JP6179445B2 - Vertical Schottky Barrier Diode, Manufacturing Method for Vertical Schottky Barrier Diode - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device.
半導体装置(半導体デバイス、半導体素子)として、窒化ガリウム(GaN)から主に形成される1つ以上の半導体層を備えるGaN系の半導体装置が知られている。GaN系の半導体装置には、ショットキーバリアダイオード(Schottky Barrier Diode:SBD)として機能するものがある(例えば、特許文献1)。 As a semiconductor device (semiconductor device, semiconductor element), a GaN-based semiconductor device including one or more semiconductor layers mainly formed from gallium nitride (GaN) is known. Some GaN-based semiconductor devices function as Schottky Barrier Diodes (SBDs) (for example, Patent Document 1).
GaN基板を用いた縦型ショットキーバリアダイオードでは、ショットキー電極と絶縁層とが容易に剥離する問題を回避することを目的として、例えば、特許文献1の技術が開示されている。 In a vertical Schottky barrier diode using a GaN substrate, for example, the technique of Patent Document 1 is disclosed for the purpose of avoiding a problem that the Schottky electrode and the insulating layer are easily separated.
図12は、特許文献1のショットキーバリアダイオード900を示す図である。特許文献1において、ショットキーバリアダイオード900は、ショットキー電極5に隣接するように絶縁層4を形成し、ショットキー電極5と接続され、絶縁層4上に接触する電極7を備える。
FIG. 12 is a diagram showing a
しかし、特許文献1に記載の構造が実際に作製された場合、ショットキー電極5と絶縁層4とが容易に剥離する問題を回避するものの、ショットキー電極5と絶縁層4との隙間に電極7が入り込み電極7と半導体層3とが接触する結果、リーク電流が増加し、耐圧が低下するという課題があった。
However, when the structure described in Patent Document 1 is actually fabricated, the electrode in the gap between the
このため、上記の方法とは異なったショットキー電極と絶縁層とが容易に剥離する問題を改善する方法が望まれていた。そのほか、半導体装置においては、低コスト化、微細化、製造の容易化、省資源化、使い勝手の向上、耐久性の向上などが望まれていた。 For this reason, a method for improving the problem that the Schottky electrode and the insulating layer easily separate from the above method has been desired. In addition, for semiconductor devices, there have been demands for cost reduction, miniaturization, ease of manufacture, resource saving, improved usability, and improved durability.
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
本発明の第1の形態は、
縦型ショットキーバリアダイオードであって、
半導体により形成される半導体層と、
電気絶縁性を有し、前記半導体層の一部を覆う絶縁層と、
前記半導体層にショットキー接合するよう形成され、仕事関数から前記半導体層の電子親和力を差し引いた値が0.5eV以上であり、前記絶縁層の表面まで延伸することによりフィールドプレート構造を形成するショットキー電極と、
前記ショットキー電極の外周端部を覆い、かつ、前記ショットキー電極の外周端部に接する前記絶縁層の表面と接続され、前記ショットキー電極より抵抗が小さい配線層と、
を含み、
前記ショットキー電極の端部と前記配線層の端部との距離は3μm以上1mm以下である、縦型ショットキーバリアダイオードである。
本発明の第2の形態は、
ショットキー電極をフィールドプレート電極として備えた縦型ショットキーバリアダイオードの製造方法であって、
半導体層を形成する工程と、
電気絶縁性を有し、前記半導体層の一部を覆う絶縁層を形成する工程と、
前記半導体層にショットキー接合するよう形成され、仕事関数から前記半導体層の電子親和力を差し引いた値が0.5eV以上である工程と、
ショットキー電極の外周端部を覆い、かつ、前記ショットキー電極の外周端部に接する前記絶縁層の表面と接続され、前記ショットキー電極より抵抗が小さい配線層を形成する工程と、
前記ショットキー電極を形成後に、窒素雰囲気において熱処理を行う工程と、
を含み、
前記ショットキー電極の端部と前記配線層の端部との距離は3μm以上1mm以下である、縦型ショットキーバリアダイオードの製造方法である。また、本発明は以下の形態として実現することもできる。
SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms.
The first aspect of the present invention is:
A vertical Schottky barrier diode,
A semiconductor layer formed of a semiconductor;
An insulating layer having electrical insulation and covering a part of the semiconductor layer;
A shot that is formed so as to be Schottky bonded to the semiconductor layer, has a value obtained by subtracting the electron affinity of the semiconductor layer from a work function of 0.5 eV or more, and forms a field plate structure by extending to the surface of the insulating layer. A key electrode;
A wiring layer covering the outer peripheral end of the Schottky electrode and connected to the surface of the insulating layer in contact with the outer peripheral end of the Schottky electrode, and having a resistance lower than that of the Schottky electrode;
Including
In the vertical Schottky barrier diode, the distance between the end of the Schottky electrode and the end of the wiring layer is 3 μm or more and 1 mm or less.
The second aspect of the present invention is:
A method of manufacturing a vertical Schottky barrier diode comprising a Schottky electrode as a field plate electrode,
Forming a semiconductor layer;
Forming an insulating layer having electrical insulation and covering a part of the semiconductor layer;
A step wherein the formed to Schottky junction to the semiconductor layer, a value obtained by subtracting the electron affinity of the semiconductor layer from the work function of more than 0.5 eV,
Forming a wiring layer that covers an outer peripheral end of the Schottky electrode and is connected to a surface of the insulating layer in contact with the outer peripheral end of the Schottky electrode, and has a resistance lower than that of the Schottky electrode;
Performing a heat treatment in a nitrogen atmosphere after forming the Schottky electrode;
Including
In this method, the distance between the end of the Schottky electrode and the end of the wiring layer is 3 μm or more and 1 mm or less. The present invention can also be realized as the following forms.
