JP6999103B2 - Semiconductor device - Google Patents

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Description

本発明は、パワーデバイス等として有用な半導体装置およびそれを備える半導体システムに関する。 The present invention relates to a semiconductor device useful as a power device or the like and a semiconductor system including the same.

従来、半導体基板上にショットキーバリア電極が設けられている半導体装置が知られており、逆方向耐圧を大きくし、さらに順方向立ち上がり電圧を小さくすること等を目的に、ショットキーバリア電極について種々検討されている。
特許文献1には、半導体上の中央部に、バリアハイトが小さくなる金属を配置し、半導体上の周辺部に、バリアハイトが大きくなる金属と半導体とのショットキーコンタクトを形成して、逆方向耐圧を大きくし、さらに順方向立ち上がり電圧を小さくすることが記載されている。
Conventionally, a semiconductor device in which a Schottky barrier electrode is provided on a semiconductor substrate is known, and various Schottky barrier electrodes are used for the purpose of increasing the reverse withstand voltage and further reducing the forward rising voltage. It is being considered.
In Patent Document 1, a metal having a small barrier height is arranged in the central portion on the semiconductor, and a Schottky contact between the metal having a large barrier height and the semiconductor is formed in the peripheral portion on the semiconductor to obtain a reverse withstand voltage. It is described that the voltage is increased and the forward rising voltage is decreased.

また、ショットキー電極とオーミック電極との組合せについても検討がなされており、例えば特許文献2には、同種金属で構成されるショットキー電極とオーミック電極とが基板上に形成されたワイドバンドギャップ半導体装置が記載されており、このような構成とすることにより、サージ電流などの高い電流が順方向に流れる場合における熱破壊耐性を向上させることができる旨記載されている。しかしながら、ショットキー接合とオーミック接合との各界面の密着性や各接合同士の密着性に課題があったり、また、電極材料も制限する必要があったり、またさらに、温度によって、バリアハイトが変化する問題等があったりして、必ずしも満足のいくものではなかった。そのため、立ち上がり電圧が低く、温度安定性にも優れた半導体装置が待ち望まれていた。 Further, a combination of a shotkey electrode and an ohmic electrode has also been studied. For example, in Patent Document 2, a wide bandgap semiconductor in which a shotkey electrode and an ohmic electrode made of the same metal are formed on a substrate. The device is described, and it is described that such a configuration can improve the thermal breakdown resistance when a high current such as a surge current flows in the forward direction. However, there are problems in the adhesion of each interface between Schottky junction and ohmic junction and the adhesion between each junction, it is necessary to limit the electrode material, and the barrier height changes depending on the temperature. I wasn't always satisfied because of some problems. Therefore, a semiconductor device having a low rising voltage and excellent temperature stability has been desired.

特開昭52-101970号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 52-10970 特開2014-78660号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-78660

本発明は、ショットキー特性および半導体特性に優れた半導体装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a semiconductor device having excellent Schottky characteristics and semiconductor characteristics.

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、半導体領域上に設けられておりかつ前記半導体領域との間にショットキーバリアを形成可能な複数の第1のバリア電極と、第1のバリア電極に隣接して設けられておりかつ前記半導体領域との間に第1のバリア電極のショットキーバリアのバリアハイトとは異なるバリアハイトのショットキーバリアを形成可能な複数の第2のバリア電極とを、それぞれ同じ電極材料を用いて交互に設けることにより、立ち上がり電圧を低くし、さらに、温度安定性を優れたものにできることを見出し、このようにして得られた半導体装置が、上記した従来の問題を一挙に解決できるものであることを見出した。
また、本発明者らは、上記知見を得た後、さらに検討を重ねて本発明を完成させるに至った。
As a result of diligent studies to achieve the above object, the present inventors have found a plurality of first barrier electrodes provided on the semiconductor region and capable of forming a Schottky barrier with the semiconductor region, and a first barrier electrode. A plurality of second barrier electrodes provided adjacent to the barrier electrode 1 and capable of forming a Schottky barrier having a barrier height different from that of the Schottky barrier of the first barrier electrode with the semiconductor region. It was found that the rising voltage can be lowered and the temperature stability can be improved by alternately providing the above-mentioned semiconductor devices using the same electrode material. I found that it can solve the problem at once.
In addition, after obtaining the above findings, the present inventors have further studied and completed the present invention.

すなわち、本発明は、以下の発明に関する。
[1] 半導体領域と、該半導体領域上に設けられているバリア電極とを少なくとも備えている半導体装置であって、前記バリア電極は、前記半導体領域上に設けられておりかつ前記半導体領域との間にショットキーバリアを形成可能な複数の第1のバリア電極と、第1のバリア電極に隣接して設けられておりかつ前記半導体領域との間に第1のバリア電極のショットキーバリアのバリアハイトとは異なるバリアハイトのショットキーバリアを形成可能な複数の第2のバリア電極とを含んでおり、第1のバリア電極と第2のバリア電極とは、前記半導体領域上に交互に設けられており、さらに、それぞれ同じ電極材料を主成分として含むことを特徴とする半導体装置。
[2] 前記バリア電極の外側には第1のバリア電極が設けられており、第1のバリア電極のバリアハイトが、第2のバリア電極のバリアハイトよりも高い前記[1]記載の半導体装置。
[3] 前記電極材料が金属である前記[1]または[2]に記載の半導体装置。
[4] 第1のバリア電極のショットキーバリアのバリアハイトが、1eV以上である前記[1]~[3]のいずれかに記載の半導体装置。
[5] 第2のバリア電極のショットキーバリアハイトが、1eV未満である前記[1]~[4]のいずれかに記載の半導体装置。
[6] 前記半導体領域が、結晶性酸化物半導体を主成分として含む前記[1]~[5]のいずれかに記載の半導体装置。
[7] 前記半導体領域が、ガリウム化合物を主成分として含む前記[1]~[6]のいずれかに記載の半導体装置。
[8] 前記半導体領域が、α―Gaまたはその混晶を主成分として含む前記[1]~[7]のいずれかに記載の半導体装置。
[9] 第1のバリア電極が前記半導体領域に埋め込まれている前記[1]~[8]のいずれかに記載の半導体装置。
[10] さらに、前記バリア電極の外周辺部にガードリングを備える前記[1]~[9]のいずれかに記載の半導体装置。
[11] 前記ガードリングが金属からなる前記[10]記載の半導体装置。
[12] ダイオードである前記[1]~[11]のいずれかに記載の半導体装置。
[13] ジャンクションバリアショットキーダイオードである前記[12]記載の半導体装置。
[14] パワーデバイスである前記[1]~[13]のいずれかに記載の半導体装置。
[15] 半導体装置を備える半導体システムであって、前記半導体装置が、前記[1]~[14]のいずれかに記載の半導体装置である半導体システム。
That is, the present invention relates to the following invention.
[1] A semiconductor device including at least a semiconductor region and a barrier electrode provided on the semiconductor region, wherein the barrier electrode is provided on the semiconductor region and has the same as the semiconductor region. The barrier height of the shot key barrier of the first barrier electrode between the plurality of first barrier electrodes capable of forming a shot key barrier between them and the semiconductor region provided adjacent to the first barrier electrode. A plurality of second barrier electrodes capable of forming a shotky barrier having a barrier height different from that of the above are included, and the first barrier electrode and the second barrier electrode are alternately provided on the semiconductor region. Further, a semiconductor device characterized by containing the same electrode material as a main component.
[2] The semiconductor device according to the above [1], wherein a first barrier electrode is provided outside the barrier electrode, and the barrier height of the first barrier electrode is higher than the barrier height of the second barrier electrode.
[3] The semiconductor device according to the above [1] or [2], wherein the electrode material is a metal.
[4] The semiconductor device according to any one of the above [1] to [3], wherein the barrier height of the Schottky barrier of the first barrier electrode is 1 eV or more.
[5] The semiconductor device according to any one of [1] to [4] above, wherein the Schottky barrier height of the second barrier electrode is less than 1 eV.
[6] The semiconductor device according to any one of [1] to [5], wherein the semiconductor region contains a crystalline oxide semiconductor as a main component.
[7] The semiconductor device according to any one of the above [1] to [6], wherein the semiconductor region contains a gallium compound as a main component.
[8] The semiconductor device according to any one of the above [1] to [7], wherein the semiconductor region contains α-Ga 2 O 3 or a mixed crystal thereof as a main component.
[9] The semiconductor device according to any one of [1] to [8], wherein the first barrier electrode is embedded in the semiconductor region.
[10] The semiconductor device according to any one of [1] to [9], further comprising a guard ring on the outer peripheral portion of the barrier electrode.
[11] The semiconductor device according to the above [10], wherein the guard ring is made of metal.
[12] The semiconductor device according to any one of the above [1] to [11], which is a diode.
[13] The semiconductor device according to the above [12], which is a junction barrier Schottky diode.
[14] The semiconductor device according to any one of the above [1] to [13], which is a power device.
[15] A semiconductor system including a semiconductor device, wherein the semiconductor device is the semiconductor device according to any one of [1] to [14].

本発明の半導体装置は、ショットキー特性および半導体特性に優れている。 The semiconductor device of the present invention is excellent in Schottky characteristics and semiconductor characteristics.

本発明のジャンクションバリアショットキーダイオード(JBS)の好適な一態様を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically one preferable aspect of the junction barrier Schottky diode (JBS) of this invention. 図1のジャンクションバリアショットキーダイオード(JBS)の好適な製造方法を説明する図である。It is a figure explaining the suitable manufacturing method of the junction barrier Schottky diode (JBS) of FIG. 図1のジャンクションバリアショットキーダイオード(JBS)の好適な製造方法を説明する図である。It is a figure explaining the suitable manufacturing method of the junction barrier Schottky diode (JBS) of FIG. 図1のジャンクションバリアショットキーダイオード(JBS)のレーザーアニールを用いる好適な製造方法を説明する図である。It is a figure explaining the suitable manufacturing method using the laser annealing of the junction barrier Schottky diode (JBS) of FIG. 本発明のジャンクションバリアショットキーダイオード(JBS)の好適な一態様を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically one preferable aspect of the junction barrier Schottky diode (JBS) of this invention. 本発明のジャンクションバリアショットキーダイオード(JBS)の好適な一態様を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically one preferable aspect of the junction barrier Schottky diode (JBS) of this invention. 図6のジャンクションバリアショットキーダイオード(JBS)の好適な製造方法を説明する図である。It is a figure explaining the suitable manufacturing method of the junction barrier Schottky diode (JBS) of FIG. 本発明のジャンクションバリアショットキーダイオード(JBS)の好適な一態様を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically one preferable aspect of the junction barrier Schottky diode (JBS) of this invention. 図8のジャンクションバリアショットキーダイオード(JBS)の好適な製造方法を説明する図である。It is a figure explaining the suitable manufacturing method of the junction barrier Schottky diode (JBS) of FIG. 図8のジャンクションバリアショットキーダイオード(JBS)の好適な製造方法を説明する図である。It is a figure explaining the suitable manufacturing method of the junction barrier Schottky diode (JBS) of FIG. 電源システムの好適な一例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically a suitable example of a power-source system. システム装置の好適な一例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically a suitable example of a system apparatus. 電源装置の電源回路図の好適な一例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically a preferable example of the power supply circuit diagram of a power supply device. 実施例において用いられる成膜装置(ミストCVD装置)の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the film forming apparatus (mist CVD apparatus) used in an Example. 実施例におけるIV測定結果を示す図であり、(a)が順方向測定結果を示し、(b)が逆方向測定結果を示す。It is a figure which shows the IV measurement result in an Example, (a) shows the forward measurement result, (b) shows the reverse direction measurement result.

