JPH01259558A - ショットキバリア半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 皇皇上叫■１分互 本発明は、高耐圧のショットキバリア半導体装置に関す
る。

の　　ど　日が　゛　しようとする ショットキバリアダイオードは、良好な高速応答性（高
速スイッチング特性）及び低電力損失等の利点を生かし
て、高周波整流回路等に広く利用されている。しかし、
ショットキバリアダイオードでは、バルク耐圧（ショッ
トキバリアの中央部での耐圧）に比べて周辺耐圧（ショ
ットキバリアの周辺での耐圧）が顕著に低下する現象が
認められ、このため、高耐圧のものを得るのが廻しい６
周辺耐圧を向上する方法の１つとして、特開昭６２−４
５１７２号公報に示されているように、ショットキバリ
アとその下部の半導体領域を半絶縁性半導体領域で包囲
した高耐圧化構造が知られている。半絶縁性半導体領域
は半導体基板材料中にＨ（水素）等のイオンを注入して
形成される。なお、「半絶縁性半導体領域」の表記は、
用諮「半絶縁性」と「半導体」との概念が重複するが、
本明細書では汎用語として使用されているように「半導
体材料から成りかつ半絶縁性を有する高低抗な領域」を
意味する。この半絶縁性半導体領域が高耐圧化に効果的
であることは実験により確認されている。しかし、上記
の高耐圧化構造でも、バルク耐圧に対する周辺耐圧の低
下は未だかなり大きく、更に改養の余地がある。

そこで本発明は、半絶縁性半導体領域を含む高耐圧化構
造の周辺耐圧を向上できるショットキバリア半導体装置
を提供することを目的とする。

■が　°　しようと　る 本発明によるショットキバリア半導体装置は、半導体領
域と、該半導体領域にイオンを注入することにより形成
されかつ前記半導体領域の一部を包囲する半絶縁性半導
体領域と、前記半導体領域の前記一部の表面に隣接して
形成されかつ前記半導体領域との間にショットキバリア
を形成するバリア電極と、該バリア電極と電気的に接続
された状態において該バリア電極を包囲しかつ前記半絶
縁性半導体領域の表面に隣接して前記バリア電極の厚さ
より薄く形成されるとともに前記半導体領域に対してシ
ョットキバリアを形成する物質から成る薄層とから成る
。

作−」− 逆電圧印加時にバリア電極に近い浅い領域において半絶
縁性半導体領域はショットキバリアの外周側への空乏層
の広がりを制限する。また、バリア電極の周囲に形成さ
れた薄層は逆電圧印加時に半絶縁性半導体領域と協動し
てショットキバリア周辺での電界集中を大幅に緩和する
。

夾−１−匠 以下１本発明の実施例である電力用高耐圧ショットキバ
リアダイオード及びその製造方法を第１図〜第３図につ
いて説明する。

まず、第２図（Ａ）に示すように、ＧａＡｓ　（砒化ガ
リウム）から成る半導体基板１を用意する。

半導体基板１は、不純物濃度２　Ｘ　１０”ａＩ＋″″
３、厚さ約３００μｍのｎ◆形領領域２上に不純物濃度
２　Ｘ　Ｉ　Ｑ”ａｎ−’、厚さ約１５μｍのｎ影領域
３をエピタキシャル成長させた半導体領域を有する。

次に、第２図（Ｂ）に示すように、半導体基板１上にイ
オン注入のマスクとしてＡｕ（アルミニウム）層４を形
成した上で、半導体基板１の上面全域にＨｅ（ヘリウム
）を加速電圧を変えて多重にイオン注入する。この結果
、Ｈｅのイオン注入によってＧａＡｓ結晶格子が乱れ、
ＡＱ層４の直下のｎ影領域３ａを包囲するように平面的
に見て環状の半絶縁性半導体領域５が形成される。半絶
縁性半導体領域５の深さは約２μｍである。半絶縁性半
導体領域５は、比抵抗１０７〜１０’Ω−１で絶縁物に
近い高抵抗層である。