(1)本発明の一形態によれば、半導体装置が提供される。この半導体装置は、半導体により形成される半導体層と、電気絶縁性を有し、前記半導体層の一部を覆う絶縁層と、前記半導体層に形成され、前記半導体層の電子親和力と0.5eV以上の仕事関数を有し、前記絶縁層の表面まで延伸することによりフィールドプレート構造を形成する第1の電極層と、前記第1の電極層を覆い、かつ、前記絶縁層の少なくとも一部を覆う第2の電極層と、を含む。この形態によれば、第2の電極層は、第1の電極層を覆い、かつ、絶縁層の少なくとも一部を覆い第1の電極層の周辺で絶縁層と接続されるため、第1の電極層と絶縁層とが容易に剥離するという問題を回避することができる。また、第1の電極層をフィールドプレート電極として備えることにより、第1の電極層と絶縁層との隙間に第2の電極層が入り込み半導体層と第2の電極層が接することを抑制することができる。このため、半導体層と第2の電極層が接することにより耐圧が低下するという問題を回避することができる。 (1) According to one aspect of the present invention, a semiconductor device is provided. The semiconductor device includes a semiconductor layer formed of a semiconductor, an insulating layer having electrical insulation and covering a part of the semiconductor layer, an electron affinity of the semiconductor layer, and 0.5 eV. A first electrode layer having the above work function and extending to the surface of the insulating layer to form a field plate structure; covers the first electrode layer; and at least a part of the insulating layer And covering a second electrode layer. According to this aspect, the second electrode layer covers the first electrode layer, covers at least a part of the insulating layer, and is connected to the insulating layer around the first electrode layer. The problem that the electrode layer and the insulating layer easily peel off can be avoided. In addition, by providing the first electrode layer as a field plate electrode, it is possible to suppress the second electrode layer from entering the gap between the first electrode layer and the insulating layer and contacting the semiconductor layer and the second electrode layer. Can do. For this reason, it is possible to avoid the problem that the withstand voltage decreases due to the contact between the semiconductor layer and the second electrode layer.
(2)上述の半導体装置において、前記第1の電極層の端部と前記第2の電極層の端部との距離は3μm以上であることが望ましい。こうすることで、第1の電極層が絶縁層から剥離することをより抑制することができる。 (2) In the semiconductor device described above, it is preferable that a distance between an end portion of the first electrode layer and an end portion of the second electrode layer is 3 μm or more. By doing so, the first electrode layer can be further prevented from peeling from the insulating layer.
(3)上述の半導体装置において、前記絶縁層は、前記絶縁層を貫通する開口部を有し、前記第1の電極層は、前記開口部において露出する前記半導体層を覆い、前記第1の電極層の端部と前記絶縁層の開口部の端部との距離は2μm以上であることが望ましい。こうすることで、第1の電極層と絶縁層との隙間に第2の電極層が入り込み半導体層と第2の電極層が接することをより抑制することができる。 (3) In the semiconductor device described above, the insulating layer has an opening that penetrates the insulating layer, the first electrode layer covers the semiconductor layer exposed in the opening, and the first layer The distance between the end of the electrode layer and the end of the opening of the insulating layer is preferably 2 μm or more. By doing so, it is possible to further suppress the second electrode layer from entering the gap between the first electrode layer and the insulating layer and contacting the semiconductor layer and the second electrode layer.
(4)上述の半導体装置において、前記第1の電極層は、ニッケルから形成されてもよい。 (4) In the semiconductor device described above, the first electrode layer may be formed of nickel.
(5)上述の半導体装置において、前記第1の電極層は、複数層から構成されてもよい。 (5) In the semiconductor device described above, the first electrode layer may be composed of a plurality of layers.
(6)上述の半導体装置において、前記半導体層と接する第1の電極層は、ニッケルから形成されてもよい。 (6) In the semiconductor device described above, the first electrode layer in contact with the semiconductor layer may be formed of nickel.
(7)上述の半導体装置において、前記第2の電極層は、前記第1の電極層側に第3の電極層を含んでもよい。 (7) In the semiconductor device described above, the second electrode layer may include a third electrode layer on the first electrode layer side.
(8)上述の半導体装置において、前記第3の電極層は複数層から構成されてもよい。 (8) In the semiconductor device described above, the third electrode layer may be composed of a plurality of layers.
(9)上述の半導体装置において、前記半導体層は、主に窒化ガリウムから形成されてもよい。 (9) In the semiconductor device described above, the semiconductor layer may be mainly formed of gallium nitride.