本発明の半導体装置は、半導体領域と、該半導体領域上に設けられているバリア電極とを少なくとも備えている半導体装置であって、前記バリア電極は、前記半導体領域上に設けられておりかつ前記半導体領域との間にショットキーバリアを形成可能な複数の第1のバリア電極と、第1のバリア電極に隣接して設けられておりかつ前記半導体領域との間に第1のバリア電極のショットキーバリアのバリアハイトとは異なるバリアハイトのショットキーバリアを形成可能な複数の第2のバリア電極とを含んでおり、第1のバリア電極と第2のバリア電極とは、前記半導体領域上に交互に設けられており、さらに、それぞれ同じ電極材料を主成分として含むことを特長とする。 The semiconductor device of the present invention is a semiconductor device including at least a semiconductor region and a barrier electrode provided on the semiconductor region, and the barrier electrode is provided on the semiconductor region and described above. A shot of a plurality of first barrier electrodes capable of forming a shot key barrier between the semiconductor region and a first barrier electrode provided adjacent to the first barrier electrode and between the semiconductor region. A plurality of second barrier electrodes capable of forming a shot key barrier having a barrier height different from the barrier height of the key barrier are included, and the first barrier electrode and the second barrier electrode are alternately placed on the semiconductor region. Further, it is characterized by containing the same electrode material as a main component.

前記電極材料は、バリア電極として用いることができるものであれば特に限定されず、導電性無機材料であってもよいし、導電性有機材料であってもよい。前記バリア電極は、第1のバリア電極と第2のバリア電極とを含んでおり、前記半導体領域との界面に所定のバリアハイトを有するショットキーバリアを形成するものであれば特に限定されない。本発明においては、前記電極材料が金属であるのが好ましい。前記金属としては、好適には例えば、周期律表第4族~第11族から選ばれる少なくとも1種の金属などが挙げられる。周期律表第4族の金属としては、例えば、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)などが挙げられるが、中でもTiが好ましい。周期律表第5族の金属としては、例えば、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)などが挙げられる。周期律表第6族の金属としては、例えば、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)およびタングステン(W)等から選ばれる1種または2種以上の金属などが挙げられるが、本発明においては、よりスイッチング特性等の半導体特性がより良好なものとなるのでCrが好ましい。周期律表第7族の金属としては、例えば、マンガン(Mn)、テクネチウム(Tc)、レニウム(Re)などが挙げられる。周期律表第8族の金属としては、例えば、鉄(Fe)、ルテニウム(Ru)、オスミウム(Os)などが挙げられる。周期律表第9族の金属としては、例えば、コバルト(Co)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)などが挙げられる。周期律表第10族の金属としては、例えば、ニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、白金(Pt)などが挙げられるが、中でもPtが好ましい。周期律表第11族の金属としては、例えば、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)などが挙げられる。 The electrode material is not particularly limited as long as it can be used as a barrier electrode, and may be a conductive inorganic material or a conductive organic material. The barrier electrode includes a first barrier electrode and a second barrier electrode, and is not particularly limited as long as it forms a Schottky barrier having a predetermined barrier height at the interface with the semiconductor region. In the present invention, it is preferable that the electrode material is metal. Preferred examples of the metal include at least one metal selected from the 4th to 11th groups of the periodic table. Examples of the metal of Group 4 of the periodic table include titanium (Ti), zirconium (Zr), hafnium (Hf), and the like, with Ti being preferable. Examples of the metal of Group 5 of the Periodic Table include vanadium (V), niobium (Nb), and tantalum (Ta). Examples of the metal of Group 6 of the Periodic Table include one or more metals selected from chromium (Cr), molybdenum (Mo), tungsten (W) and the like. Cr is preferable because the semiconductor characteristics such as switching characteristics become better. Examples of the metal of Group 7 of the periodic table include manganese (Mn), technetium (Tc), and rhenium (Re). Examples of the metal of Group 8 of the periodic table include iron (Fe), ruthenium (Ru), and osmium (Os). Examples of the metal of Group 9 of the Periodic Table include cobalt (Co), rhodium (Rh), and iridium (Ir). Examples of the metal of Group 10 of the periodic table include nickel (Ni), palladium (Pd), platinum (Pt), and the like, and Pt is preferable. Examples of the metal of Group 11 of the periodic table include copper (Cu), silver (Ag), and gold (Au).

第1のバリア電極および第2のバリア電極の形成手段としては、例えば、前記電極材料の膜を形成後、加熱や表面処理により、第1のバリア電極および第2のバリア電極をそれぞれ形成することなどが挙げられ、より具体的に例えば、(1)バリア電極として、前記電極材料の膜を形成し、ついで、加熱することにより、バリアハイトを調整し、フォトリソグラフィー法を用いたエッチング等により第1のバリア電極および第2のバリア電極がそれぞれ形成できるように前記電極材料の膜の一部を除去した後、前記電極材料の膜を形成する手段、または(2)バリア電極として前記電極材料の膜を形成し、ついで、レーザーアニールや電子ビームアニールでもって局所加熱することにより、バリアハイトを調整して、第1のバリア電極および第2のバリア電極のそれぞれを設ける手段などが挙げられる。 As a means for forming the first barrier electrode and the second barrier electrode, for example, after forming the film of the electrode material, the first barrier electrode and the second barrier electrode are formed by heating or surface treatment, respectively. More specifically, for example, (1) a film of the electrode material is formed as a barrier electrode, and then the barrier height is adjusted by heating, and the first is by etching or the like using a photolithography method. A means for forming a film of the electrode material after removing a part of the film of the electrode material so that the barrier electrode and the second barrier electrode of the above can be formed respectively, or (2) a film of the electrode material as a barrier electrode. Then, the barrier height is adjusted by locally heating by laser annealing or electron beam annealing, and a means for providing each of the first barrier electrode and the second barrier electrode can be mentioned.

本発明においては、第1のバリア電極のショットキーバリアのバリアハイトが、1eV以上となるように調整されるのが好ましく、第2のバリア電極のショットキーバリアハイトが、1eV未満となるように調整されるのも好ましい。このような好ましいバリアハイトに調整することにより、本発明の半導体装置の半導体特性(例えばスイッチング特性等)をさらにより良好なものとすることができる。 In the present invention, the barrier height of the Schottky barrier of the first barrier electrode is preferably adjusted to be 1 eV or more, and the Schottky barrier height of the second barrier electrode is adjusted to be less than 1 eV. It is also preferable to be done. By adjusting to such a preferable barrier height, the semiconductor characteristics (for example, switching characteristics) of the semiconductor device of the present invention can be further improved.

また、本発明においては、前記半導体領域が、結晶性酸化物半導体を主成分として含むのが好ましい。前記結晶性酸化物半導体は、βガリア構造またはコランダム構造を有するのが好ましく、コランダム構造を有するのがより好ましい。また、前記半導体領域は、ガリウム化合物を主成分として含むのも好ましく、InAlGaO系半導体を主成分とするのがより好ましく、α―Gaまたはその混晶を主成分として含むのが最も好ましい。なお、「主成分」とは、例えば結晶性酸化物半導体がα-Gaである場合、前記半導体領域中の金属元素中のガリウムの原子比が0.5以上の割合でα-Gaが含まれていればそれでよい。本発明においては、前記半導体領域中の金属元素中のガリウムの原子比が0.7以上であることが好ましく、0.8以上であるのがより好ましい。また、前記半導体領域は、通常、単相領域であるが、本発明の目的を阻害しない限り、さらに異なる半導体相からなる第2の半導体領域やその他の相などを有していてもよい。また、前記半導体領域は通常膜状であり、半導体膜であってよい。前記半導体領域の半導体膜の厚さは、特に限定されず、1μm以下であってもよいし、1μm以上であってもよいが、本発明においては、1μm~40μmであるのが好ましく、1μm~25μmであるのがより好ましい。前記半導体膜の表面積は特に限定されないが、1mm以上であってもよいし、1mm以下であってもよい。なお、前記結晶性酸化物半導体は、通常、単結晶であるが、多結晶であってもよい。また、前記半導体膜は、単層膜であってもよいし、多層膜であってもよい。前記半導体膜が多層膜である場合には、前記多層膜が、膜厚40μm以下であるのが好ましく、また、少なくとも第1の半導体層と第2の半導体層とを含む多層膜であって、第1の半導体層上にショットキー電極が設けられる場合には、第1の半導体層のキャリア濃度が、第2の半導体層のキャリア濃度よりも小さい多層膜であるのも好ましい。なお、この場合、第2の半導体層には、通常、ドーパントが含まれており、前記半導体層のキャリア濃度は、ドーピング量を調節することにより、適宜設定することができる。 Further, in the present invention, it is preferable that the semiconductor region contains a crystalline oxide semiconductor as a main component. The crystalline oxide semiconductor preferably has a β-gallia structure or a corundum structure, and more preferably has a corundum structure. Further, the semiconductor region preferably contains a gallium compound as a main component, more preferably contains an InAlGaO-based semiconductor as a main component, and most preferably contains α-Ga 2 O 3 or a mixed crystal thereof as a main component. .. The "main component" is, for example, when the crystalline oxide semiconductor is α-Ga 2 O 3 , the atomic ratio of gallium in the metal element in the semiconductor region is 0.5 or more, and α-Ga. It is sufficient if 2 O 3 is included. In the present invention, the atomic ratio of gallium in the metal element in the semiconductor region is preferably 0.7 or more, more preferably 0.8 or more. Further, the semiconductor region is usually a single-phase region, but may have a second semiconductor region or another phase composed of a different semiconductor phase as long as the object of the present invention is not impaired. Further, the semiconductor region is usually in the form of a film, and may be a semiconductor film. The thickness of the semiconductor film in the semiconductor region is not particularly limited and may be 1 μm or less or 1 μm or more, but in the present invention, it is preferably 1 μm to 40 μm, and 1 μm to 1 μm. It is more preferably 25 μm. The surface area of the semiconductor film is not particularly limited, but may be 1 mm 2 or more, or may be 1 mm 2 or less. The crystalline oxide semiconductor is usually a single crystal, but may be a polycrystal. Further, the semiconductor film may be a single-layer film or a multilayer film. When the semiconductor film is a multilayer film, the multilayer film preferably has a thickness of 40 μm or less, and is a multilayer film including at least a first semiconductor layer and a second semiconductor layer. When the Schottky electrode is provided on the first semiconductor layer, it is also preferable that the carrier concentration of the first semiconductor layer is smaller than the carrier concentration of the second semiconductor layer. In this case, the second semiconductor layer usually contains a dopant, and the carrier concentration of the semiconductor layer can be appropriately set by adjusting the doping amount.

