着性について、考察する。一般的に酸化膜と金属層の密着性に関しては、金属酸化物の生成熱が指標となるとされている。酸化膜上に金属層を積層させたときに、金属酸化物の生成熱が低いほどＳｉＯ₂を還元しやすくなる。その結果、イオン性を帯びた結合になるため密着性が高くなると考えられる。

表１に、実用的な遷移金属の生成熱を示す（生成熱の小さいメタル順で表示）。

実験によれば、図５に示す従来構造のＳＢＤでは、モリブデン、タングステンまたはチタンのいずれかをバリア金属１０ａに用い、このバリア金属１０ａ層の上にアルミニウム層１２を積層させた場合、具体的には、モリブデン／アルミニウムの積層電極構造とした場合には、酸化膜と前記積層電極構造間では剥がれが発生する。またタングステン／アルミニウムやチタン／アルミニウムでもモリブデンほど顕著ではないが同様に剥がれが発生することが分かった。

遷移金属の酸化物生成熱を示す前記表１から、酸化物生成熱がモリブデン、タングステン、チタンより小さい金属は、ジルコニウム、クロム、バナジウム、タンタルとなる。前述の実験結果をさらに詳細に調べるために、図５に示す従来構造のＳＢＤを用いて、バリア金属１０ａ層を白金、パラジウム、ニッケル、モリブデン、タングステン、チタン、クロム、バナジウムとして環状酸化膜４上にまでそれぞれ被覆させ、それらの上にアルミニウム層１２を積層したＳＢＤを８種類作製し環状酸化膜４上のメタル剥がれを調べた。その結果を表２に示す。

表２はウエハ工程終了後、外観検査で剥がれ数をカウントしその発生率を求めたものである。表２から白金、パラジウム、ニッケル、モリブデン、タングステン、チタンの６種類の場合は剥がれが発生し、クロム、バナジウムでは剥がれが発生しないことが分かる。以上表１、表２の実験結果から、白金層９または白金シリサイド層１０と環状酸化膜４との密着性および剥がれ性については、ジルコニウム以下の酸化膜生成熱を有する金属を酸化膜に接触させる構成が、有効性が高く、剥がれなどの不良問題を発生しないと結論付けた。

すなわち、酸化膜生成熱がチタンより小さいジルコニウム、クロム、バナジウム、タンタルの４種の遷移金属を、白金層９または白金シリサイド層１０の表面に接触する中間金属層１１の最下層に配置し、その上にアルミニウム層１２を配置することにより、白金層９へのアルミニウムの拡散を防止し、さらに環状酸化膜４への密着性も良いＳＢＤとすることができる。

図３および図４を参照して、本発明の実施例２にかかるＳＢＤおよびその主要な製造工程について、詳細に説明する。
実施例２は上部側の金属電極の層構成は実施例１と同じであるが、バリア金属１０ｂの形成方法が異なる例である。実施例１と同様に、図３に示すように、バリア金属として白金を用い、中間金属層１１をバナジウム層とし、その上層のワイヤボンディング接続用金属層をアルミニウム層１２で構成する場合について説明する。前述の実施例１では、熱王水でメタルの白金層９をエッチング除去し、酸化膜開口部全面（ショットキーコンタクト領域）に白金シリサイド層１０を残す構成に対して、本実施例２では酸化膜開口部の白金層９を熱王水でエッチング除去せず、蒸着で形成したまま（白金層９の、シリコン層との界面には白金シリサイド層１０を備えている）の層となっていることである。主要な製造工程順に並べた図４では、図４（ａ）〜図４（ｃ）までは前記実施例１と同じである。図４（ｄ）で、単層の白金層９を０．０４μｍの厚さに基板温度２００℃で蒸着後、フォトエッチングにより、主電流の流れる活性領域となる素子中央部をレジストで覆ってマスクとし、レジスト被覆部以外の素子周辺部の白金を熱王水でエッチング除去する。また、白金蒸着時の基板温度は実施例１のような２００℃程度の白金シリサイド層１０が蒸着中形成される温度である必要はなく、シリサイド化が進行しない室温のような低温でもかまわない。しかし、その場合は図４（ｄ）終了後、２００℃〜３００℃程度の熱処理が必要である。白金層９はガードリング領域３上へかけて覆っているので、ショットキーバリアとしての特性は実施例１と同じである。実施例２では、白金層９と酸化膜４との間に隙間がある。この隙間でガードリング領域３上と酸化膜４へ中間金属層１１が被着し、中間金属１１の被着する面積が実施例１よりも増加し、密着性が高まっている。中間金属層１１および外部端子との接続用の上層金属電極層１２および裏面電極２１の構成およびその形成方法（図４（ｅ）、図４（ｆ））に関しては、実施例１の図２（ｆ）、図２（ｇ）と同様である。実施例１と同様に、バリア金属１０ｂ、中間金属層１１および外部端子との接続用の上層金属電極層１２の構成は以下のような電極構成となる。