(10)本発明の他の形態によれば、半導体装置の製造方法が提供される。半導体装置の製造方法は、第1の電極層をフィールドプレート電極として備えた半導体装置の製造方法であって、半導体層を形成する工程と、電気絶縁性を有し、前記半導体層の一部を覆う絶縁層を形成する工程と、前記半導体層に、前記半導体層の電子親和力と0.5eV以上の仕事関数を有する第1の電極層を形成する工程と、前記第1の電極層を覆い、かつ、前記絶縁層の少なくとも一部を覆う第2の電極層を形成する工程と、を含む。この製造方法により製造された半導体装置によれば、第2の電極層は、第1の電極層を覆い、かつ、絶縁層の少なくとも一部を覆い第1の電極層の周辺で絶縁層と接続されるため、第1の電極層と絶縁層とが容易に剥離するという問題を回避することができる。また、第1の電極層をフィールドプレート電極として備えることにより、第1の電極層と絶縁層との隙間に第2の電極層が入り込み半導体層と第2の電極層が接することを抑制することができる。このため、半導体層と第2の電極層が接することにより耐圧が低下するという問題を回避することができる。 (10) According to another aspect of the present invention, a method for manufacturing a semiconductor device is provided. A method for manufacturing a semiconductor device is a method for manufacturing a semiconductor device including a first electrode layer as a field plate electrode, the method for forming a semiconductor layer, and having electrical insulation, and a part of the semiconductor layer is formed. A step of forming an insulating layer to cover, a step of forming a first electrode layer having an electron affinity of the semiconductor layer and a work function of 0.5 eV or more on the semiconductor layer, and covering the first electrode layer, And forming a second electrode layer covering at least a part of the insulating layer. According to the semiconductor device manufactured by this manufacturing method, the second electrode layer covers the first electrode layer and covers at least a part of the insulating layer and is connected to the insulating layer around the first electrode layer. Therefore, the problem that the first electrode layer and the insulating layer are easily separated can be avoided. In addition, by providing the first electrode layer as a field plate electrode, it is possible to suppress the second electrode layer from entering the gap between the first electrode layer and the insulating layer and contacting the semiconductor layer and the second electrode layer. Can do. For this reason, it is possible to avoid the problem that the withstand voltage decreases due to the contact between the semiconductor layer and the second electrode layer.
本発明は、半導体装置およびその製造方法以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、上述の半導体装置を備える電気機器、上述の半導体装置を製造する製造装置などの形態で実現することができる。 The present invention can be realized in various forms other than the semiconductor device and the manufacturing method thereof. For example, it is realizable with forms, such as an electric equipment provided with the above-mentioned semiconductor device, a manufacturing apparatus which manufactures the above-mentioned semiconductor device.
本願発明によれば、第2の電極層は、第1の電極層を覆い、かつ、絶縁層の少なくとも一部を覆い第1の電極層の周辺で絶縁層と接続されるため、第1の電極層と絶縁層とが容易に剥離するという問題を回避することができる。また、第1の電極層をフィールドプレート電極として備えることにより、第1の電極層と絶縁層との隙間に第2の電極層が入り込み半導体層と第2の電極層が接することを抑制することができる。このため、半導体層と第2の電極層が接することにより耐圧が低下するという問題を回避することができる。 According to the present invention, the second electrode layer covers the first electrode layer, covers at least part of the insulating layer, and is connected to the insulating layer around the first electrode layer. The problem that the electrode layer and the insulating layer easily peel off can be avoided. In addition, by providing the first electrode layer as a field plate electrode, it is possible to suppress the second electrode layer from entering the gap between the first electrode layer and the insulating layer and contacting the semiconductor layer and the second electrode layer. Can do. For this reason, it is possible to avoid the problem that the withstand voltage decreases due to the contact between the semiconductor layer and the second electrode layer.
A.第1実施形態:
A−1.半導体装置の構成:
図1は、第1実施形態における半導体装置10の構成を模式的に示す断面図である。図1には、相互に直交するXYZ軸が図示されている。
A. First embodiment:
A-1. Semiconductor device configuration:
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the
図1のXYZ軸のうち、X軸は、図1の紙面左から紙面右に向かう軸であり、+X軸方向は、紙面右に向かう方向であり、−X軸方向は、紙面左に向かう方向である。図1のXYZ軸のうち、Y軸は、図1の紙面手前から紙面奥に向かう軸であり、+Y軸方向は、紙面奥に向かう方向であり、−Y軸方向は、紙面手前に向かう方向である。図1のXYZ軸のうち、Z軸は、図1の紙面下から紙面上に向かう軸であり、+Z軸方向は、紙面上に向かう方向であり、−Z軸方向は、紙面下に向かう方向である。 Of the XYZ axes in FIG. 1, the X axis is an axis from the left side of FIG. 1 toward the right side of the page, the + X axis direction is a direction toward the right side of the page, and the −X axis direction is a direction toward the left side of the page. It is. Of the XYZ axes in FIG. 1, the Y axis is an axis from the front of the paper to the back of the paper in FIG. 1, the + Y axis direction is a direction toward the back of the paper, and the −Y axis direction is a direction toward the front of the paper. It is. Among the XYZ axes in FIG. 1, the Z axis is an axis that goes from the bottom of FIG. 1 to the top of the paper, the + Z axis direction is a direction that goes on the paper, and the −Z axis direction is a direction that goes down the paper. It is.