前記半導体膜は、ドーパントが含まれているのが好ましい。前記ドーパントは、特に限定されず、公知のものであってよい。前記ドーパントとしては、例えば、スズ、ゲルマニウム、ケイ素、チタン、ジルコニウム、バナジウムまたはニオブ等のn型ドーパント、またはp型ドーパントなどが挙げられる。本発明においては、前記ドーパントが、Sn、GeまたはSiであるのが好ましい。ドーパントの含有量は、前記半導体膜の組成中、0.00001原子%以上であるのが好ましく、0.00001原子%~20原子%であるのがより好ましく、0.00001原子%~10原子%であるのが最も好ましい。 The semiconductor film preferably contains a dopant. The dopant is not particularly limited and may be a known one. Examples of the dopant include n-type dopants such as tin, germanium, silicon, titanium, zirconium, vanadium and niobium, and p-type dopants. In the present invention, the dopant is preferably Sn, Ge or Si. The content of the dopant is preferably 0.00001 atomic% or more, more preferably 0.00001 atomic% to 20 atomic%, and 0.00001 atomic% to 10 atomic% in the composition of the semiconductor film. Is most preferable.

前記半導体膜は、例えば、ミストCVD法等の手段を用いて形成され、より具体的に例えば、原料溶液を霧化または液滴化し(霧化・液滴化工程)、得られたミストまたは液滴をキャリアガスでもって基体上まで搬送し(搬送工程)、ついで、成膜室内で前記ミストまたは液滴を熱反応させることによって、基体上に結晶性酸化物半導体を主成分として含む半導体膜を積層する(成膜工程)ことにより好適に形成される。 The semiconductor film is formed, for example, by means such as a mist CVD method, and more specifically, for example, the raw material solution is atomized or dropleted (atomization / droplet atomization step), and the obtained mist or liquid is obtained. The droplets are transported onto the substrate with a carrier gas (transportation step), and then the mist or droplets are thermally reacted in the film forming chamber to form a semiconductor film containing a crystalline oxide semiconductor as a main component on the substrate. It is suitably formed by laminating (depositioning step).

(霧化・液滴化工程)
霧化・液滴化工程は、前記原料溶液を霧化または液滴化する。前記原料溶液の霧化手段または液滴化手段は、前記原料溶液を霧化または液滴化できさえすれば特に限定されず、公知の手段であってよいが、本発明においては、超音波を用いる霧化手段または液滴化手段が好ましい。超音波を用いて得られたミストまたは液滴は、初速度がゼロであり、空中に浮遊するので好ましく、例えば、スプレーのように吹き付けるのではなく、空間に浮遊してガスとして搬送することが可能なミストであるので衝突エネルギーによる損傷がないため、非常に好適である。液滴サイズは、特に限定されず、数mm程度の液滴であってもよいが、好ましくは50μm以下であり、より好ましくは100nm~10μmである。
(Atomization / droplet formation process)
The atomization / droplet atomization step atomizes or atomizes the raw material solution. The means for atomizing or dropletizing the raw material solution is not particularly limited as long as the raw material solution can be atomized or atomized, and may be known means, but in the present invention, ultrasonic waves are used. The atomizing means or droplet forming means used is preferable. Mists or droplets obtained using ultrasonic waves are preferable because they have a zero initial velocity and float in the air. For example, instead of spraying like a spray, they may float in space and be transported as gas. Since it is a possible mist, it is not damaged by collision energy, so it is very suitable. The droplet size is not particularly limited and may be a droplet of about several mm, but is preferably 50 μm or less, and more preferably 100 nm to 10 μm.

(原料溶液)
前記原料溶液は、霧化または液滴化が可能であり、半導体領域を形成可能な原料を含んでいれば特に限定されず、無機材料であっても、有機材料であってもよいが、本発明においては、前記原料が、金属または金属化合物であるのが好ましく、ガリウム、鉄、インジウム、アルミニウム、バナジウム、チタン、クロム、ロジウム、ニッケル、コバルト、亜鉛、マグネシウム、カルシウム、シリコン、イットリウム、ストロンチウムおよびバリウムから選ばれる1種または2種以上の金属を含むのがより好ましい。
(Raw material solution)
The raw material solution is not particularly limited as long as it contains a raw material that can be atomized or atomized and can form a semiconductor region, and may be an inorganic material or an organic material. In the invention, the raw material is preferably a metal or a metal compound, preferably gallium, iron, indium, aluminum, vanadium, titanium, chromium, rhodium, nickel, cobalt, zinc, magnesium, calcium, silicon, yttrium, strontium and More preferably, it contains one or more metals selected from gallium.

本発明においては、前記原料溶液として、前記金属を錯体または塩の形態で有機溶媒または水に溶解または分散させたものを好適に用いることができる。錯体の形態としては、例えば、アセチルアセトナート錯体、カルボニル錯体、アンミン錯体、ヒドリド錯体などが挙げられる。塩の形態としては、例えば、有機金属塩(例えば金属酢酸塩、金属シュウ酸塩、金属クエン酸塩等)、硫化金属塩、硝化金属塩、リン酸化金属塩、ハロゲン化金属塩(例えば塩化金属塩、臭化金属塩、ヨウ化金属塩等)などが挙げられる。 In the present invention, as the raw material solution, a solution in which the metal is dissolved or dispersed in an organic solvent or water in the form of a complex or a salt can be preferably used. Examples of the form of the complex include an acetylacetonate complex, a carbonyl complex, an ammine complex, and a hydride complex. Examples of the salt form include organic metal salts (for example, metal acetate, metal oxalate, metal citrate, etc.), metal sulfide salts, nitrified metal salts, phosphorylated metal salts, and halogenated metal salts (for example, metal chloride). Salts, metal bromide salts, metal iodide salts, etc.) and the like.

また、前記原料溶液には、ハロゲン化水素酸や酸化剤等の添加剤を混合するのが好ましい。前記ハロゲン化水素酸としては、例えば、臭化水素酸、塩酸、ヨウ化水素酸などが挙げられるが、中でも、より良質な膜が得られるとの理由から、臭化水素酸またはヨウ化水素酸が好ましい。前記酸化剤としては、例えば、過酸化水素(H)、過酸化ナトリウム(Na)、過酸化バリウム(BaO)、過酸化ベンゾイル(CCO)等の過酸化物、次亜塩素酸(HClO)、過塩素酸、硝酸、オゾン水、過酢酸やニトロベンゼン等の有機過酸化物などが挙げられる。 Further, it is preferable to mix an additive such as a hydrohalic acid or an oxidizing agent with the raw material solution. Examples of the hydrohalogen acid include hydrobromic acid, hydrochloric acid, and hydroiodide, and among them, hydrobromic acid or hydroiodide because a better quality film can be obtained. Is preferable. Examples of the oxidizing agent include hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), sodium peroxide (Na 2 O 2 ), barium peroxide (BaO 2 ), benzoyl peroxide (C 6 H 5 CO) 2 O 2 and the like. Peroxides, hypochlorous acid (HClO), perchloric acid, nitric acid, ozone water, organic peroxides such as peracetic acid and nitrobenzene can be mentioned.

前記原料溶液には、ドーパントが含まれていてもよい。原料溶液にドーパントを含ませることで、ドーピングを良好に行うことができる。前記ドーパントは、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されない。前記ドーパントとしては、例えば、スズ、ゲルマニウム、ケイ素、チタン、ジルコニウム、バナジウムまたはニオブ等のn型ドーパント、またはp型ドーパントなどが挙げられる。ドーパントの濃度は、通常、約1×1016/cm~1×1022/cmであってもよいし、また、ドーパントの濃度を例えば約1×1017/cm以下の低濃度にしてもよい。また、さらに、本発明によれば、ドーパントを約1×1020/cm以上の高濃度で含有させてもよい。本発明においては、1×1017/cm以上のキャリア濃度で含有させるのが好ましい。 The raw material solution may contain a dopant. By including the dopant in the raw material solution, doping can be performed satisfactorily. The dopant is not particularly limited as long as it does not interfere with the object of the present invention. Examples of the dopant include n-type dopants such as tin, germanium, silicon, titanium, zirconium, vanadium and niobium, and p-type dopants. The concentration of the dopant may be usually about 1 × 10 16 / cm 3 to 1 × 10 22 / cm 3 , and the concentration of the dopant may be as low as about 1 × 10 17 / cm 3 or less, for example. You may. Further, according to the present invention, the dopant may be contained in a high concentration of about 1 × 10 20 / cm 3 or more. In the present invention, it is preferably contained at a carrier concentration of 1 × 10 17 / cm 3 or more.

原料溶液の溶媒は、特に限定されず、水等の無機溶媒であってもよいし、アルコール等の有機溶媒であってもよいし、無機溶媒と有機溶媒との混合溶媒であってもよい。本発明においては、前記溶媒が水を含むのが好ましく、水または水とアルコールとの混合溶媒であるのがより好ましい。 The solvent of the raw material solution is not particularly limited, and may be an inorganic solvent such as water, an organic solvent such as alcohol, or a mixed solvent of an inorganic solvent and an organic solvent. In the present invention, the solvent preferably contains water, and more preferably water or a mixed solvent of water and alcohol.