バリア金属１０ｂ：白金層９とそのシリサイド層１０と、
中間金属層１１：ジルコニウム、バナジウム、タンタル、クロムのうち、少なくとも一層と、
外部端子との接続用の上層金属電極層１２：アルミニウム層となる。
さらに、前記実施例１、２において、メタル層の形成は真空蒸着で行ったが、スパッタリング等、他の製膜方法を採用することもできる。

以上述べたように、バリア金属１０ｂとして白金層９または白金シリサイド層１０を用いたＳＢＤにおいて、実施例１または２に記載の中間金属層１１および外部端子との接続用の上層金属電極層１２を備える構成にすることにより、環状酸化膜４との密着性不良によるメタル剥がれが防止できる。さらに、この構成によれば、白金層９または白金シリサイド層１０とアルミニウム層１２との直接接触による化合物形成に起因する特性不良を防止して安定な素子特性を実現することができる。

図６および図７を参照して、本発明の実施例３にかかるＳＢＤおよびその主要な製造工程について、詳細に説明する。前記実施例１、２ではワイヤボンディング接続用の上層金属電極層（アルミニウム層）を有するＳＢＤについて説明したが、実施例３では半田接合組立用の上層金属電極層を有するＳＢＤの例について説明する。しかし、白金シリサイド形成後に中間金属層としてバナジウムを形成し、その上層に、前記アルミニウム層に加えて、さらに半田接合組立を可能にする金属層であるニッケル／金層を形成し、半田組立を実施したところ、半田組立後のＳＢＤの不良率が大幅に増加するという問題が発生した。不良品調査の結果、ＳＢＤのガードリング近傍で酸化膜クラック等のダメージがあることが判明し、次のような課題が生じた。

前記酸化膜クラック等のダメージは、酸化膜内または酸化膜／シリコン界面に被覆される金属電極層（Ｖ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ）および半田による応力が原因と考えられる。すなわち、半田や前記金属電極層の熱応力が酸化膜に局部的に作用し、酸化膜クラック等のダメージが発生したため、半田組立時の素子特性不良に至ったと考えられる。この場合、バナジウム等の金属電極層を用いて酸化膜との密着を向上させると、酸化膜に対する局部的応力の影響は反って顕著になることも判明した。その理由として、酸化膜の内周上端部で、酸化膜の鋭角部、先鋭部が形成されていると、メタルカバレージ不良部が生じ易くなることに加えて、さらに酸化膜とバナジウムとの密着性が優れていると、反って、酸化膜とバナジウムとの接触が無い前記酸化膜の内周上端部の部分に応力が集中し易くなりクラックの発生に至るためと考えられる。

そこで、実施例３にかかるＳＢＤでは、前述した半田組立時の素子特性不良を改善するという課題を解決するために、まず、耐圧向上のためにバリア金属が白金またはそのシリサイド層を備える。このバリア金属上に、酸化膜との密着性を改善するために、酸化膜と接するメタル層を、チタン、バナジウム、クロム、ジルコニウム、またはタンタルとする中間金属層を形成する。さらにこの中間金属層の上に積層される上層金属電極層をニッケル、金の電極構成としてアルミニウム層を除いた構成とすることにより、外部端子と半田組立時の素子特性不良の低減を可能にする。すなわち、上層金属電極層として、線膨張係数が大きくて酸化膜に及ぼす応力の主要因となって特性劣化をもたらす惧れが高い、アルミニウム層を除くことにより、酸化膜に及ぼす応力の大きさを低減する。さらに、酸化膜の内周上端部の断面形状が鈍角となるようなエッジ形状とする構成としたのである。以下、この実施例３にかかるＳＢＤについて、詳細に説明する。

