JPH01266760A - 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】 葭１直＠机１九夏 本発明はショットキバリア半導体装置に関する。

ｍ　　術　び　日が　゛しようとする課ショットキバリ
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
路等に広範囲にわたって使用されている。しがし、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
リアの中央部分での耐圧）に比べて周辺耐圧（ショット
キバリアの周辺部分での耐圧）が低下する現象が認めら
れ、このため、高耐圧化のものを得るのが難しい。

上記開運を解決する方法としてガードリング領域を設け
たショットキバリアダイオードが知られている。ガード
リング領域を含む高耐圧化構造によればガードリング領
域によって形成されるｐｎ接合が、バリア電極に基づく
ショットキバリアの周辺耐圧を担い、ショットキバリア
の周辺耐圧を向上できる。従って、フィールドプレート
構造と組合せてショットキバリアダイオードの高耐圧化
が可能である。しかし、順方向に大きな電流が流れたと
きには、ガードリング領域から半導体領域への少数キャ
リアの注入が増加する。このため、順方向動作から逆方
向動作に切換えたとき、この少数キャリアが消滅するま
では完全にスイッチオフしない。つまり、スイッチング
動作に応答遅れが生じて、ショットキバリアダイオード
の利点である高速応容性が減殺される。

高速応答性の低下を解決するガードリング領域を含む高
耐圧化構造として、第７図に示すショットキバリアダイ
オードが考えられる。図示のショットキバリアダイオー
ドではｎ１形領域（２１ａ）とｎ影領域（２１ｂ）から
成る半導体基板（２１）の上面にバリア電極（２４）が
形成される。バリア電極（２４）の外周部及びバリア電
極（２４）で被覆されないｎ影領域（２１ｂ）の上面に
絶縁層（１１）が形成される。また、バリア電極（２４
）及び絶縁層（１１）の上面には外部接続用の電４＠（
１，２）が形成される。ｎ影領域（２１ｂ）のバリア電
ｐｆ４（２４）と絶縁層（１１）の境界部分下部にあた
る箇所にはｐ！ｓ形領域から成るガードリング領域（２
２）が形成されている。また、ガードリング領域（２２
）の内側にはバリア電極（２４）と絶縁層（１１）の下
面に隣接してｎ＋形領領域２３）が設けられている。ｎ
４ｐ形領域（２１ａ）の下面にはオーミック電極（２５
）が形成されている。

この構造によれば、ガードリング領域（２２）を流れる
順方向電流の通路断面積が狭められるため、少数キャリ
アの注入量を減少できる。したがって、高速応答性が大
きく低下することはない。

しかし、ｎ＋形領領域２３）を形成したことにより、第
７図のショットキバリアダイオードにはｎ中形領域（２
３）をエミッタ、ガードリング領域（２２）をベース、
ｎ影領域（２１ｂ）とｎ中形領域（２Ｌａ）をコレクタ
とするｎｐｎトランジスタ構造が形成される。つまり、
第７図のショットキバリアダイオードは、バリア電極（
２４）と半導体基板（２１）とに基づくショットキバリ
アダイオードと、ガードリング領域（２２）と半導体基
板（２１）に基づ＜ｐｎ接合ダイオードと、ｎｐｎトラ
ンジスタとを含んでいる。従って、図示のショットキバ
リアダイオードは等測的にこれらのダイオード及びトラ
ンジスタが電気的に並列に接続されたショットキバリア
複合体とみなせる。

このため、電極（２４）（２５）間に逆方向電圧を印加
すると、前記のｎｐｎトランジスタが動作し、ショット
キバリア複合体に比較的大きな漏れ電流が発生して、耐
圧低下の原因となることがある。更に、ショットキバリ
アダイオードがブレークダウンを起こす前に、ｎｐｎト
ランジスタ構造がバンチスルーブレークダウンを起こし
て高耐圧が得られないことも多い。バンチスルーブレー
クダウンは、ｎ影領域（２１ｂ）からガードリング領域
（２２）に伸びる空乏層がｎ中形領域（２３）に到達し
て起きるブレークダウンである。バンチスルーブレーク
ダウンを防止するためには、ガードリング領域（２２）
を深く形成してｎｐｎトランジスタ構造のベース幅を大
きく形成する必要がある。しかし、この場合は、ショッ
トキバリアダイオードがブレークダウンを起こす前に、
リーチスルーブレークダウンが起こり易くなる欠点が生
ずる。リーチスルーブレークダウンは、ガードリング領
域（２２）からｎ影領域（２１ｂ）に伸びる空乏層がｎ
“影領域（２１ａ）に到達して起きるブレークダウンで
ある。リーチスルーブレークダウンを防止するには、ｎ
影領域（２１ｂ）の厚さを大きくすればよいが、この場
合、順電圧が大きくなって電力損失が増大する。