(搬送工程)
搬送工程では、キャリアガスでもって前記ミストまたは前記液滴を成膜室内に搬送する。前記キャリアガスとしては、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されず、例えば、酸素、オゾン、窒素やアルゴン等の不活性ガス、または水素ガスやフォーミングガス等の還元ガスなどが好適な例として挙げられる。また、キャリアガスの種類は1種類であってよいが、2種類以上であってもよく、流量を下げた希釈ガス(例えば10倍希釈ガス等)などを、第2のキャリアガスとしてさらに用いてもよい。また、キャリアガスの供給箇所も1箇所だけでなく、2箇所以上あってもよい。キャリアガスの流量は、特に限定されないが、0.01~20L/分であるのが好ましく、1~10L/分であるのがより好ましい。希釈ガスの場合には、希釈ガスの流量が、0.001~2L/分であるのが好ましく、0.1~1L/分であるのがより好ましい。
(Transport process)
In the transport step, the mist or the droplets are transported to the film forming chamber by the carrier gas. The carrier gas is not particularly limited as long as the object of the present invention is not impaired, and for example, an inert gas such as oxygen, ozone, nitrogen or argon, or a reducing gas such as hydrogen gas or forming gas is a suitable example. Can be mentioned. Further, the type of the carrier gas may be one type, but may be two or more types, and a diluted gas having a reduced flow rate (for example, a 10-fold diluted gas) or the like is further used as the second carrier gas. May be good. Further, the carrier gas may be supplied not only at one place but also at two or more places. The flow rate of the carrier gas is not particularly limited, but is preferably 0.01 to 20 L / min, and more preferably 1 to 10 L / min. In the case of the diluted gas, the flow rate of the diluted gas is preferably 0.001 to 2 L / min, more preferably 0.1 to 1 L / min.

(成膜工程)
成膜工程では、成膜室内で前記ミストまたは液滴を熱反応させることによって、基体上に、前記半導体膜を成膜する。熱反応は、熱でもって前記ミストまたは液滴が反応すればそれでよく、反応条件等も本発明の目的を阻害しない限り特に限定されない。本工程においては、前記熱反応を、通常、溶媒の蒸発温度以上の温度で行うが、高すぎない温度(例えば1000℃)以下が好ましく、650℃以下がより好ましく、300℃~650℃が最も好ましい。また、熱反応は、本発明の目的を阻害しない限り、真空下、非酸素雰囲気下、還元ガス雰囲気下および酸素雰囲気下のいずれの雰囲気下で行われてもよいが、非酸素雰囲気下または酸素雰囲気下で行われるのが好ましい。また、大気圧下、加圧下および減圧下のいずれの条件下で行われてもよいが、本発明においては、大気圧下で行われるのが好ましい。なお、膜厚は、成膜時間を調整することにより、設定することができる。
(Film formation process)
In the film forming step, the semiconductor film is formed on the substrate by thermally reacting the mist or the droplet in the film forming chamber. The thermal reaction may be any effect as long as the mist or droplet reacts with heat, and the reaction conditions and the like are not particularly limited as long as the object of the present invention is not impaired. In this step, the thermal reaction is usually carried out at a temperature equal to or higher than the evaporation temperature of the solvent, but is preferably not too high (for example, 1000 ° C.) or lower, more preferably 650 ° C. or lower, and most preferably 300 ° C. to 650 ° C. preferable. Further, the thermal reaction may be carried out in any of vacuum, non-oxygen atmosphere, reducing gas atmosphere and oxygen atmosphere as long as the object of the present invention is not impaired, but the thermal reaction may be carried out in a non-oxygen atmosphere or oxygen. It is preferably done in an atmosphere. Further, it may be carried out under any conditions of atmospheric pressure, pressurization and depressurization, but in the present invention, it is preferably carried out under atmospheric pressure. The film thickness can be set by adjusting the film formation time.

(基体)
前記基体は、前記半導体膜を支持できるものであれば特に限定されない。前記基体の材料も、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されず、公知の基体であってよく、有機化合物であってもよいし、無機化合物であってもよい。前記基体の形状としては、どのような形状のものであってもよく、あらゆる形状に対して有効であり、例えば、平板や円板等の板状、繊維状、棒状、円柱状、角柱状、筒状、螺旋状、球状、リング状などが挙げられるが、本発明においては、基板が好ましい。基板の厚さは、本発明においては特に限定されない。
(Hypokeimenon)
The substrate is not particularly limited as long as it can support the semiconductor film. The material of the substrate is not particularly limited as long as it does not impair the object of the present invention, and may be a known substrate, an organic compound, or an inorganic compound. The shape of the substrate may be any shape and is effective for any shape, for example, plate-like, fibrous, rod-like, columnar, prismatic, such as a flat plate or a disk. Cylindrical, spiral, spherical, ring-shaped and the like can be mentioned, but in the present invention, a substrate is preferable. The thickness of the substrate is not particularly limited in the present invention.

前記基板は、板状であって、前記半導体膜の支持体となるものであれば特に限定されない。絶縁体基板であってもよいし、半導体基板であってもよいし、金属基板や導電性基板であってもよいが、前記基板が、絶縁体基板であるのが好ましく、また、表面に金属膜を有する基板であるのも好ましい。前記基板としては、例えば、コランダム構造を有する基板材料を主成分として含む下地基板、またはβ-ガリア構造を有する基板材料を主成分として含む下地基板、六方晶構造を有する基板材料を主成分として含む下地基板などが挙げられる。ここで、「主成分」とは、前記特定の結晶構造を有する基板材料が、原子比で、基板材料の全成分に対し、好ましくは50%以上、より好ましくは70%以上、更に好ましくは90%以上含まれることを意味し、100%であってもよい。 The substrate is not particularly limited as long as it has a plate shape and serves as a support for the semiconductor film. It may be an insulator substrate, a semiconductor substrate, a metal substrate or a conductive substrate, but the substrate is preferably an insulator substrate, and the surface is made of metal. A substrate having a film is also preferable. The substrate includes, for example, a base substrate containing a substrate material having a corundum structure as a main component, a substrate substrate containing a substrate material having a β-galia structure as a main component, and a substrate material having a hexagonal structure as a main component. Examples include a base substrate. Here, the "main component" means that the substrate material having the specific crystal structure has an atomic ratio of preferably 50% or more, more preferably 70% or more, still more preferably 90, based on all the components of the substrate material. It means that it is contained in% or more, and may be 100%.

基板材料は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されず、公知のものであってよい。前記のコランダム構造を有する基板材料としては、例えば、α-Al(サファイア基板)またはα-Gaが好適に挙げられ、a面サファイア基板、m面サファイア基板、r面サファイア基板、c面サファイア基板や、α型酸化ガリウム基板(a面、m面またはr面)などがより好適な例として挙げられる。β-ガリア構造を有する基板材料を主成分とする下地基板としては、例えばβ-Ga基板、又はGaとAlとを含みAlが0wt%より多くかつ60wt%以下である混晶体基板などが挙げられる。また、六方晶構造を有する基板材料を主成分とする下地基板としては、例えば、SiC基板、ZnO基板、GaN基板などが挙げられる。 The substrate material is not particularly limited and may be known as long as it does not interfere with the object of the present invention. As the substrate material having the above-mentioned corundum structure, for example, α-Al 2 O 3 (sapphire substrate) or α-Ga 2 O 3 is preferably mentioned, and a-plane sapphire substrate, m-plane sapphire substrate, and r-plane sapphire substrate are preferable. , C-plane sapphire substrate, α-type gallium oxide substrate (a-plane, m-plane or r-plane) and the like are more preferable examples. As the base substrate containing the substrate material having a β-Galia structure as a main component, for example, β-Ga 2 O 3 substrate or Ga 2 O 3 and Al 2 O 3 are included, and Al 2 O 3 is more than 0 wt%. Examples thereof include a mixed crystal substrate having a content of 60 wt% or less. Examples of the base substrate containing a substrate material having a hexagonal structure as a main component include a SiC substrate, a ZnO substrate, and a GaN substrate.

本発明においては、前記成膜工程の後、アニール処理を行ってもよい。アニールの処理温度は、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されず、通常、300℃~650℃であり、好ましくは350℃~550℃である。また、アニールの処理時間は、通常、1分間~48時間であり、好ましくは10分間~24時間であり、より好ましくは30分間~12時間である。なお、アニール処理は、本発明の目的を阻害しない限り、どのような雰囲気下で行われてもよいが、好ましくは非酸素雰囲気下であり、より好ましくは窒素雰囲気下である。 In the present invention, an annealing treatment may be performed after the film forming step. The annealing treatment temperature is not particularly limited as long as it does not impair the object of the present invention, and is usually 300 ° C. to 650 ° C., preferably 350 ° C. to 550 ° C. The annealing treatment time is usually 1 minute to 48 hours, preferably 10 minutes to 24 hours, and more preferably 30 minutes to 12 hours. The annealing treatment may be carried out in any atmosphere as long as the object of the present invention is not impaired, but it is preferably in a non-oxygen atmosphere, and more preferably in a nitrogen atmosphere.

また、本発明においては、前記基体上に、直接、前記半導体膜を設けてもよいし、バッファ層(緩衝層)や応力緩和層等の他の層を介して前記半導体膜を設けてもよい。各層の形成手段は、特に限定されず、公知の手段であってよいが、本発明においては、ミストCVD法が好ましい。 Further, in the present invention, the semiconductor film may be provided directly on the substrate, or the semiconductor film may be provided via another layer such as a buffer layer (buffer layer) or a stress relaxation layer. .. The means for forming each layer is not particularly limited and may be known means, but in the present invention, the mist CVD method is preferable.

本発明においては、前記半導体膜を、前記基体等から剥離する等の公知の手段を用いた後に、前記半導体領域として半導体装置に用いてもよいし、そのまま前記半導体領域として半導体装置に用いてもよい。 In the present invention, the semiconductor film may be used in a semiconductor device as the semiconductor region after using a known means such as peeling from the substrate or the like, or may be used as it is in the semiconductor device as the semiconductor region. good.

また、本発明の半導体装置は、通常、オーミック電極を備える。前記オーミック電極は、公知の電極材料が用いられてよく、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されないが、周期律表第4族または第11族の金属を含むのが好ましい。オーミック電極に用いられる好適な周期律表第4族または第11族の金属は、前記ショットキー電極に含まれる金属と同様であってよい。また、オーミック電極は単層の金属層であってもよいし、2以上の金属層を含んでいてもよい。オーミック電極の形成手段としては、特に限定されず、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法などの公知の手段などが挙げられる。また、オーミック電極を構成する金属は、合金であってもよい。本発明においては、オーミック電極が、Tiまたは/およびAuを含むのが好ましい。 Further, the semiconductor device of the present invention usually includes an ohmic electrode. A known electrode material may be used as the ohmic electrode, and the electrode material is not particularly limited as long as the object of the present invention is not impaired, but it is preferable that the ohmic electrode contains a metal of Group 4 or Group 11 of the Periodic Table. The suitable Group 4 or Group 11 metal of the periodic table used for the ohmic electrode may be the same as the metal contained in the Schottky electrode. Further, the ohmic electrode may be a single metal layer or may include two or more metal layers. The means for forming the ohmic electrode is not particularly limited, and examples thereof include known means such as a vacuum vapor deposition method and a sputtering method. Further, the metal constituting the ohmic electrode may be an alloy. In the present invention, the ohmic electrode preferably contains Ti and / and Au.