半導体装置10は、窒化ガリウム(GaN)を用いて形成されたGaN系の半導体装置である。本実施形態では、半導体装置10は、縦型ショットキーバリアダイオードである。半導体装置10は、基板110と、半導体層120と、配線層160と、絶縁層180と、ショットキー電極192と、裏面電極198とを備える。なお、「発明を実施するための形態」における「ショットキー電極」が、「課題を解決するための手段」における「第1の電極層」に相当する。同様に、「配線層」が「第2の電極層」に相当する。
The
半導体装置10の基板110は、X軸およびY軸に沿って広がる板状を成す半導体層である。本実施形態では、基板110は、窒化ガリウム(GaN)から主に形成され、ケイ素(Si)をドナーとして含有するn型半導体層である。窒化ガリウム(GaN)から主に形成されるとは、モル分率において、窒化ガリウム(GaN)を90%以上含有することを示す。
The
半導体装置10の半導体層120は、X軸およびY軸に沿って広がるn型半導体層である。本実施形態では、半導体層120は、窒化ガリウム(GaN)から主に形成され、ケイ素(Si)をドナーとして含有する。半導体層120は、基板110の+Z軸方向側に積層されている。半導体層120は、界面121を有する。界面121は、半導体層120が広がるXY平面に沿うとともに+Z軸方向を向いた面である。界面121の少なくとも一部は、曲面であってもよいし、起伏を有してもよい。本実施形態において、半導体層120の膜厚は10μmであり、ドナー濃度は1×1016cm-3である。
The
半導体装置10の絶縁層180は、電気絶縁性を有し、半導体層120の界面121を被覆する。絶縁層180は、第1の絶縁層181と、第2の絶縁層182とを備える。
The insulating
絶縁層180における第1の絶縁層181は、酸化アルミニウム(Al2O3)から形成され、半導体層120の界面121に接する層である。本実施形態では、第1の絶縁層181の厚みは、100nmである。絶縁層180における第2の絶縁層182は、二酸化ケイ素(SiO2)から形成される。本実施形態では、第2の絶縁層182の厚みは、500nmである。
The first insulating
絶縁層180には、第1の絶縁層181および第2の絶縁層182を貫通する開口部185が形成されている。開口部185は、ウエットエッチングにより形成される。
In the insulating
半導体装置10のショットキー電極192は、導電性を有し、半導体層120の界面121にショットキー接合された電極である。本実施形態では、ショットキー電極192は、ニッケル(Ni)から形成される。本明細書において、ショットキー電極とは、半導体層120の電子親和力とショットキー電極として用いられる金属の仕事関数との差が、0.5eV以上の電極をいう。
The
本実施形態では、ショットキー電極192は、開口部185の一部分を占める半導体層120の界面121と、開口部185の一部分を占める絶縁層180の側面と、絶縁層180の+Z軸方向側の面の一部とを覆う導体層である。このようにすることにより、ショットキー電極192は、半導体層120との間に絶縁層180を挟むフィールドプレート構造を形成する。なお、フィールドプレート構造とは、一つないしは複数の電極が接続され、半導体層の表面から半導体層上に設けられた絶縁層の表面にかけて配置されることで、電極と半導体層とが接触する部分の端部における電界を緩和するために設けられた構造をいう。本実施形態では、ショットキー電極が、半導体層に形成され、絶縁層の表面まで延伸することにより、フィールドプレート電極として機能するフィールドプレート構造となっている。本実施形態において、ショットキー電極192の膜厚は、100nmである。
In this embodiment, the
半導体装置10の配線層160は、ショットキーバリアダイオードをプリント基板などに実装したり、回路部品として用いる場合などにおいて、ボンディング用ワイヤを形成するためのパッド電極や引き出し配線用の電極としてショットキー電極の上に設けられた電極層であり、ショットキー電極層よりも抵抗が小さくなるよう、Al、Au、Cuなどの比較的抵抗率の低い金属材料を含み厚く設けることが多い。半導体装置10の配線層160は、層170および層161の2層により構成される。なお、層161は、配線層の上層161とも呼ぶ。
The
半導体装置10の配線層160のうち、ショットキー電極192側に形成された層170はバリアメタル層とも呼ばれ、ショットキー電極192と配線層の上層である層161との間での金属の拡散を抑制するため、および、絶縁層と配線層との密着性を向上するために設けられた層である。なお、本実施の形態における「バリアメタル層」が、「課題を解決するための手段」における「第3の電極層」に相当する。つまり、バリアメタル層は、配線層に含まれる層と考えてもよい。
Of the
バリアメタル層170は、主にモリブデン(Mo)から形成される。なお、主にモリブデン(Mo)から形成されるとは、モル分率において、モリブデン(Mo)を90%以上含有することを示す。本実施形態において、バリアメタル層170の膜厚は、50nmである。バリアメタル層170の上に形成された層161は、主にアルミニウム(Al)から形成される層である。主にアルミニウム(Al)から形成されるとは、モル分率において、アルミニウム(Al)を90%以上含有することを示す。本実施形態において、層161は、アルミニウム(Al)にケイ素(Si)が1%添加されたアルミニウムシリコン(AlSi)から形成される。本実施形態において、配線層の上層161の膜厚は、4μmである。配線層160およびショットキー電極192が、ショットキーバリアダイオードのアノード電極となる。
The
半導体装置10の裏面電極198は、基板110の−Z軸方向側にオーミック接合された電極である。本実施形態では、裏面電極198は、チタン(Ti)から成る層にアルミニウムシリコン(AlSi)から成る層を積層(Tiが基板側)した後に熱処理によって合金化した電極である。
The
A−2.半導体装置の製造方法:
図2は、半導体装置10の製造方法を示す工程図である。半導体装置10を製造する際には、製造者は、工程P110において、エピタキシャル成長によって基板110の上に半導体層120を形成する。
A-2. Semiconductor device manufacturing method:
FIG. 2 is a process diagram illustrating a method for manufacturing the
図3は、基板110の上に半導体層120が形成された構成を示す模式図である。本実施形態では、製造者は、有機金属気相成長法(MOCVD:Metal Organic Chemical Vapor Deposition)を実現するMOCVD装置を用いたエピタキシャル成長によって、基板110上に半導体層120を形成する。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a configuration in which the
半導体層120を形成した後(工程P110)、製造者は、工程P120において、半導体層120の界面121の上に、絶縁層180を形成する。
After forming the semiconductor layer 120 (process P110), the manufacturer forms the insulating
図4は、半導体層120上に絶縁層180が形成された構成を示す模式図である。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a configuration in which an insulating