図６に本発明の実施例３にかかるＳＢＤチップの断面図を示す。図７は実施例３のＳＢＤチップの主要な製造工程を説明するための断面図である。
一導電型をｎ型とする。砒素ドープのｎ⁺型シリコン基板１（不純物濃度：ｎ＝２×１０¹⁹ｃｍ^-3、厚さｔ＝３００μｍ）上に、リンドープのｎ^-型シリコン層（以降、ｎ^-層）２（ｎ＝２×１０¹⁴ｃｍ^-3、厚さｔ＝２０μｍ）を形成した後（図７（ａ））、ｎ^-層２表面に熱酸化膜（図示せず）を１μｍ厚形成する。その後フォトリソグラフィ工程で外周付近にリング状のレジストパターンを形成後、リング状に開口する。

残った酸化膜をマスクにして、ボロンを加速電圧４５ｋｅＶ、ドーズ量１×１０¹³ｃｍ^-2でイオン注入する。その後、拡散炉で１１００℃／１時間で熱処理を実施し、約１．５μｍ深さのガードリング３を形成する（図７（ｂ））。その後、前記熱処理で形成された酸化膜上にフォトリソグラフィ工程により、チップの最外周部にリング状の開口部を有するレジストパターンを形成後、酸化膜をエッチングして窓開けする。レジスト除去後にオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ₃）を用いて表面にリンを気相拡散する。その後の熱処理（１０５０℃／１時間）でｎ⁺領域７を形成する。このｎ⁺領域７はチャネルストッパーとしての機能を有する。この工程において酸化膜４ａ表面にも高濃度にリンがドープされている。この後、酸化膜４ａ表面をプラズマ処理（プラズマエッチャー３００Ｗ２０秒）する（図７（ｃ））。その後、フォトリソグラフィ工程およびフォトエッチングで、ショットキー接合を形成する領域上の酸化膜４ａを窓明けして環状酸化膜４とし、ショットキーコンタクト領域６を形成する（図７（ｄ））。このように、酸化膜４ａの表面にプラズマ処理を加えることによる結果、酸化膜４ａのエッチング後の環状酸化膜４の内周上端部の断面形状を図９の（ｂ）の部分拡大断面図の破線丸印内に示すように、９０度以上の鈍角とすることができる。前述のプラズマ処理については、さらに酸化膜４ａ表面へのイオン注入によっても前述のように９０度以上の鈍角とすることができる。図９の（ａ）は従来のように、イオン注入処理またはプラズマ処理をせずに酸化膜４ａを窓明けエッチングして環状酸化膜４を形成した時の部分拡大断面図である。

次に真空蒸着装置において、真空度５×１０^-4Ｐａ、基板温度２００℃において、バリア金属層１０として、白金層を０．０５μｍ形成する。フォトリソグラフィ工程において、ショットキー接触領域をレジストで覆い、レジスト被覆部以外の白金を熱王水でエッチング除去する（図７（ｅ））。レジスト除去、さらにＨＦ前処理後、この白金上に中間金属層１１としてバナジウムおよび上層金属電極層１２としてニッケル、金を連続蒸着する。バナジウムは厚さ０．１μｍ、ニッケルは厚さ０．７μｍ、金は厚さ０．１５μｍに設定とし、バナジウムは基板温度２００℃で、ニッケル、金は基板温度１５０℃で蒸着する。その後、フォトエッチング工程において、チップ周辺部の環状酸化膜４上の上層金属電極層１２のうち、内周部表面を除いて、その外側の中間金属層１１と上層金属電極層１２を除去する（図７（ｆ））。さらにウエハの裏面にも全面にオーミック電極２１として、チタン−ニッケル−金を形成する（図７（ｇ））。