以下、図面を用いて本発明の好適な実施の態様をより詳細に説明するが、本発明はこれら実施の態様に限定されるものではない。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings, but the present invention is not limited to these embodiments.

図1は、本発明の好適な実施態様の一つであるジャンクションバリアショットキーダイオード(JBS)を示す。図1の半導体装置は、半導体領域3と、前記半導体領域上に設けられておりかつ前記半導体領域との間にショットキーバリアを形成可能な複数の第1のバリア電極1と、第1のバリア電極1に隣接して設けられておりかつ前記半導体領域3との間に第1のバリア電極1のショットキーバリアのバリアハイトとは異なるバリアハイトのショットキーバリアを形成可能な複数の第2のバリア電極2とを含んでいる。そして、第1のバリア電極1と第2のバリア電極2とは、前記半導体領域3上に交互に設けられており、さらに、第1のバリア電極1と第2のバリア電極2とは、それぞれ同じ電極材料を主成分として含む。本発明においては、半導体領域3上に水平方向に第1のバリア電極と第2のバリア電極とが交互に設けられているのが好ましい。このようにして、熱安定性および密着性により優れ、リーク電流がより軽減されるようにJBSが構成されている。なお、図1の半導体装置は、半導体領域3上にオーミック電極4を備えている。 FIG. 1 shows a junction barrier Schottky diode (JBS), which is one of the preferred embodiments of the present invention. The semiconductor device of FIG. 1 has a plurality of first barrier electrodes 1 provided on the semiconductor region and capable of forming a shotky barrier between the semiconductor region 3, and a first barrier. A plurality of second barrier electrodes provided adjacent to the electrode 1 and capable of forming a shotky barrier having a barrier height different from that of the shotkey barrier of the first barrier electrode 1 between the semiconductor region 3 and the semiconductor region 3. 2 and are included. The first barrier electrode 1 and the second barrier electrode 2 are alternately provided on the semiconductor region 3, and the first barrier electrode 1 and the second barrier electrode 2 are respectively. It contains the same electrode material as the main component. In the present invention, it is preferable that the first barrier electrode and the second barrier electrode are alternately provided on the semiconductor region 3 in the horizontal direction. In this way, the JBS is configured to be superior in thermal stability and adhesion and to further reduce the leakage current. The semiconductor device of FIG. 1 includes an ohmic electrode 4 on the semiconductor region 3.

図1の半導体装置の各層の形成手段は、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されず、公知の手段であってよい。例えば、真空蒸着法やCVD法、スパッタ法、各種コーティング技術等により成膜した後、フォトリソグラフィー法によりパターニングする手段、または印刷技術などを用いて直接パターニングを行う手段などが挙げられる。本発明においては、第2のバリア電極を形成した後、第1のバリア電極を形成するのが好ましい。このような順序でバリア電極を形成することにより、金属材料の選択性がより向上し、プロセスの自由度や設計の自由度もより向上する。 The means for forming each layer of the semiconductor device of FIG. 1 is not particularly limited as long as the object of the present invention is not impaired, and may be known means. For example, a means of forming a film by a vacuum vapor deposition method, a CVD method, a sputtering method, various coating techniques, or the like, and then patterning by a photolithography method, or a means of directly performing patterning by using a printing technique or the like can be mentioned. In the present invention, it is preferable to form the first barrier electrode after forming the second barrier electrode. By forming the barrier electrodes in such an order, the selectivity of the metal material is further improved, and the degree of freedom of the process and the degree of freedom of the design are further improved.

以下、図2および図3を用いて、図1の半導体装置の好ましい製造工程等を説明する。図2(a)は、半導体領域3としての半導体基板上にオーミック電極4が積層されている積層体を示している。オーミック電極の形成は、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されず、ドライ法、ウェット法のいずれでもよい。ドライ法としては、例えば、スパッタ、真空蒸着、CVD等の公知の手段が挙げられる。ウェット法としては、例えば、スクリーン印刷やダイコート等が挙げられる。図2(a)の積層体の半導体領域3上に、第1のバリア電極1を形成し、図2(b)のとおり、第1のバリア電極1、半導体領域3およびオーミック電極4の積層体を得る。その後、第1のバリア電極をアニール処理して、バリアハイトを低減させ、半導体領域3上に第2のバリア電極2を形成し、図2(c)のとおり、第2のバリア電極2、半導体領域3およびオーミック電極4の積層体を得る。 Hereinafter, a preferable manufacturing process and the like of the semiconductor device of FIG. 1 will be described with reference to FIGS. 2 and 3. FIG. 2A shows a laminated body in which the ohmic electrode 4 is laminated on the semiconductor substrate as the semiconductor region 3. The formation of the ohmic electrode is not particularly limited as long as the object of the present invention is not impaired, and either a dry method or a wet method may be used. Examples of the dry method include known means such as sputtering, vacuum deposition, and CVD. Examples of the wet method include screen printing and die coating. The first barrier electrode 1 is formed on the semiconductor region 3 of the laminate of FIG. 2 (a), and as shown in FIG. 2 (b), the laminate of the first barrier electrode 1, the semiconductor region 3 and the ohmic electrode 4 is formed. To get. After that, the first barrier electrode is annealed to reduce the barrier height, the second barrier electrode 2 is formed on the semiconductor region 3, and as shown in FIG. 2C, the second barrier electrode 2 and the semiconductor region are formed. A laminate of 3 and the ohmic electrode 4 is obtained.

図2(c)の積層体を形成した後、フォトリソグラフィー法を用いたエッチングを行い、図3(d)のとおり、第2のバリア電極2の一部を除去する。図3(d)の積層体は、第1のバリア電極と第2のバリア電極とが半導体領域上に交互に設けられるようにパターン化された第2のバリア電極2と、半導体領域3と、オーミック電極4とが積層されている。図3(d)の積層体を得た後、パターン化された第2のバリア電極2および表面に露出している半導体領域3上に、第1のバリア電極1を前記ドライ法(好ましくは真空蒸着法またはスパッタ)または前記ウェット法等により形成し、図3(e)の積層体を得る。図3(e)の積層体は、第1のバリア電極1と第2のバリア電極2と半導体領域3とオーミック電極4とが積層されている。図3(e)の積層体を得た後、フォトリソグラフィー法を用いたエッチングを行い、第2のバリア電極2上の第1のバリア電極1等の不要な部分を取り除き、図3(f)の積層体を得る。図3(f)の積層体は、半導体領域3と、前記半導体領域3上に設けられておりかつ前記半導体領域との間にショットキーバリアを形成可能な複数の第1のバリア電極1と、第1のバリア電極に隣接して設けられておりかつ前記半導体領域3との間に第1のバリア電極1のショットキーバリアのバリアハイトとは異なるバリアハイトのショットキーバリアを形成可能な複数の第2のバリア電極2とが、前記半導体領域3上に交互に設けられており、さらに、それぞれ同じ電極材料を主成分として含むものであり、本発明に含まれるものである。 After forming the laminate of FIG. 2 (c), etching is performed using a photolithography method, and a part of the second barrier electrode 2 is removed as shown in FIG. 3 (d). In the laminate of FIG. 3D, the second barrier electrode 2 and the semiconductor region 3 are patterned so that the first barrier electrode and the second barrier electrode are alternately provided on the semiconductor region. The ohmic electrode 4 is laminated. After obtaining the laminate of FIG. 3D, the first barrier electrode 1 is placed on the patterned second barrier electrode 2 and the semiconductor region 3 exposed on the surface by the dry method (preferably vacuum). It is formed by a vapor deposition method or a sputtering method) or the wet method, or the like to obtain the laminate of FIG. 3 (e). In the laminated body of FIG. 3 (e), the first barrier electrode 1, the second barrier electrode 2, the semiconductor region 3 and the ohmic electrode 4 are laminated. After obtaining the laminate of FIG. 3 (e), etching using a photolithography method is performed to remove unnecessary portions such as the first barrier electrode 1 on the second barrier electrode 2, and FIG. 3 (f) is shown. To obtain a laminate of. The laminate of FIG. 3 (f) includes a semiconductor region 3 and a plurality of first barrier electrodes 1 provided on the semiconductor region 3 and capable of forming a shotky barrier between the semiconductor region 3 and the semiconductor region 3. A plurality of second barriers provided adjacent to the first barrier electrode and capable of forming a shotky barrier having a barrier height different from that of the shotkey barrier of the first barrier electrode 1 between the semiconductor region 3 and the semiconductor region 3. Barrier electrodes 2 are alternately provided on the semiconductor region 3, and each contains the same electrode material as a main component, which is included in the present invention.

また、図4を用いて、図1の半導体装置の好ましい別の製造工程等を説明する。図4(a)は半導体領域3としての半導体基板を示している。図4(a)の半導体領域3を用いて、半導体基板上に、前記ドライ法または前記ウェット法により、第1のバリア電極1を形成し、図4(b)の積層体を得る。図4(b)の積層体は、半導体領域3上に第1のバリア電極1が形成されている。図4(b)の積層体を得た後、レーザーアニールまたは電子ビームアニールでもって局所加熱することにより、バリアハイトを調整し、局所的に第1のバリア電極1から第2のバリア電極2を形成し、図4(c)の積層体を得る。レーザーアニールや電子ビールアニールの処理条件等は、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されない。図4(c)の積層体は、第1のバリア電極1と第2のバリア電極2とが、半導体領域3上に交互に設けられている。図4(c)の積層体を得た後、前記ドライ法または前記ウェット法により、半導体領域3上に、オーミック電極4を形成し、図4(d)の積層体を得る。図4(d)の積層体は、図3(f)の積層体と同様であり、本発明に含まれる。 In addition, another preferable manufacturing process of the semiconductor device of FIG. 1 will be described with reference to FIG. FIG. 4A shows a semiconductor substrate as the semiconductor region 3. Using the semiconductor region 3 of FIG. 4A, the first barrier electrode 1 is formed on the semiconductor substrate by the dry method or the wet method to obtain the laminate of FIG. 4B. In the laminate of FIG. 4B, the first barrier electrode 1 is formed on the semiconductor region 3. After obtaining the laminate of FIG. 4B, the barrier height is adjusted by locally heating by laser annealing or electron beam annealing, and the first barrier electrode 1 to the second barrier electrode 2 are locally formed. Then, the laminated body of FIG. 4 (c) is obtained. The processing conditions for laser annealing and electronic beer annealing are not particularly limited as long as the object of the present invention is not impaired. In the laminated body of FIG. 4C, the first barrier electrode 1 and the second barrier electrode 2 are alternately provided on the semiconductor region 3. After obtaining the laminated body of FIG. 4 (c), the ohmic electrode 4 is formed on the semiconductor region 3 by the dry method or the wet method, and the laminated body of FIG. 4 (d) is obtained. The laminated body of FIG. 4 (d) is the same as the laminated body of FIG. 3 (f), and is included in the present invention.