そこで、本発明の目的は、上記問題を解決して、高速応
答性を低下することなく高耐圧化を確実に達成すること
のできるショットキバリア半導体装置を提供することに
ある。

課題を解　するための手段 本発明によるショットキバリア半導体装置は。

−導電形の半導体領域上に形成されかつ該半導体領域と
の間にショットキバリアを生成するバリア電極と、該バ
リア電極及び前記半導体領域に隣接してかつ前記ショッ
トキバリアを包囲するように形成された前記半導体領域
とは逆の導電形のガードリング領域とを有する。前記ガ
ードリング領域はその一部の領域がイオン注入により形
成された半絶縁性半導体領域に変換されており、これに
よリ、前記ガードリング領域内での順方向電流通路断面
積が減少している。

務−朋 本発明のショットキバリア半導体装置によれば、半導体
領域とガードリング領域とによって形成されるｐｎ接合
ダイオードの順方向電流通路の断面積を半絶縁性半導体
領域によって減少することができる。このため、ｐｎ接
合から半導体領域への少数キャリアの注入を減少できる
。

また、半絶縁性半導体領域はほぼ絶縁物とみなせる高い
抵抗率を有するため、半絶縁性半導体領域からのキャリ
アの注入及び半絶縁性半導体領域へのキャリアの注入は
実質的に起らず、半絶縁性半導体領域を設けたことによ
りトランジスタ構造が形成されることはない。更に、半
絶縁性半導体領域は、ガードリング領域の一部が変換さ
れて得られたものであり、ガードリング領域と同一の半
導体材料から成るため、特性を劣化させるような機械的
歪を発生しない。

大−星−■ 以下、本発明の実施例を第１図〜第６図について説明す
る。

第１図は本発明に従う一実施例としてのショットキバリ
アダイオードを示す。また、第２図はこのショットキバ
リアダイオードの各製造工程でのダイオードチップの断
面図を示す。このショットキバリアダイオードを形成す
るには、まず第２図（、）に示す半導体基板（１）を用
意する。半導体基板（１）はＧａＡｓ　（砒化ガリウム
）から成るｎΦ形領領域１ａ）と、その上にエピタキシ
ャル成長によって形成されたＧａＡｓから成るｎ影領域
（１ｂ）とを有する。ｎ　、４ｐ形領域（１ａ）は厚さ
約３００μｍ、不純物濃度２Ｘ１０”ロー３であり。

ｎ影領域（１ｂ）は厚さ約１５μｍ、不純物濃度２　Ｘ
　１０”ｃｍ−’である。

次に、第２図（ｂ）に示すように、半導体基板（１）の
上面にマスクとしてのシリコン酸化膜（２）をプラズマ
ＣＶ　Ｄ　（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏ
ｓｉｔｉｏｎ）により形成する。シリコン酸化膜（２）
゛の所定の箇所には開口（３）をフォトエツチングによ
り設ける。続いて、開口（３）を通じて、ｎ影領域（１
ｂ）内にＺｎ（亜鉛）を拡散してｐΦ形領領域形成する
。このｐ＋形領領域ガードリング領域（４）として作用
し、ショットキバリアダイオードの周辺耐圧の向上に寄
与する。ガードリング領域（４）は深さが約３μｍであ
り、表面濃度は約５　Ｘ　１０”ｃｍ−”となっている
。なお、ガードリング領域（４）は拡散によって形成さ
れるため、開口（３）よりも横方向に広がって形成され
る。