続いて、第２図（Ｃ）に示すように、ＡＱ層４をエツチ
ング除去した後、半導体基板１上にＴｉ（チタン）の薄
層６とＡＱ層７を形成する。ＡＱ層７は、ｎ影領域３と
半絶縁性半導体領域５の内周縁近傍をＴｉの薄層６を介
して被覆している。

Ｔｉの薄層６はＡｆ１層７から更に半導体基板１の周縁
側に延在している。Ｔｉの薄Ｍ６の厚さは約５０人（０
，００５μｍ）と極薄である。ＡＱ層７の厚さは約２μ
ｍである。また、半導体基板１の裏面全域にＡｕ（金）
とＧｅ（ゲルマニウム）の合金とＡｕとを連続して真空
蒸着し、オーミック電極８を形成する。

次に、第２図（Ｄ）に示すように、空気中で２７５℃の
温度で１５分間の熱処理を施す。この結果、ＡＭ層７に
マスクされていないＴｉの薄層６の一部は酸化されてチ
タン酸化物の薄層９となるが、ＡＱ層７の下部にはＴｉ
の薄層６ａが残存する。

チタン酸化物の薄層９の厚さは、熱処理時間からＴｉの
薄層６の１．５倍程度と推定される。チタン酸化物の薄
層９のシート抵抗は約１００ＭΩ／口であり、半絶縁性
の高抵抗層であるａＴｘの薄層６ａとＡＱ層７は単独で
はともにｎ影領域３に対してショットキバリアを形成す
る金属層である。

しかし、Ｔｉの薄層６ａとＡ１２層７が重ねられた構造
において極薄のＴｉの薄層６ａがショットキバリアの形
成にどのように関与しているかは明らかではない。ここ
では、Ｔｉの薄層６ａとＡΩ層７を合わせてバリア電極
１０と呼ぶ。

第１図に示すように、プラズマＣＶＤ　（Ｃｈｅｍｉｃ
ａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）又は光ＣＶ
Ｄによりシリコン酸化膜から成る絶縁層１１を形成した
後。

更にＴｉとＡｕを連続的に真空蒸着することにより外部
接続用電極１２を形成して、ショットキバリアダイオー
ドチップを完成させる。バリア電極１０とｎ影領域３と
の間に主電流通路となるショットキバリアが形成され、
バリア電極１０側がアノード、オーミック電極８側がカ
ソードである。このように製作されたショットキバリア
ダイオードは約２１０Ｖの高耐圧を得た。バルク耐圧に
ほとんど等しい約２３０Ｖの耐圧が得られることもあっ
た。チタン酸化物の薄層９を除去した半絶縁性半導体領
域５のみによる高耐圧化構造では約１７０ｖ、チタン酸
化物の薄層９を除去しかつ半絶縁性半導体領域５を形成
しない構造（高耐圧化対策を全く行わない構造）では約
６０Ｖである。チタン酸化物の薄層９を除去しても、接
続用電極１２の周辺部１２ａが絶縁層１１を介して一般
的なフィールドプレートとして作用しているが、上記の
ように耐圧は約１７０Ｖである。このことから、チタン
酸化物の薄層９による電界集中緩和作用が大きいことが
明白である。

チタン酸化物の薄層９は、フィールドプレートとして作
用していると考えられるが、詳細なメカニズムは不明で
ある。ただし、次のような特徴を有する。チタン酸化物
の薄層９はｎ影領域３の表面に形成されたときには、ｎ
影領域３との間にショットキバリアを形成するとともに
、ｎ影領域３の表面状態を安定化させる。従って、半絶
縁性半導体領域５の表面近傍に半導体的性質が残ってい
たとしても問題にならない。また、チタン酸化物の薄層
９はシリコン酸化膜のような絶縁層を介さないフィール
ドプレートであるから、その下部に空乏層を形成する作
用が非常に大きいし、絶縁層を形成する材質（材料の種
類、含有不純物、界面状態など）による特性の不安定性
も生じない。