図5は、本発明の実施の別態様として、本発明のガードリングを備えた半導体装置を示す。図5の半導体装置は、半導体領域3にオーミック電極4が設けられており、オーミック電極4が設けられている側とは反対側の半導体領域3上に、第1のバリア電極1と第2のバリア電極2とが交互に設けられており、さらに、バリア電極の外周辺部にガードリング5が設けられている。なお、図5の半導体装置は、図1の半導体装置とは、バリア電極の周辺部にガードリング5が設けられている点で異なる。本発明においては、第1のバリア電極と第2のバリア電極とが半導体領域上に交互に設けられたバリア電極を用いるので、ガードリングを半導体領域上に容易に設けることができ、また、耐圧をより効果的により良好なものとすることができる。またさらに、ガードリングにバリアハイトの高い金属を用いることにより、バリア電極の形成とあわせてガードリングを工業的有利に設けることができ、半導体領域にあまり影響を与えることなく、オン抵抗も悪化させずに形成することができる。 FIG. 5 shows a semiconductor device provided with a guard ring of the present invention as another embodiment of the present invention. In the semiconductor device of FIG. 5, the ohmic electrode 4 is provided in the semiconductor region 3, and the first barrier electrode 1 and the second barrier electrode 1 and the second barrier electrode 4 are provided on the semiconductor region 3 on the side opposite to the side where the ohmic electrode 4 is provided. Barrier electrodes 2 are alternately provided, and a guard ring 5 is further provided on the outer peripheral portion of the barrier electrode. The semiconductor device of FIG. 5 is different from the semiconductor device of FIG. 1 in that a guard ring 5 is provided around the barrier electrode. In the present invention, since the barrier electrodes in which the first barrier electrode and the second barrier electrode are alternately provided on the semiconductor region are used, the guard ring can be easily provided on the semiconductor region, and the withstand voltage is increased. Can be made more effective and better. Furthermore, by using a metal having a high barrier height for the guard ring, the guard ring can be provided in an industrially advantageous manner together with the formation of the barrier electrode, which does not affect the semiconductor region so much and does not deteriorate the on-resistance. Can be formed into.

前記ガードリングには、通常、バリアハイトの高い材料が用いられる。前記ガードリングに用いられる材料としては、例えば、バリアハイトが1eV以上の導電性材料などが挙げられ、前記電極材料と同じものであってもよい。本発明においては、前記ガードリングに用いられる材料が、耐圧構造の設計自由度が高く、ガードリングを多く設けることもでき、柔軟に耐圧をより良好なものとすることができるので、前記金属であるのが好ましい。また、ガードリングの形状としては、特に限定されず、例えば、コ字形状、L字形状または帯状などが挙げられる。ガードリングの本数も特に限定されないが、好ましくは3本以上、より好ましくは6本以上である。 A material having a high barrier height is usually used for the guard ring. Examples of the material used for the guard ring include a conductive material having a barrier height of 1 eV or more, and may be the same as the electrode material. In the present invention, the material used for the guard ring has a high degree of freedom in designing the pressure-resistant structure, a large number of guard rings can be provided, and the pressure resistance can be flexibly improved. It is preferable to have it. The shape of the guard ring is not particularly limited, and examples thereof include a U-shape, an L-shape, and a band shape. The number of guard rings is not particularly limited, but is preferably 3 or more, and more preferably 6 or more.

図6は、本発明の好適な実施態様の一つであるジャンクションバリアショットキーダイオード(JBS)を示す。図6の半導体装置は、図1の半導体装置とは、第1のバリア電極1が半導体領域3に埋め込まれている点で異なる。このようにして第1のバリア電極1を埋め込むことによって、より耐圧等の半導体特性に優れた半導体装置を得ることができる。 FIG. 6 shows a junction barrier Schottky diode (JBS), which is one of the preferred embodiments of the present invention. The semiconductor device of FIG. 6 differs from the semiconductor device of FIG. 1 in that the first barrier electrode 1 is embedded in the semiconductor region 3. By embedding the first barrier electrode 1 in this way, a semiconductor device having more excellent semiconductor characteristics such as withstand voltage can be obtained.

以下、図7を用いて、図6の半導体装置の好ましい製造工程等を説明する。図7(a)は、半導体領域3としての半導体基板上にオーミック電極4が積層されており、その反対側に第2のバリア電極2が形成されている積層体を示している。第2のバリア電極2は、第1のバリア電極を積層した後、加熱処理または表面処理により第2のバリア電極2としたものであるのが好ましい。そして、図7(a)の積層体に対して、フォトリソグラフィー法を用いたエッチングを行い、図7(b)のとおり、第2のバリア電極2の一部と半導体領域3の一部とを除去する。図7(b)の積層体は、第1のバリア電極と第2のバリア電極とが半導体領域上に交互に設けられるようにパターン化された第2のバリア電極2と、半導体領域3と、オーミック電極4とが積層されている。図7(b)の積層体を得た後、パターン化された第2のバリア電極2および表面に露出している半導体領域3上に、第1のバリア電極1を前記ドライ法(好ましくは真空蒸着法またはスパッタ)または前記ウェット法等により形成し、図7(c)の積層体を得る。図7(c)の積層体は、第1のバリア電極1と第2のバリア電極2と半導体領域3とオーミック電極4とが積層されている。図7(c)の積層体を得た後、フォトリソグラフィー法を用いたエッチングを行い、第2のバリア電極2上の第1のバリア電極1等の不要な部分を取り除き、図7(d)の積層体を得る。図7(d)の積層体は、第1のバリア電極1が、前記半導体領域3に埋め込められており、さらに第2のバリア電極2と交互に設けられた構造をしているので、耐圧により優れている。 Hereinafter, a preferable manufacturing process and the like of the semiconductor device of FIG. 6 will be described with reference to FIG. 7. FIG. 7A shows a laminated body in which an ohmic electrode 4 is laminated on a semiconductor substrate as a semiconductor region 3 and a second barrier electrode 2 is formed on the opposite side thereof. It is preferable that the second barrier electrode 2 is formed into the second barrier electrode 2 by heat treatment or surface treatment after laminating the first barrier electrode. Then, the laminated body of FIG. 7A is etched by using a photolithography method, and as shown in FIG. 7B, a part of the second barrier electrode 2 and a part of the semiconductor region 3 are formed. Remove. In the laminate of FIG. 7B, the second barrier electrode 2 and the semiconductor region 3 are patterned so that the first barrier electrode and the second barrier electrode are alternately provided on the semiconductor region. The ohmic electrode 4 is laminated. After obtaining the laminate of FIG. 7B, the first barrier electrode 1 is placed on the patterned second barrier electrode 2 and the semiconductor region 3 exposed on the surface by the dry method (preferably vacuum). It is formed by a vapor deposition method or a sputtering method) or the wet method, or the like to obtain the laminate shown in FIG. 7 (c). In the laminated body of FIG. 7C, the first barrier electrode 1, the second barrier electrode 2, the semiconductor region 3 and the ohmic electrode 4 are laminated. After obtaining the laminate of FIG. 7 (c), etching using a photolithography method is performed to remove unnecessary portions such as the first barrier electrode 1 on the second barrier electrode 2, and FIG. 7 (d) is used. To obtain a laminate of. The laminated body of FIG. 7D has a structure in which the first barrier electrode 1 is embedded in the semiconductor region 3 and is provided alternately with the second barrier electrode 2, so that the pressure resistance can be increased. Are better.

図8は、本発明の好適な実施態様の一つであるジャンクションバリアショットキーダイオード(JBS)を示す。図8の半導体装置は、図1の半導体装置とは、バリア電極の外周辺部にガードリング5が設けられている点、第1のバリア電極1が半導体領域3に埋め込まれている点において異なる。このように構成することによって、より耐圧等の半導体特性に優れた半導体装置を得ることができる。 FIG. 8 shows a junction barrier Schottky diode (JBS), which is one of the preferred embodiments of the present invention. The semiconductor device of FIG. 8 differs from the semiconductor device of FIG. 1 in that a guard ring 5 is provided on the outer peripheral portion of the barrier electrode and that the first barrier electrode 1 is embedded in the semiconductor region 3. .. With such a configuration, a semiconductor device having more excellent semiconductor characteristics such as withstand voltage can be obtained.

以下、図9および図10を用いて、図8の半導体装置の好ましい製造工程等を説明する。図9(a)は、半導体領域3としての半導体基板上にオーミック電極4が積層されており、その反対側に第2のバリア電極2が形成されている積層体を示している。第2のバリア電極2は、第1のバリア電極を積層した後、加熱処理または表面処理により第2のバリア電極2としたものであるのが好ましい。そして、図9(a)の積層体に対して、フォトリソグラフィー法を用いたエッチングを行い、図9(b)のとおり、第2のバリア電極2の一部と半導体領域3の一部とを除去する。図9(b)の積層体は、第1のバリア電極と第2のバリア電極とが半導体領域上に交互に設けられるようにパターン化された第2のバリア電極2と、半導体領域3と、オーミック電極4とが積層されている。図9(b)の積層体を得た後、パターン化された第2のバリア電極2および表面に露出している半導体領域3上に、第1のバリア電極1を前記ドライ法(好ましくは真空蒸着法またはスパッタ)または前記ウェット法等により形成し、図9(c)の積層体を得る。 Hereinafter, a preferable manufacturing process and the like of the semiconductor device of FIG. 8 will be described with reference to FIGS. 9 and 10. FIG. 9A shows a laminated body in which an ohmic electrode 4 is laminated on a semiconductor substrate as a semiconductor region 3 and a second barrier electrode 2 is formed on the opposite side thereof. It is preferable that the second barrier electrode 2 is formed into the second barrier electrode 2 by heat treatment or surface treatment after laminating the first barrier electrode. Then, the laminated body of FIG. 9A is etched by using a photolithography method, and as shown in FIG. 9B, a part of the second barrier electrode 2 and a part of the semiconductor region 3 are formed. Remove. In the laminate of FIG. 9B, the second barrier electrode 2 and the semiconductor region 3 are patterned so that the first barrier electrode and the second barrier electrode are alternately provided on the semiconductor region. The ohmic electrode 4 is laminated. After obtaining the laminate of FIG. 9B, the first barrier electrode 1 is placed on the patterned second barrier electrode 2 and the semiconductor region 3 exposed on the surface by the dry method (preferably vacuum). It is formed by a vapor deposition method or a sputtering method) or the wet method, or the like to obtain the laminate shown in FIG. 9 (c).