続いて、第２図（ｃ）に示すように、イオン化したＨｅ
を加速して半導体基板（１）の上面に導き、シリコン酸
化膜（２）の開口（３）を通じてガードリング領域（４
）に注入する。このように、ガードリング領域（４）に
Ｈｅ（ヘリウム）イオンを注入することによりガードリ
ング領域（４）の一部を半絶縁性半導体領域（５）に変
換することができる。つまり、Ｈｅイオンの注入された
部分のガードリング領域（４）はＧ　ａ　Ａ　ｓの結晶
が乱されて抵抗率が１０７〜１０ｇΩ・―程度の絶縁物
に近い半導体領域、即ち、半絶縁性半導体領域（５）と
なる。なお、「半絶縁性半導体領域」の表記は、用語「
半絶縁性」と「半導体」との概念が矛盾するが、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抵抗な領域」を意味す
る。

本実施例では、イオン注入のマスクとして、シリコン酸
化膜（２）を使用した。シリコン酸化膜（２）で被覆さ
れた部分の半導体基板（１）にはＨｅイオンが注入され
ない。ガードリング領域（４）を形成するためのマスク
と半絶縁性半導体領域（５）を形成するためのマスクは
異なるマスクとしてもよいが、高い位置精度が得られる
点では本実施例のように、同一のマスクとするのが望ま
しい。Ｈｅイオンは半導体基板（１）の表面に対してほ
ぼ直角な方向で注入されるので、半絶縁性半導体領域（
５）は平面的に見て開口（３）と略同−の領域に形成さ
れる。したがって、半絶縁性半導体領域（５）は平面的
に見てガードリング領域（４）の内側にガードリング領
域（４）と略同心形状に形成される。また、第２図（ｃ
）から明らかなように、半絶縁性半導体領域（５）は上
面が半導体基板（１）の上面に露出し、上面以外はガー
ドリング領域（４）に包囲されるように半導体基板（１
）に埋設されている。なお、半絶縁性半導体領域（５）
の深さは約２μｍである。

次に、第２図（ｄ）に示すように、シリコン酸化膜（２
）をエツチングにより除去し、半導体基板（１）の上面
にＴｉ（チタン）ｙＦｊ（６）とＡＱ（アルミニウム）
Ｍ（７）を順次真空蒸着により形成する。Ｔｉ層（６）
の層厚は５０人（０，００５μｍ）と極薄である。ＡＱ
層（７）の層厚は約２μｍとなっている。半導体基板（
１）の下面にはＡｕ（金）−Ｇｅ（ゲルマニウム）合金
とＡｕとを連続的に真空蒸着してオーミック電極（８）
を形成する。

続いて、第２図（ｅ）に示すようにＡＱ層（７）の一部
をフォトエツチングにより除去して、主なる順電流通路
となるショットキバリアを形成すべき領域に対応させて
ＡＱＭ（７ａ）を残存させる７Ｔｉ層（６）も外周部分
をフォトエツチングにより除去して、ＡＱ層（７ａ）の
下部に位置するＴｉＭ　（６ａ）　と、Ｔｉ層（６ａ）
に隣接してこれを包囲するＴｉ層（６ｂ）とを残存させ
る。ＡＱ層（７ａ）とＴｉ層（６ａ）はともにＧ　ａ　
Ａ　ｓ半導体との間にショットキバリアを生成する金属
層であるから、ＡＱ層（７ａ）とその下部のＴｉ層（６
ａ）を合わせてバリア電極（９）が形成される。

次に、空気中で２７５℃、１５分間の熱処理を施す。こ
れにより、第２図（ｆ）のようにＡＱ層（７ａ）で被覆
されていないＴｉ層（６ｂ）は酸化されてチタン酸化物
層（１ｏ）となる。ＡＱＭ（７ａ）に被覆されたＴｉ層
（６ａ）は酸化されない、チタン酸化物層（１０）はＴ
ｉ薄層（６ｂ）よりやや層厚が増大しており、シート抵
抗が約１゜０Ｍ０７口の半絶縁性の高抵抗層である。