変星大１１ 本発明は前記の実施例に限定されることなく、その趣旨
の範囲内において種々の変更が可能である。

例えば、第３図に示すように、チタン酸化物の薄層９を
酸化前のＴｉの薄層６（バリア電極１０の外周に延在す
るＴｉの薄層６ｂ）としてそのまま利用するとともに、
Ａ１２層７がｎ影領域３とほぼ同−若しくはやや内側に
形成されても、第１図の場合と同様の高耐圧が得られた
。イオン注入のマスクとして、Ａｆ１層７とその上に形
成したシリコン酸化物層等（図示せず）を形成し、Ｔｉ
の薄層６ｂを通過してＨｅイオンを注入すると、第１図
の構造が形成される。この場合、Ｔｉの薄層６ｂは、チ
タン酸化物の薄層９と同様に、ｎ影領域３との間にショ
ットキバリアを形成するとともに、ｎ影領域３の表面状
態を安定化させる作用がある。Ｔｉの薄層６ｂのうち、
ｎ影領域３と接触する部分は補助的なバリア電極であり
、バリア電極１０の一部とみなせるものである。なお、
Ｔｉの薄層６ｂは、極薄であるためにシート抵抗約４０
０Ω／口の抵抗層となっている。

半絶縁性半導体領域５をエピタキシャル成長で形成する
方法も知られているが、チタン酸化物の薄層９又はＴｉ
の薄層６ｂの少なくともいずれかの薄層による電界集中
緩和作用が顕著に発揮されるのは、半絶縁性半導体領域
５をイオン注入で形成した場合である。結晶にダメージ
を与えて半絶縁化するための不純物は、Ｈａ以外にＨ（
水素）やＢ（硼素）等も使用できる。

チタン酸化物の薄層９又はＴｉの薄層６ｂの厚さは、応
力発生を最小限にするとともに、バリア電極の主要部よ
りも大きいシート抵抗を与えなければならないので、１
０〜１０００人、望ましくは２０〜３００人に選定する
のがよい。

薄層は、多くの半導体装置に対してＴｆの薄層又はチタ
ン酸化物の薄層（ＴｉＯｘ）が良好な結果を示すが、半
導体領域との間にショットキバリアを形成するものであ
れば、これら以外のものでよい。例えば、Ｔａ（タンタ
ル）薄層又はタンタル酸化物（Ｔ　ａ　Ｏｘ　）薄層と
してもよい。

ＧａＡｓ、Ａ１１ＧａＡｓ　（砒化アルミニウム・ガリ
ウム）、ＧａＰ　（燐化ガリウム）　、ＩｎＰ　（燐化
インジウム）等のｍ−ｖ族化合物を用いた半導体装置に
適用して効果的な構造であるが、他の化合物半導体装置
又はＳＬ（シリコン）等の半導体装置にも適用可能であ
る。

肱−来 本発明によれば、ショットキバリアの周辺耐圧が著しく
向上し、もって高耐圧のショットキバリア半導体装置を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による実施例であるショットキバリアダ
イオードの断面図、第２図は第１図に示すショットキバ
リアダイオードの製造工程を示す工程図で、第２図（Ａ
）は半導体基板の断面図、第２図（Ｂ）は半絶縁性半導
体領域を形成した状態の断面図、第２図（Ｃ）はバリア
電極を形成した状態を示す断面図、第２図ＣＤ）はチタ
ン酸化物の薄層を形成した状態を示す断面図、第３図は
本発明の他の実施例を示すショットキバリアダイオード
の断面図を示す。 ３．３ａ、、ｎ影領域（半導体領域）、　５．。 半絶縁性半導体領域、　６ａ、、Ｔｉの薄層、　　６ｂ
、、Ｔｉの薄層（薄層）、　　７．、ＡＱ層、　　９゜
、チタン酸化物薄層（薄層）、　　１００．バリア電極
、 第１図 第　３　囚 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　半導体領域と、 該半導体領域にイオンを注入することにより形成されか
   つ前記半導体領域の一部を包囲する半絶縁性半導体領域
   と、 前記半導体領域の前記一部の表面に隣接して形成されか
   つ前記半導体領域との間にショットキバリアを形成する
   バリア電極と、 該バリア電極と電気的に接続された状態において該バリ
   ア電極を包囲しかつ前記半絶縁性半導体領域の表面に隣
   接して前記バリア電極の厚さより薄く形成されるととも
   に前記半導体領域に対してシヨツトキバリアを形成する
   物質から成る薄層と、から成るショツトキバリア半導体
   装置。