そして、図9(c)の積層体に対して、フォトリソグラフィー法を用いたエッチングを行い、図10(d)のとおり、第1のバリア電極1の一部、第2のバリア電極2の一部および半導体領域3の一部を除去する。図10(d)の積層体は、ガードリングを形成可能なように、第1のバリア電極1、第2のバリア電極2、半導体領域3およびオーミック電極4がそれぞれ積層されている。図10(d)の積層体を得た後、表面に露出している半導体領域3上に、ガードリング5を前記ドライ法(好ましくは真空蒸着法またはスパッタ)または前記ウェット法等により形成し、図10(e)の積層体を得る。図10(e)の積層体は、ガードリング5、第1のバリア電極1、第2のバリア電極2、半導体領域3およびオーミック電極4がそれぞれ積層されている。図10(e)の積層体を得た後、フォトリソグラフィー法を用いたエッチングを行い、不要な部分を取り除き、図10(f)の積層体を得る。図10(f)の積層体は、第1のバリア電極1が、前記半導体領域3に埋め込められており、さらに周辺部にガードリングを備えており、またさらに、第2のバリア電極2と交互に設けられた構造をしているので、耐圧等において、より優れている。 Then, the laminated body of FIG. 9C is etched by a photolithography method, and as shown in FIG. 10D, a part of the first barrier electrode 1 and one of the second barrier electrodes 2 are obtained. The portion and a part of the semiconductor region 3 are removed. In the laminated body of FIG. 10D, a first barrier electrode 1, a second barrier electrode 2, a semiconductor region 3 and an ohmic electrode 4 are laminated so that a guard ring can be formed. After obtaining the laminate of FIG. 10D, a guard ring 5 is formed on the semiconductor region 3 exposed on the surface by the dry method (preferably vacuum vapor deposition method or sputtering), the wet method, or the like. The laminated body of FIG. 10 (e) is obtained. In the laminated body of FIG. 10 (e), a guard ring 5, a first barrier electrode 1, a second barrier electrode 2, a semiconductor region 3 and an ohmic electrode 4 are laminated, respectively. After obtaining the laminate of FIG. 10 (e), etching using a photolithography method is performed to remove unnecessary portions to obtain the laminate of FIG. 10 (f). In the laminated body of FIG. 10 (f), the first barrier electrode 1 is embedded in the semiconductor region 3, and a guard ring is further provided in the peripheral portion, and further, the first barrier electrode 1 alternates with the second barrier electrode 2. Since it has the structure provided in, it is more excellent in terms of pressure resistance and the like.

前記半導体装置は、とりわけ、パワーデバイスに有用である。前記半導体装置としては、例えば、ダイオードまたはトランジスタ(例えば、MESFET等)などが挙げられるが、中でもダイオードが好ましく、ジャンクションバリアショットキーダイオード(JBS)がより好ましい。 The semiconductor device is particularly useful for power devices. Examples of the semiconductor device include a diode or a transistor (for example, MESFET), and among them, a diode is preferable, and a junction barrier Schottky diode (JBS) is more preferable.

本発明の半導体装置は、上記した事項に加え、さらに公知の手段を用いて、パワーモジュール、インバータまたはコンバータとして好適に用いられ、さらには、例えば電源装置を用いた半導体システム等に好適に用いられる。前記電源装置は、公知の手段を用いて、配線パターン等に接続するなどすることにより、前記半導体装置からまたは前記半導体装置として作製することができる。図11に電源システムの例を示す。図11は、複数の前記電源装置と制御回路を用いて電源システムを構成している。前記電源システムは、図12に示すように、電子回路と組み合わせてシステム装置に用いることができる。なお、電源装置の電源回路図の一例を図13に示す。図13は、パワー回路と制御回路からなる電源装置の電源回路を示しており、インバータ(MOSFET:A~Dで構成)によりDC電圧を高周波でスイッチングしACへ変換後、トランスで絶縁及び変圧を実施し、整流MOSFET(A~B’)で整流後、DCL(平滑用コイルL1,L2)とコンデンサにて平滑し、直流電圧を出力する。この時に電圧比較器で出力電圧を基準電圧と比較し、所望の出力電圧となるようPWM制御回路でインバータ及び整流MOSFETを制御する。 In addition to the above-mentioned matters, the semiconductor device of the present invention is suitably used as a power module, an inverter or a converter by using known means, and further preferably used for a semiconductor system using a power supply device or the like. .. The power supply device can be manufactured from the semiconductor device or as the semiconductor device by connecting to a wiring pattern or the like by using a known means. FIG. 11 shows an example of a power supply system. In FIG. 11, a power supply system is configured by using the plurality of power supply devices and control circuits. As shown in FIG. 12, the power supply system can be used in a system device in combination with an electronic circuit. An example of the power supply circuit diagram of the power supply device is shown in FIG. FIG. 13 shows a power supply circuit of a power supply device including a power circuit and a control circuit. A DC voltage is switched at a high frequency by an inverter (PWM: A to D), converted to AC, and then isolated and transformed by a transformer. This is performed, rectified by a rectifying MOSFET (A to B'), smoothed by a DCL (smoothing coils L1 and L2) and a capacitor, and a DC voltage is output. At this time, the output voltage is compared with the reference voltage by the voltage comparator, and the inverter and the rectifier MOSFET are controlled by the PWM control circuit so as to obtain the desired output voltage.

(実施例1)
1-1.n-型半導体層の形成
1-1-1.成膜装置
図14を用いて、実施例で用いたミストCVD装置19を説明する。ミストCVD装置19は、基板20を載置するサセプタ21と、キャリアガスを供給するキャリアガス供給手段22aと、キャリアガス供給手段22aから送り出されるキャリアガスの流量を調節するための流量調節弁23aと、キャリアガス(希釈)を供給するキャリアガス(希釈)供給手段22bと、キャリアガス(希釈)供給手段22bから送り出されるキャリアガスの流量を調節するための流量調節弁23bと、原料溶液24aが収容されるミスト発生源24と、水25aが入れられる容器25と、容器25の底面に取り付けられた超音波振動子26と、内径40mmの石英管からなる供給管27と、供給管27の周辺部に設置されたヒーター28とを備えている。サセプタ21は、石英からなり、基板20を載置する面が水平面から傾斜している。成膜室となる供給管27とサセプタ21をどちらも石英で作製することにより、基板20上に形成される膜内に装置由来の不純物が混入することを抑制している。
(Example 1)
1-1. Formation of n-type semiconductor layer 1-1-1. Film formation device The mist CVD device 19 used in the examples will be described with reference to FIG. The mist CVD device 19 includes a susceptor 21 on which the substrate 20 is placed, a carrier gas supply means 22a for supplying the carrier gas, and a flow control valve 23a for adjusting the flow rate of the carrier gas sent out from the carrier gas supply means 22a. , A carrier gas (diluted) supply means 22b for supplying a carrier gas (diluted), a flow control valve 23b for adjusting the flow rate of the carrier gas sent out from the carrier gas (diluted) supply means 22b, and a raw material solution 24a are accommodated. A supply pipe 27 composed of a mist generation source 24, a container 25 in which water 25a is placed, an ultrasonic transducer 26 attached to the bottom surface of the container 25, and a quartz tube having an inner diameter of 40 mm, and a peripheral portion of the supply tube 27. It is equipped with a heater 28 installed in. The susceptor 21 is made of quartz, and the surface on which the substrate 20 is placed is inclined from the horizontal plane. By making both the supply tube 27 and the susceptor 21 serving as the film forming chamber from quartz, it is possible to prevent impurities derived from the apparatus from being mixed in the film formed on the substrate 20.

1-1-2.原料溶液の作製
0.1M臭化ガリウム水溶液に臭化水素酸を体積比で20%含有させ、これを原料溶液とした。
1-1-2. Preparation of raw material solution A 0.1 M gallium bromide aqueous solution contained 20% by volume of hydrobromic acid, and this was used as a raw material solution.

1-1-3.成膜準備
上記1-1-2.で得られた原料溶液24aをミスト発生源24内に収容した。次に、基板20として、サファイア基板をサセプタ21上に設置し、ヒーター28を作動させて成膜室27内の温度を480℃にまで昇温させた。次に、流量調節弁23a、23bを開いて、キャリアガス源であるキャリアガス供給手段22a、22bからキャリアガスを成膜室27内に供給し、成膜室27の雰囲気をキャリアガスで十分に置換した後、キャリアガスの流量を5L/分に、キャリアガス(希釈)の流量を0.5L/分にそれぞれ調節した。なお、キャリアガスとして窒素を用いた。
1-1-3. Preparation for film formation 1-1-2. The raw material solution 24a obtained in 1) was housed in the mist generation source 24. Next, as the substrate 20, a sapphire substrate was placed on the susceptor 21, and the heater 28 was operated to raise the temperature in the film forming chamber 27 to 480 ° C. Next, the flow control valves 23a and 23b are opened, carrier gas is supplied into the film forming chamber 27 from the carrier gas supply means 22a and 22b which are carrier gas sources, and the atmosphere of the film forming chamber 27 is sufficiently filled with the carrier gas. After the substitution, the flow rate of the carrier gas was adjusted to 5 L / min, and the flow rate of the carrier gas (diluted) was adjusted to 0.5 L / min. Nitrogen was used as the carrier gas.

1-1-4.半導体膜形成
次に、超音波振動子26を2.4MHzで振動させ、その振動を、水25aを通じて原料溶液24aに伝播させることによって、原料溶液24aを霧化させてミストを生成した。このミストが、キャリアガスによって成膜室27内に導入され、大気圧下、510℃にて、成膜室27内でミストが反応して、基板20上に半導体膜が形成された。なお、膜厚は2.5μmであり、成膜時間は180分間であった。
1-1-4. Semiconductor film formation Next, the ultrasonic transducer 26 was vibrated at 2.4 MHz, and the vibration was propagated to the raw material solution 24a through water 25a to atomize the raw material solution 24a to generate mist. This mist was introduced into the film forming chamber 27 by the carrier gas, and the mist reacted in the film forming chamber 27 at 510 ° C. under atmospheric pressure to form a semiconductor film on the substrate 20. The film thickness was 2.5 μm, and the film formation time was 180 minutes.

1-1-5.評価
XRD回折装置を用いて、上記1-1-4.にて得られた膜の相の同定を行ったところ、得られた膜はα-Gaであった。
1-1-5. Evaluation 1-1-4. When the phase of the membrane obtained in 1 was identified , the obtained membrane was α-Ga 203.

1-2.n+型半導体層の形成
0.05Mガリウムアセチルアセトナート水溶液に塩酸を体積比で1.5%および塩化スズ0.2%をそれぞれ含有させ、これを原料溶液としたこと以外、上記1-1.と同様にして、上記1-1.で得られたn-型半導体層上に半導体膜を成膜した。得られた膜につき、XRD回折装置を用いて、膜の相の同定を行ったところ、得られた膜はα-Gaであった。
1-2. Formation of n + type semiconductor layer Except that hydrochloric acid was contained in a 0.05 M gallium acetylacetonate aqueous solution in a volume ratio of 1.5% and tin chloride in 0.2%, respectively, and these were used as raw material solutions. In the same manner as above 1-1. A semiconductor film was formed on the n-type semiconductor layer obtained in 1. When the phase of the obtained membrane was identified using an XRD diffractometer , the obtained membrane was α - Ga 203.