製造者は、半導体層120の界面121の上に、まず、絶縁層180として酸化アルミニウム(Al2O3)から形成される第1の絶縁層181を形成する。本実施形態では、製造者は、ALD(Atomic Layer Deposition)法によって第1の絶縁層181を形成する。
The manufacturer first forms the first insulating
次に、製造者は、第2の絶縁層182を形成する。第2の絶縁層182は、二酸化ケイ素(SiO2)から形成される。本実施形態では、製造者は、化学気相成長(Chemical Vapor Deposition:CVD)法によって第2の絶縁層182を形成する。
Next, the manufacturer forms the second insulating
絶縁層180を形成した後(工程P120)、製造者は、工程P130において、絶縁層180に、ウエットエッチングを用いて開口部185を形成する。本実施形態では、製造者は、フォトリソグラフィによって絶縁層180の上にマスクを形成した後、ウエットエッチングによって絶縁層180の一部を除去することによって、開口部185を形成する。
After forming the insulating layer 180 (process P120), the manufacturer forms the
図5は、開口部185が形成された構成を示す模式図である。本実施形態において、開口部185の側面は、半導体層120に対して鈍角となるように傾斜している。このようにすることにより、半導体層120と絶縁層180とが接する部分のうち、半導体層120の端部における電界の集中を緩和できるため好ましい。なお、開口部185の側面は、半導体層120に対して垂直であってもよい。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a configuration in which the
開口部185を形成した後(工程P130)、製造者は、工程P140において、絶縁層180の開口部185から露出した半導体層120の界面121に、ショットキー電極192を形成する。ショットキー電極192は、ニッケル(Ni)から形成される。
After forming the opening 185 (process P130), the manufacturer forms the
図6は、ショットキー電極192が形成された構成を示す模式図である。本実施形態では、製造者は、ショットキー電極192をリフトオフ法によって形成する。具体的には、製造者は、フォトリソグラフィによってショットキー電極192が積層される部分以外の絶縁層180の上にマスクを形成した後、絶縁層180および開口部185の上にニッケルをEB(Electron Beam)蒸着し、その後、ショットキー電極192を残して、絶縁層180からマスクを除去する。本実施形態では、開口部185の一部分を占める半導体層120の界面121と、開口部185の一部分を占める絶縁層180の側面と、絶縁層180の+Z軸方向側の面の一部とを覆うように、ショットキー電極192が形成される。
FIG. 6 is a schematic diagram showing a configuration in which the
ショットキー電極192の端部と開口部185の開口端部との距離rを、図6に示す。フィールドプレート構造による電界の緩和効果を十分に得る観点、および、後に形成する配線層160の半導体層120への拡散による半導体装置10の素子としての特性が劣化することを抑制する観点から、距離rの下限は、好ましくは2μm以上であり、より好ましくは5μm以上であり、さらに好ましくは10μm以上である。一方、距離rが長すぎる場合、半導体装置10のサイズが大きくなり、製造コストが増大する。このため、距離rの上限は、1mm以下が好ましい。本実施形態において、距離rは10μmとする。
The distance r between the end of the
その後、ショットキー電極192と絶縁層180との界面を安定化させるため、窒素雰囲気において400℃30分の熱処理を行なう。この熱処理は必須ではないが、行なうほうがショットキー電極192と絶縁層180との界面を安定化させる観点から好ましい。
Thereafter, heat treatment is performed at 400 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere in order to stabilize the interface between the
ショットキー電極192を形成した後(工程P140)、製造者は、工程P150において、ショットキー電極192の上に、バリアメタル層170および配線層の上層である層161をスパッタ法により積層する。バリアメタル層170は、モリブデン(Mo)から形成される。なお、バリアメタル層はモリブデン(Mo)に限らず、バナジウム(V)やチタン(Ti)、窒化チタン(TiN)など、他の材料であってもよい。また、バリアメタル層は単層ではなく、例えば、窒化チタン(TiN)/チタン(Ti)(Tiがショットキー電極側)やチタン(Ti)/窒化チタン(TiN)、モリブデン(Mo)/バナジウム(V)、バナジウム(V)/モリブデン(Mo)、チタン(Ti)/窒化チタン(TiN)/チタン(Ti)などの積層構造としてもよい。また、配線層の上層である層161は、アルミニウムシリコン(AlSi)から形成される。なお、層161の材質は、アルミニウムシリコン(AlSi)に限らず、アルミニウム(Al)や、主にアルミニウム(Al)から形成されるアルミニウム銅(AlCu)や、アルミニウムシリコン銅(AlSiCu)、または金(Au)、銅(Cu)などアルミニウム(Al)以外の材料であってもよい。また、配線層の上層である層161は、単層ではなく、積層構造としてもよい。
After forming the Schottky electrode 192 (process P140), in step P150, the manufacturer laminates the
本実施の形態において、層161はバリアメタル層170の形成後に連続して形成している。すなわち、スパッタ法を用いてモリブデン(Mo)の層と、アルミニウムシリコン(AlSi)の層が連続して形成されている。
In this embodiment mode, the
スパッタ法により、配線層160を積層した後、フォトレジストによりマスクパタンを形成する。このとき、マスクパタンは、工程P140において形成されたショットキー電極192全体を覆うように形成される。その後、フォトレジストで覆われた部分以外の部分を塩素系のドライエッチングにより除去し、配線層160を形成する。なお、配線層160の形成方法として、例えば、スパッタ法の代わりにEB蒸着法を用いる方法や、エッチングは用いずに、フォトレジストによりマスクパタンを形成した後に電極材料を積層しリフトオフ法を用いて形成する方法など、他の方法を採用してもよい。
After the
図7は、配線層160が形成された構成を示す模式図である。ショットキー電極192の端部と配線層160の端部との距離sを、図7に示す。ショットキー電極192の絶縁層180からの剥離を十分に抑制する観点から、距離sの下限は、3μm以上が好ましく、5μm以上がより好ましく、10μm以上がさらに好ましい。一方、距離sが長すぎる場合、半導体装置10のサイズが大きくなり、製造コストが増大する。このため、距離sの上限は、1mm以下が好ましい。本実施形態において、距離sは10μmとする。
FIG. 7 is a schematic diagram showing a configuration in which the