以上説明した実施例３において、中間金属層１１としてのバナジウムに代えて、クロム、ジルコニウム、タンタルとすることもできる。また、前述の製造工程において、蒸着時の基板温度は２００℃としたが、これは蒸着中にシリサイドが形成されることを意図したものである。シリサイド化が進行しない室温のような低温でもかまわないが、その場合は図７（ｄ）終了後、２００℃程度の熱処理が必要である。さらに、前記実施例１〜３の説明では、金属層の形成は真空蒸着で行ったが、スパッタリング等他の製膜方法とすることもできる。

図８の（ｃ）に金属／酸化膜界面での水平方向の応力分布計算結果を示す。簡単化のために環状酸化膜上にバナジウム／ニッケル／金を形成した場合と、バナジウム／アルミニウム／ニッケル／金を形成した場合を計算した。計算に用いたパラメータも図８の（ａ）、（ｂ）に示した。ヤング率等のパラメータは、バルクの値を用いたが、アルミニウム層の有り無しでの相対比較は十分可能と考えられる。金属電極層の内周端部（図（ｃ）中のＡ付近）で、大きな応力変化（＋側応力と−側応力の差、図中にΔσｘｘとして矢印で図示）を示す。このΔσｘｘが、組立時に環状酸化膜への応力の集中に対応する応力と考えられる。この結果では、アルミニウム層を入れた方の構造（Ｖ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ）のΔσｘｘが、アルミニウム層を入れない方の構造（Ｖ／Ｎｉ／Ａｕ）の２倍以上の大きさであることを示している。

この計算例では、第１層目に中間金属層としてバナジウムを用いたが、他の中間金属層を用いてもアルミニウム有り無しの効果は同様に現れる。従って、環状酸化膜に対する熱応力の緩和には、前記金属電極層にアルミ二ウム層を入れない構造にすることが効果的と考えられる。
また、環状酸化膜４のメタルカバレージ形状不良の発生原因である環状酸化膜内周上端部の形状について説明する。環状酸化膜４の内周上端部のテーパー角度が９０度未満または逆テーパーであれば環状酸化膜上に堆積するメタルのカバレージ形状は悪化し、鬆状の領域が環状酸化膜４の内周上端部から表面までつながる可能性がある。特にチャネルストッパーであるｎ⁺領域７の形成工程により、酸化膜表面にリンがドープされた場合にウエットエッチングで酸化膜４ａを窓明けエッチングして環状酸化膜４を形成する場合は、リンドープにより酸化膜のエッチングレートが変化し、前述のメタルのカバレージ悪化現象が顕著に現れる内周上端部の形状になり易いようである。そこで、窓明けエッチング工程前の酸化膜４ａ表面にプラズマまたはイオン注入で表面にダメージを入れて、酸化膜表面のエッチングレートを上げると、窓明けエッチング後の環状酸化膜４の内周上端部でのテーパーを鈍角にできることが分った。

たとえば、窓明けエッチング前の酸化膜４ａ（図７（ｃ））に、ＣＦ₄＋ＣＣｌ₄混合ガス、パワー３００Ｗのプラズマ中で２０秒間のプラズマ処理を行い、その後、フッ酸によるウエットエッチングによる窓明けを行って環状酸化膜４とし、ショットキーバリアコンタクト領域６を形成した（図７（ｄ））。図９に、その場合の環状酸化膜４の断面のテーパー形状の拡大断面を前記プラズマ処理の有無比較（図９（ａ）、（ｂ））で示す。図９（ａ）はプラズマ処理なし、図９（ｂ）はプラズマ処理ありの断面図である。このような方法で、酸化膜上端部のエッチングエッジ形状を制御した場合、カバレージ不良は発生しない。この場合、ガス種、パワーや時間などによりテーパー角度への効果はやや差が出るものの、未処理品に対しては明らかにカバレージ形状改善効果が認められる。