なお、チタン酸化物層（１０）もバリア電極（９）と同
様に半導体基板（１）との間にショットキバリアを形成
する。しかし、バリア電極（９）のシート抵抗は１Ω／
口以下であり、チタン酸化物層（１０）はバリア電極（
９）よりもシート抵抗が比較にならない程大きい、この
ため、順方向電流は主としてＴｉ層（６ａ）とＡＱ層（
７ａ）に流れ、チタン酸化物層（１０）にはほとんど流
れない。したがって１本明細書ではチタン酸化物層（１
０）を除外して、Ｔｉ層（６ａ）とＡＱ層（７ａ）から
成る電極をバリア電極（９）としている。

ガードリング領域（４）は、第２図（ｆ）に示すように
バリア電極（９）とチタン酸化物層（１０）の両方の下
面に隣接してバリア電極（９）の下部とチタン酸化物層
（１０）の下部に跨って形成されている。また、ガード
リング領域（４）は第３図に示すようにバリア電極（９
）の周縁部に沿って環状に形成されている。これにより
、ガードリング領域（４）とｎ型半導体領域（１ｂ）に
基づ＜　ｐ　ｎ接合とバリア電極（９）に基づくショッ
トキバリアとが連続する。

半絶縁性半導体領域（５）は、第２図（ｆ）に示すよう
に、バリア電極（９）とチタン酸化物層（１０）の両方
の下面に隣接するようにガードリング領域（４）のほぼ
中央に配置される。また、第３図に示すように、半絶縁
性半導体領域（５）はバリア電極（９）の周縁部に沿っ
て環状に形成される。

続いて、第１図に示すように、バリア電極（９）及びチ
タン酸化物層（１０）の上面にプラズマＣＶＤ法により
、シリコン酸化膜から成る絶縁層（１１）を形成する。

その後、バリア電極（９）の上面にＴｉとＡｕを連続し
て真空蒸着して外部端子接続用の電極（１２）を形成す
る。以上により電力用ショットキバリアダイオードチッ
プが完成する。

本実施例のショットキバリアダイオードにバリア電極（
９）側を負の電位、オーミック電極（８）側を正の電位
とする逆方向電圧を印加した場合、バリア電極（９）に
基づくショットキバリアと。

チタン酸化物薄層（１０）に基づくショットキバリアの
それぞれがら空乏層が延びる。また、ガードリング領域
（４）とｎ型領域（１ｂ）に基づくｐｎ接合からも空乏
層が延びる。上記３つの空乏層は連続して一体化し、電
界集中を緩和する良好な空乏層が得られる。このとき、
ガードリング領域（４）とｎ型領域（１ｂ）の界面に形
成されたｐｎ接合は、従来例と同様にバリア電極（９）
に基づくショットキバリアの周辺耐圧を担うため、ショ
ットキバリアの周辺耐圧を向上することができる。また
、ガードリング領域（４）に形成された半絶縁性半導体
領域（５）はほぼ絶縁物とみなせる領域であるから、半
絶縁性半導体領域（５）からのキャリアの注入及び半絶
縁性半導体領域（５）へのキャリアの注入は実質的に起
らない。

このため、半導体基板（１）とバリア電極（９）とから
成るショットキバリアダイオードの周囲に、従来のよう
なトランジスタ構造が形成されない。

したがって、本実施例のショットキバリアダイオードは
、高耐圧でありかつ漏れ電流が小さい。

次に、本実施例のショットキバリアダイオードに順方向
電圧を印加した場合を考える。本実施例のショットキバ
リアダイオードでは、ガードリング領域（４）に半絶縁
性半導体領域（５）が形成されているために、ガードリ
ング領域（４）の順方向電流の通路断面積が狭められて
いる。したがって、ガードリング領域（４）からｎ型領
域（１ｂ）への少数キャリアの注入量を減少させること
ができ、高速応答性が高水準に達成される。

半絶縁性半導体領域（５）の代わりにシリコン酸化膜等
から成る絶縁物を形成しても、ガードリング領域（４）
の順方向電流の通路断面積を狭めることができ、少数キ
ャリアの注入を減少させる効果は得られる。しかし、ガ
ードリング領域（４）とは異なる材料から成る領域を形
成すると、その領域近傍のガードリング領域（４）に機
械的な歪が発生して好ましくない。また、半絶縁性半導
体領域（５）はガードリング領域（４）に電子線を照射
して形成することも可能である。しかし、高抵抗の半絶
縁性半導体領域（５）を良好にかつ容易に形成するには
、イオン注入によるのが望ましい。