1-3.オーミック電極の形成
図1に示すとおり、n+型半導体層上に、Ti層およびAu層をそれぞれ電子ビーム蒸着にて積層した。なお、Ti層の厚さは35nmであり、Au層の厚さは175nmであった。
1-3. Formation of Ohmic Electrode As shown in FIG. 1, a Ti layer and an Au layer were laminated on an n + type semiconductor layer by electron beam vapor deposition, respectively. The thickness of the Ti layer was 35 nm, and the thickness of the Au layer was 175 nm.

1-4.ショットキー電極の形成
サファイア基板を剥離後、n-型半導体層上に、Pt層を電子ビーム蒸着にて積層した。そして、高速アニール装置(RTA)を用いて窒素雰囲気で400℃30秒間アニール処理し、図2に示すとおり、第2のバリア電極を形成した。また、フォトリソグラフィーおよびエッチング処理に付し、図3に示すとおり、第1のバリア電極を形成した。なお、第1のバリア電極の金属層の形成は、Pt層を電子ビーム蒸着にて積層することにより行った。
1-4. Formation of Schottky Electrode After peeling off the sapphire substrate, a Pt layer was laminated on an n-type semiconductor layer by electron beam vapor deposition. Then, an annealing treatment was performed at 400 ° C. for 30 seconds in a nitrogen atmosphere using a high-speed annealing device (RTA) to form a second barrier electrode as shown in FIG. Further, it was subjected to photolithography and etching treatment to form a first barrier electrode as shown in FIG. The metal layer of the first barrier electrode was formed by laminating the Pt layer by electron beam vapor deposition.

1-5.評価
IV測定を実施した。その結果、第1のバリア電極のバリアハイトは、1.5eVであり、第2のバリア電極のバリアハイトは0.9eVであった。なお、第2のバリア電極についてのIV測定結果を図15に示す。また、温度変化によっても特性が変わらず、半導体特性において非常に良好であった。
1-5. Evaluation IV measurements were performed. As a result, the barrier height of the first barrier electrode was 1.5 eV, and the barrier height of the second barrier electrode was 0.9 eV. The IV measurement results for the second barrier electrode are shown in FIG. In addition, the characteristics did not change with changes in temperature, and the semiconductor characteristics were very good.

(実施例2)
2-1.n+型半導体層の形成
サファイア上にn-型半導体層を形成せずに、n+型半導体層をサファイア上に形成した。なお、表面にn-型半導体層が形成されているサファイア基板を用いずに、n-型半導体層が表面に形成されていないサファイア基板を用いたこと以外、実施例1と同様にしてn+型半導体層を形成した。実施例1と同様にしてXRD回折装置を用いて、得られた膜の相の同定を行ったところ、得られた膜はα-Gaであった。
(Example 2)
2-1. Formation of n + type semiconductor layer An n + type semiconductor layer was formed on sapphire without forming an n− type semiconductor layer on sapphire. The n + type is the same as in Example 1 except that the sapphire substrate having the n-type semiconductor layer formed on the surface is not used and the sapphire substrate having the n-type semiconductor layer not formed on the surface is used. A semiconductor layer was formed. When the phase of the obtained film was identified using the XRD diffractometer in the same manner as in Example 1 , the obtained film was α-Ga 203.

2-2.n-型半導体層の形成
0.1M臭化ガリウム水溶液に臭化水素酸を体積比で20%含有させた原料溶液を用いたこと以外、上記2-1.と同様にして、上記2-1.で得られたn+型半導体層上に成膜した。得られた膜につき、XRD回折装置を用いて、膜の相の同定を行ったところ、得られた膜はα-Gaであった。
2-2. Formation of n-type semiconductor layer The above 2-1. In the same manner as above 2-1. A film was formed on the n + type semiconductor layer obtained in 1. When the phase of the obtained membrane was identified using an XRD diffractometer , the obtained membrane was α - Ga 203.

2-3.ショットキー電極の形成
n-型半導体層上に、Pt層を電子ビーム蒸着にて積層し、ついでPt層に対し、図1に示す通り、第2のバリア電極2に相当する箇所に対して、局所的にレーザーアニール(400℃)を施した。
2-3. Formation of Schottky Electrode A Pt layer is laminated on an n-type semiconductor layer by electron beam vapor deposition, and then on the Pt layer, as shown in FIG. 1, for a portion corresponding to the second barrier electrode 2. Laser annealing (400 ° C.) was locally performed.

2-4.オーミック電極の形成
サファイア基板を剥離後、図1に示すとおり、n+型半導体層上に、Ti層およびAu層をそれぞれ電子ビーム蒸着にて積層した。なお、Ti層の厚さは35nmであり、Au層の厚さは175nmであった。
2-4. Formation of Ohmic Electrode After peeling off the sapphire substrate, a Ti layer and an Au layer were laminated on the n + type semiconductor layer by electron beam deposition, respectively, as shown in FIG. The thickness of the Ti layer was 35 nm, and the thickness of the Au layer was 175 nm.

2-5.評価
IV測定を実施した。その結果、レーザーアニールを行っていない第1のバリア電極のバリアハイトは、1.2eV以上であり、レーザーアニールを行った第2のバリア電極のバリアハイトは0.94eV以下であった。
2-5. Evaluation IV measurements were performed. As a result, the barrier height of the first barrier electrode not subjected to laser annealing was 1.2 eV or more, and the barrier height of the second barrier electrode subjected to laser annealing was 0.94 eV or less.

本発明の半導体装置は、半導体(例えば化合物半導体電子デバイス等)、電子部品・電気機器部品、光学・電子写真関連装置、工業部材などあらゆる分野に用いることができるが、とりわけ、パワーデバイスに有用である。 The semiconductor device of the present invention can be used in all fields such as semiconductors (for example, compound semiconductor electronic devices, etc.), electronic parts / electrical equipment parts, optical / electrophotographic related devices, industrial parts, etc., but is particularly useful for power devices. be.

1 第1のバリア電極
2 第2のバリア電極
3 半導体領域
4 オーミック電極
5 ガードリング
19 ミストCVD装置
20 基板
21 サセプタ
22a キャリアガス供給手段
22b キャリアガス(希釈)供給手段
23a 流量調節弁
23b 流量調節弁
24 ミスト発生源
24a 原料溶液
25 容器
25a 水
26 超音波振動子
27 供給管
28 ヒーター
29 排気口

1 First barrier electrode 2 Second barrier electrode 3 Semiconductor region 4 Ohmic electrode 5 Guard ring 19 Mist CVD device 20 Board 21 Suceptor 22a Carrier gas supply means 22b Carrier gas (dilution) supply means 23a Flow control valve 23b Flow control valve 24 Mist source 24a Raw material solution 25 Container 25a Water 26 Ultrasonic transducer 27 Supply pipe 28 Heater 29 Exhaust port

Claims (14)

結晶性酸化物半導体を主成分として含む半導体領域と、該半導体領域上に設けられているバリア電極とを少なくとも備えている半導体装置であって、前記バリア電極は、前記半導体領域上に設けられておりかつ前記半導体領域との間にショットキーバリアを形成可能な複数の第1のバリア電極と、第1のバリア電極に隣接して設けられておりかつ前記半導体領域との間に第1のバリア電極のショットキーバリアのバリアハイトとは異なるバリアハイトのショットキーバリアを形成可能な複数の第2のバリア電極とを含んでおり、第1のバリア電極と第2のバリア電極とは、前記半導体領域上に交互に設けられており、さらに、それぞれ同じ電極材料を主成分として含むことを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device including at least a semiconductor region containing a crystalline oxide semiconductor as a main component and a barrier electrode provided on the semiconductor region, wherein the barrier electrode is provided on the semiconductor region. A plurality of first barrier electrodes capable of forming a shotkey barrier between the semiconductor region and the semiconductor region, and a first barrier provided adjacent to the first barrier electrode and between the semiconductor region. A plurality of second barrier electrodes capable of forming a shotky barrier having a barrier height different from the barrier height of the shot key barrier of the electrode are included, and the first barrier electrode and the second barrier electrode are on the semiconductor region. A semiconductor device that is alternately provided in the above and further contains the same electrode material as a main component. 前記第1のバリア電極と前記第2のバリア電極とが交互に設けられた前記バリア電極の外端には前記第1のバリア電極が位置しており、前記第1のバリア電極のバリアハイトが、前記第2のバリア電極のバリアハイトよりも高い請求項1記載の半導体装置。 The first barrier electrode is located at the outer end of the barrier electrode in which the first barrier electrode and the second barrier electrode are alternately provided, and the barrier height of the first barrier electrode is set. The semiconductor device according to claim 1, which is higher than the barrier height of the second barrier electrode. 前記電極材料が金属である請求項1または2に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein the electrode material is a metal. 第1のバリア電極のショットキーバリアのバリアハイトが、1eV以上である請求項1~3のいずれかに記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, wherein the barrier height of the Schottky barrier of the first barrier electrode is 1 eV or more. 第2のバリア電極のショットキーバリアハイトが、1eV未満である請求項1~4のいずれかに記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 4, wherein the Schottky barrier height of the second barrier electrode is less than 1 eV. 前記半導体領域が、ガリウム化合物を主成分として含む請求項1~のいずれかに記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 5 , wherein the semiconductor region contains a gallium compound as a main component. 前記半導体領域が、α―Ga2O3またはその混晶を主成分として含む請求項1~のいずれかに記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 6 , wherein the semiconductor region contains α-Ga2O3 or a mixed crystal thereof as a main component. 第1のバリア電極が前記半導体領域に埋め込まれている請求項1~のいずれかに記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 7 , wherein the first barrier electrode is embedded in the semiconductor region. さらに、前記バリア電極の外周辺部にガードリングを備える請求項1~のいずれかに記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 8 , further comprising a guard ring on the outer peripheral portion of the barrier electrode. 前記ガードリングが金属からなる請求項記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 9 , wherein the guard ring is made of metal. ダイオードである請求項1~10のいずれかに記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 10 , which is a diode. ジャンクションバリアショットキーダイオードである請求項11記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 11 , which is a junction barrier Schottky diode. パワーデバイスである請求項1~12のいずれかに記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 12 , which is a power device. 半導体装置を備える半導体システムであって、前記半導体装置が、請求項1~13のいずれかに記載の半導体装置である半導体システム。
A semiconductor system including a semiconductor device, wherein the semiconductor device is the semiconductor device according to any one of claims 1 to 13 .
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