以上の説明ではプラズマエッチングでの場合で説明したが、イオン注入でも同様な効果がある。リンを加速電圧４５ｋｅｖ、ドーズ量１×１０¹⁴で酸化膜表面にイオン注入した場合、図９（ｂ）とほぼ同様な鈍角の酸化膜上端部テーパー角を持つ断面形状が得られた。この場合も加速電圧、ドーズ量、イオン種によらず効果は認められるが加速電圧が大きい（たとえば１００ｋｅｖ程度）と、酸化膜内部までダメージが入りテーパー角を寝かせる効果は少なくなる。

以上の手段を用いて製造したＳＢＤの構造を図６の断面図に示す。バリアメタル層１０は白金または白金シリサイド層であり、中間金属層１１は（チタン、バナジウム、クロム、ジルコニウム、またはタンタル）および上層金属電極層１２はニッケル／金層で構成される。また環状酸化膜４の内周上端部は、プラズマ処理等により鈍角のテーパーとなりメタルカバレージは良好である。

１： 低抵抗ｎ⁺型シリコン基板
２： 高抵抗ｎ^-型シリコン層、エピタキシャルシリコン層
３： ガードリング領域
４： 酸化膜
５： ショットキーバリア接合部
６： ショットキーコンタクト領域
７： ｎ⁺領域
９： 白金層
１０： 白金シリサイド層
１０ａ：バリア金属
１０ｂ：バリア金属
１１： 中間金属層
１２： 上層金属電極層
２１： 裏面電極

Claims (7)

1. 一導電型低抵抗半導体基板上に積層される同導電型の高抵抗半導体層の表面に、ショットキーバリア電極と、該ショットキーバリア電極を前記表面上で取り巻くように配置される環状酸化膜とを備え、
   前記ショットキーバリア電極上に積層される中間金属層が前記環状酸化膜の表面の一部にまで延在して接する構成を有し、
   該中間金属層上には外部端子との接続用の上層金属電極層を備えるショットキーバリアダイオードにおいて、
   前記ショットキーバリア電極が白金または白金シリサイド層であって、
   前記中間金属層が、酸化物の生成熱が酸化チタンの生成熱以下という物性を有する遷移金属を主成分とする層であり、
   前記環状酸化膜の内周端部の断面が、前記半導体基板表面側で傾きが一定の第１表面部と、該第１表面部の上部に位置し前記環状酸化膜の表面に達する第２表面部と、を少なくとも有し、
   前記半導体基板表面に対する前記第１表面部の傾斜角が、前記半導体基板表面に対する前記第２表面部の傾斜角よりも小さく、
   前記第２表面部の傾斜角は、前記半導体基板表面に対して９０度以下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. 前記第１表面部の斜面に沿った長さは、前記第２表面部の斜面に沿った長さよりも長い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. 前記中間金属層がバナジウム、クロム、ジルコニウムおよびタンタルから選ばれるいずれかの金属を少なくとも主成分とする層であることを特徴とする請求項１または２に記載のショットキーバリアダイオード。
4. 前記外部端子との接続用の上層金属電極層が、アルミニウムを主成分とする外部端子接続用金属層であ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。
5. 前記外部端子との接続用の上層金属電極層が、ニッケル−金を主成分とする外部端子接続用金属層であ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。
6. 前記ショットキーバリア電極の外周辺部と前記環状酸化膜の内周辺部とが下面で接触する部分に沿った前記高抵抗半導体層の表層に、他導電型の環状のガードリング領域を備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のショットキーバリアダイオード。
7. 請求項１に記載のショットキーバリアダイオードの製造方法であって、
   前記環状酸化膜を形成する工程と、
   その後、該環状酸化膜表面への、プラズマ照射エッチングまたはイオン注入工程と、
   その後、フッ酸によるウェットエッチングによる窓開け工程と、
   を少なくとも有し、
   前記プラズマ照射エッチングまたはイオン注入工程と、前記窓開け工程とにより、前記半導体基板表面に対する前記第１表面部表面の傾斜角を、前記半導体基板表面に対する前記第２表面部表面の傾斜角よりも小さくするとともに、
   前記第２表面部表面の傾斜角を、前記半導体基板表面に対して９０度以下と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。