配線層160を形成した後(工程P160)、製造者は、工程P170において、基板110の−Z軸方向側に裏面電極198を形成する。本実施形態では、製造者は、基板110の−Z軸方向側にチタン(Ti)から成る層を蒸着によって形成し、その上にアルミニウムシリコン(AlSi)から成る層を蒸着によってさらに形成し、これらの層を熱処理によって合金化することによって、裏面電極198を形成する。熱処理により、裏面電極198のコンタクト抵抗を低減できる。本実施形態において、熱処理は、窒素雰囲気において400℃30分行なわれる。なお、裏面電極の形成はスパッタ法を用いても良い。
After forming the wiring layer 160 (process P160), the manufacturer forms the
これらの工程を経て、半導体装置10が完成する。
Through these steps, the
図8は、半導体装置10を+Z軸方向から見た模式図である。絶縁層180は、半導体層120に対して傾斜している傾斜面を備え(図7についても参照)、端部183は、半導体層120側の絶縁層180の端部を示し、端部184は、配線層160側の絶縁層180の端部を示す。半導体装置10は、絶縁層180の少なくとも一部をショットキー電極192が覆い、ショットキー電極192を配線層160が覆う構成となっている。
FIG. 8 is a schematic view of the
半導体装置10は、フィールドプレート構造を採用しており、かつ、ショットキー電極192の上に、絶縁層の少なくとも一部を覆いショットキー電極の周辺で絶縁層と接続されるように配線層160を備えている。このため、ショットキー電極192と絶縁層180との隙間から半導体層120の表面が露出することはない。その結果、配線層160と半導体層120とが接触することを回避できるため、リーク電流を抑制させ、耐圧を向上できる。
The
また、半導体装置10は、密着性の優れたバリアメタル層170を用いているため、ショットキー電極192と絶縁層180の密着性が弱い場合においても、ショットキー電極192と絶縁層180とが剥がれることを抑制できる。
In addition, since the
B.第2実施形態:
図9は、第2実施形態における半導体装置20の構成を模式的に示す断面図である。第1実施形態における半導体装置10と比較して、第2実施形態における半導体装置20は、ショットキー電極192に代えて、ショットキー電極292、ショットキー電極293を備える点が異なるが、それ以外は同じである。
B. Second embodiment:
FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the
本実施形態において、半導体層120側から順に、ショットキー電極292、ショットキー電極293が積層されている。本実施形態において、ショットキー電極292は、膜厚が100nmのニッケル層であり、ショットキー電極293は、膜厚が100nmのパラジウム層である。本発明として、このような形態としてもよい。
In this embodiment, a
C.第3実施形態:
図10は、第3実施形態における半導体装置30の構成を模式的に示す断面図である。第2実施形態における半導体装置20と比較して、バリアメタル層とショットキー電極が異なるが、それ以外は同じである。半導体装置30は、ショットキー電極293の上のみにバリアメタル層370を備え、配線層360はバリアメタル層370を介さずに直接絶縁層180に接続されている。
C. Third embodiment:
FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the
本実施形態において、配線層360は、アルミニウム(Al)にケイ素(Si)および銅(Cu)がそれぞれ0.5%添加されたアルミニウムシリコン銅(AlSiCu)から形成され、膜厚は4μmである。また、バリアメタル層370は、モリブデン(Mo)から形成され、膜厚は10nmである。半導体装置30では、密着性の優れた配線層360を用いることによって、ショットキー電極292と絶縁層180の密着性が弱い場合においても、ショットキー電極292と絶縁層180とが剥がれることを抑制できる。本発明として、このような形態としてもよい。
In this embodiment, the
D.第4実施形態:
図11は、第4実施形態における半導体装置40の構造を模式的に示す断面図である。第3実施形態における半導体装置30と比較して、バリアメタル層と配線層が異なるが、それ以外は同じである。バリアメタル層は、ショットキー電極293上に形成されているバリアメタル層370だけでなく、配線層の下方にもバリアメタル層470が積層されている。
D. Fourth embodiment:
FIG. 11 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the
本実施形態において、バリアメタル層470として、バリアメタル層370側から順に、チタン(Ti)から形成されるチタン層471(厚み:10nm)、窒化チタン(TiN)から形成される窒化チタン層472(厚み:200nm)、チタン(Ti)から形成されるチタン層473(厚み:10nm)が積層され、その上に配線層の上層461となるアルミニウムシリコン(AlSi)から形成されるアルミニウムシリコン層(厚み:4μm)が積層されている。本発明として、このような形態としてもよい。
In this embodiment, as the
E.その他の実施形態
本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
E. Other Embodiments The present invention is not limited to the above-described embodiments, examples, and modifications, and can be realized with various configurations without departing from the spirit thereof. For example, the technical features in the embodiments, examples, and modifications corresponding to the technical features in each embodiment described in the summary section of the invention are to solve some or all of the above-described problems, or In order to achieve part or all of the above-described effects, replacement or combination can be performed as appropriate. Further, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it can be deleted as appropriate.
上述の実施形態において、絶縁層の各層を形成する手法は、ALD法やCVD法に限らず、スパッタ法や塗布法などであってもよい。 In the above-described embodiment, the method of forming each layer of the insulating layer is not limited to the ALD method or the CVD method, but may be a sputtering method or a coating method.
上述の実施形態において、ショットキー電極、配線層の形成は、ショットキー電極を形成した後に、バリアメタル層、配線層の上層を連続して形成する方法や、ショットキー電極とバリアメタル層を連続して形成した後に配線層、または、更なるバリアメタル層と配線層を形成する方法について説明したが、この方法に限られず、例えば、ショットキー電極、バリアメタル層、配線層の上層、配線層などはそれぞれ個別に形成してもよい。 In the above-described embodiment, the Schottky electrode and the wiring layer are formed by continuously forming the upper layer of the barrier metal layer and the wiring layer after forming the Schottky electrode, or by continuously forming the Schottky electrode and the barrier metal layer. However, the present invention is not limited to this method. For example, the Schottky electrode, the barrier metal layer, the upper layer of the wiring layer, and the wiring layer are described. Etc. may be formed individually.
上述の実施形態において、半導体装置は、バリアメタル層を備えているが、バリアメタル層を備えていなくてもよい。また、配線層は、アルミニウム層などの単層でもよく、バリアメタル層を含む積層構造でもよい。 In the above-described embodiment, the semiconductor device includes the barrier metal layer, but may not include the barrier metal layer. Further, the wiring layer may be a single layer such as an aluminum layer, or may have a laminated structure including a barrier metal layer.
上述の実施形態における、絶縁層、配線層、ショットキー電極の組み合わせが、ショットキー電極と絶縁層とが容易に剥離する問題を回避する観点から好ましい組み合わせであるが、他の組み合わせとしてもよい。 The combination of the insulating layer, the wiring layer, and the Schottky electrode in the above-described embodiment is a preferable combination from the viewpoint of avoiding the problem that the Schottky electrode and the insulating layer are easily peeled off, but may be other combinations.
上述の実施形態において、絶縁層は酸化シリコン(SiO2)/酸化アルミニウム(Al2O3)を用いたが、これに限られず、単層や上記以外の積層構造であってもよい。絶縁層としては、酸化シリコン(SiO2)、窒化シリコン(SiN)、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸窒化アルミニウム(AlON)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸窒化ジルコニウム(ZrON)、酸窒化シリコン(SiON)などが挙げられる。 In the above-described embodiment, silicon oxide (SiO 2 ) / aluminum oxide (Al 2 O 3 ) is used for the insulating layer. However, the insulating layer is not limited to this, and may be a single layer or a laminated structure other than the above. As the insulating layer, silicon oxide (SiO 2 ), silicon nitride (SiN), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), aluminum oxynitride (AlON), zirconium oxide (ZrO 2 ), zirconium oxynitride (ZrON), oxynitride Examples thereof include silicon (SiON).
上述の実施形態において、基板の材質は、窒化ガリウム(GaN)に限らず、ケイ素(Si)、サファイア(Al2O3)、炭化ケイ素(SiC)などであってもよい。 In the above-described embodiment, the material of the substrate is not limited to gallium nitride (GaN), but may be silicon (Si), sapphire (Al 2 O 3 ), silicon carbide (SiC), or the like.
上述の実施形態において、n型半導体層に含まれるドナーは、ケイ素(Si)に限らず、ゲルマニウム(Ge)、酸素(O)などであってもよい。 In the above-described embodiment, the donor included in the n-type semiconductor layer is not limited to silicon (Si), but may be germanium (Ge), oxygen (O), or the like.
上述の実施形態において、ショットキー電極の材質は、ニッケル(Ni)に限らず、パラジウム(Pd)、白金(Pt)、金(Au)などであってもよい。また、ショットキー電極は、単層ではなく、積層構造としてもよい。積層構造としては、パラジウム(Pd)/ニッケル(Ni)や、白金(Pt)/ニッケル(Ni)(ニッケルが半導体層側)などが挙げられる。 In the above-described embodiment, the material of the Schottky electrode is not limited to nickel (Ni), but may be palladium (Pd), platinum (Pt), gold (Au), or the like. Further, the Schottky electrode may have a laminated structure instead of a single layer. Examples of the laminated structure include palladium (Pd) / nickel (Ni), platinum (Pt) / nickel (Ni) (nickel is a semiconductor layer side), and the like.
上述の実施形態において、半導体装置としてショットキーバリアダイオードを用いたが、これに限らず、MESFET(Metal-Semiconductor Field Effect Transistor)やHFET(hetero-FET)などでショットキー電極によってフィールドプレート構造が形成されたショットキー電極を用いた半導体装置に用いてもよい。 In the above embodiment, a Schottky barrier diode is used as a semiconductor device. However, the present invention is not limited to this, and a field plate structure is formed by a Schottky electrode such as a MESFET (Metal-Semiconductor Field Effect Transistor) or an HFET (hetero-FET). You may use for the semiconductor device using the Schottky electrode made.
上述の実施形態において、裏面電極の材質は、チタン(Ti)およびアルミニウムシリコン(AlSi)の合金に限らず、アルミニウム(Al)、バナジウム(V)、ハフニウム(Hf)などの他の金属であってもよい。 In the above-described embodiment, the material of the back electrode is not limited to an alloy of titanium (Ti) and aluminum silicon (AlSi), but is other metal such as aluminum (Al), vanadium (V), hafnium (Hf), and the like. Also good.
10…半導体装置
20…半導体装置
30…半導体装置
40…半導体装置
50…半導体装置
100…厚賀
110…基板
120…半導体層
121…界面
160…配線層
161…配線層の上層
170…バリアメタル層
180…絶縁層
181…第1の絶縁層
182…第2の絶縁層
183…端部
184…端部
185…開口部
192…ショットキー電極
198…裏面電極
292…ショットキー電極
293…ショットキー電極
360…配線層
370…バリアメタル層
460…配線層
461…配線層の上層
470…バリアメタル層
471…チタン層
472…窒化チタン層
473…チタン層
900…ショットキーバリアダイオード
r…距離
s…距離
DESCRIPTION OF
Claims (10)
半導体により形成される半導体層と、
電気絶縁性を有し、前記半導体層の一部を覆う絶縁層と、
前記半導体層にショットキー接合するよう形成され、仕事関数から前記半導体層の電子親和力を差し引いた値が0.5eV以上であり、前記絶縁層の表面まで延伸することによりフィールドプレート構造を形成するショットキー電極と、
前記ショットキー電極の外周端部を覆い、かつ、前記ショットキー電極の外周端部に接する前記絶縁層の表面と接続され、前記ショットキー電極より抵抗が小さい配線層と、
を含み、
前記ショットキー電極の端部と前記配線層の端部との距離は3μm以上1mm以下である、縦型ショットキーバリアダイオード。 A vertical Schottky barrier diode,
A semiconductor layer formed of a semiconductor;
An insulating layer having electrical insulation and covering a part of the semiconductor layer;
A shot that is formed so as to be Schottky bonded to the semiconductor layer, has a value obtained by subtracting the electron affinity of the semiconductor layer from a work function of 0.5 eV or more, and forms a field plate structure by extending to the surface of the insulating layer. A key electrode;
A wiring layer covering the outer peripheral end of the Schottky electrode and connected to the surface of the insulating layer in contact with the outer peripheral end of the Schottky electrode, and having a resistance lower than that of the Schottky electrode;
Including
A vertical Schottky barrier diode, wherein a distance between an end of the Schottky electrode and an end of the wiring layer is 3 μm or more and 1 mm or less.
前記配線層は、アルミニウムを含む、縦型ショットキーバリアダイオード。 The vertical Schottky barrier diode according to claim 1,
The wiring layer is a vertical Schottky barrier diode containing aluminum.
前記絶縁層は、前記絶縁層を貫通する開口部を有し、
前記ショットキー電極は、前記開口部において露出する前記半導体層を覆い、
前記ショットキー電極の端部と前記絶縁層の開口部の端部との距離は2μm以上1mm以下である、縦型ショットキーバリアダイオード。 The vertical Schottky barrier diode according to claim 1 or 2,
The insulating layer has an opening that penetrates the insulating layer;
The Schottky electrode covers the semiconductor layer exposed in the opening,
A vertical Schottky barrier diode, wherein a distance between an end of the Schottky electrode and an end of the opening of the insulating layer is 2 μm or more and 1 mm or less.
前記ショットキー電極は、ニッケルから形成される、縦型ショットキーバリアダイオード。 The vertical Schottky barrier diode according to any one of claims 1 to 3,
The Schottky electrode is a vertical Schottky barrier diode formed of nickel.
前記ショットキー電極は、複数層から構成される、縦型ショットキーバリアダイオード。 The vertical Schottky barrier diode according to any one of claims 1 to 3,
The Schottky electrode is a vertical Schottky barrier diode composed of a plurality of layers.
前記半導体層と接する前記ショットキー電極は、ニッケルから形成される、縦型ショットキーバリアダイオード。 The vertical Schottky barrier diode according to claim 5,
The Schottky electrode in contact with the semiconductor layer is a vertical Schottky barrier diode formed of nickel.
前記配線層は、前記ショットキー電極側に前記絶縁層と密着し、前記絶縁層に対して前記配線層よりも密着性が高いバリアメタル層を含む、縦型ショットキーバリアダイオード。 The vertical Schottky barrier diode according to any one of claims 1 to 6,
The wiring layer includes a barrier Schottky barrier diode that includes a barrier metal layer that is in close contact with the insulating layer on the Schottky electrode side and has higher adhesion to the insulating layer than the wiring layer.
前記バリアメタル層は複数層から構成される、縦型ショットキーバリアダイオード。 The vertical Schottky barrier diode according to claim 7,
The barrier metal layer is a vertical Schottky barrier diode composed of a plurality of layers.
前記半導体層は、主に窒化ガリウムから形成される、縦型ショットキーバリアダイオード。 The vertical Schottky barrier diode according to any one of claims 1 to 8,
The semiconductor layer is a vertical Schottky barrier diode formed mainly of gallium nitride.
半導体層を形成する工程と、
電気絶縁性を有し、前記半導体層の一部を覆う絶縁層を形成する工程と、
前記半導体層にショットキー接合するよう形成され、仕事関数から前記半導体層の電子親和力を差し引いた値が0.5eV以上であるショットキー電極を形成する工程と、
ショットキー電極の外周端部を覆い、かつ、前記ショットキー電極の外周端部に接する前記絶縁層の表面と接続され、前記ショットキー電極より抵抗が小さい配線層を形成する工程と、
前記ショットキー電極を形成後に、窒素雰囲気において熱処理を行う工程と、
を含み、
前記ショットキー電極の端部と前記配線層の端部との距離は3μm以上1mm以下である、縦型ショットキーバリアダイオードの製造方法。 A method of manufacturing a vertical Schottky barrier diode comprising a Schottky electrode as a field plate electrode,
Forming a semiconductor layer;
Forming an insulating layer having electrical insulation and covering a part of the semiconductor layer;
A step of forming the formed to Schottky junction with the semiconductor layer, the Schottky electrode minus the electron affinity of the semiconductor layer is not less than 0.5eV work function,
Forming a wiring layer that covers an outer peripheral end of the Schottky electrode and is connected to a surface of the insulating layer in contact with the outer peripheral end of the Schottky electrode, and has a resistance lower than that of the Schottky electrode;
Performing a heat treatment in a nitrogen atmosphere after forming the Schottky electrode;
Including
A method of manufacturing a vertical Schottky barrier diode, wherein a distance between an end of the Schottky electrode and an end of the wiring layer is 3 μm or more and 1 mm or less.
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