鷹二」し−低 本発明は上記の実施例に限られることなくその趣旨の範
囲内で種々の変更が可能である。例えば、第４図に第二
実施例として示すように半絶縁性半導体領域（５）を半
導体基板（１）から露出させずにガードリング領域（４
）内に完全に埋設してもよい。なお、半絶縁性半導体領
域（５）を形成するに際し、加速電圧を変えて多重にイ
オン注入を行うことが可能であり、このときのイオン注
入の電圧を調整すれば、半絶縁性半導体領域（５）を第
１図及び第４図に示すように所望の深さに適宜形成する
ことができる。

また、第５図に示す本発明の第三実施例のように、反応
性イオンエツチング（ＲＩＥ）により、半絶縁性半導体
領域（５）及びガードリング領域（４）を含む断面にお
いて第１図のショットキバリアダイオードを切断してメ
サ形のショットキバリアダイオードとしてもよい６ 更に、第２図（ｂ）の工程の後に開口（３）より外周側
のシリコン酸化膜（２）を除去した後。

第２図（ｃ）の工程を行うことにより、第６図に示す本
発明の第四実施例のようにガードリング領域（４）より
外側にも半絶縁性半導体領域（５）を形成してもよい。

この場合も、平面的に見て半絶縁性半導体領域（５）の
ショットキバリア側の端部をバリア電極（９）の縁部近
傍から内側の領域に位置させ、かつ半絶縁性半導体領域
（５）のショットキバリア側の端部側にガードリング領
域（４）を設ける。実施例及び本実施例のように、ガー
ドリング領域（４）を形成するための選択拡散マスクで
、あるシリコン酸化膜（２）の開Ｅコ（３）からショッ
トキバリア側（素子中央側）を残存させて、いわゆる、
セルファライン方式でイオン注入を行うと、ガードリン
グ領域（４）の残存幅を極めて小さくかつ正確・に形成
できるので好ましい。

他の実施例においても、この方法により半絶縁性半導体
領域（５）のショットキバリア側に位置するガードリン
グ領域（４）の残存幅を正確に決定することができる。

半導体領域との優れた密着性、表面安定化効果及びフィ
ールドプレート構造による半導体表面に与える影響の面
から、チタン酸化物、Ｉ！（１０）が好適である。しか
し、ｎ影領域（１ｂ）との間にショットキバリアを形成
する物質であれば、それに限られない。例えばＴｉ層（
６）及びチタン酸化物層（１０）の代わりに、それぞれ
Ｔａ（タンタル）薄層及びタンタル酸化物層を設けても
よい。

また、チタン酸化物層（１０）の厚さは、応力発生を最
小限にするために、１０〜１０００人、望ましくは２０
〜３００人に選定するのがよい、また、チタン酸化物層
（１０）はショットキバリア形のフィールドプレートと
して高耐圧化に極めて大きく寄与するものであるが、こ
れを形成しなくても、ガードリングとしての高耐圧化効
果は発揮される。

また１本発明は、ＧａＡｓ、ＡｎＧａＡｓ　（砒化アル
ミニウム・ガリウム）　、ＧａＰ　（燐化ガリウム）、
ＩｎＰＣ燐化インジウム）等の■〜■族化合物半導体を
用いた半導体装置に好適であるが、他の化合物半導体又
はＳｉ（シリコン）等を用いた半導体装置にも有効であ
る。

見肌勿倭呈 以上のように、本発明によれば、高速応答性に優れかつ
高耐圧のショットキバリア半導体装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すショットキバリアダイオ
ードの断面図、第２図はこのショットキバリアダイオー
ドの製造工程図、第３図は実施例のショットキバリアダ
イオードの平面図、第４図は本発明の第二実施例を示す
断面図、第５図は本発明の第三実施例を示す断面図、第
６図は本発明の第四実施例を示す断面図、第７図は従来
のショットキバリアダイオードの断面図を示す。 （ｌｂ）、、ｎ影領域（半導体領域）、　　（４）０．
ガードリング領域、　　（５）、、半絶縁性半導体領域
、　　（９）、、バリア電極。 特許出願人　サンケン電気株式会社 第　１　図 ４　　　　ソ　　　　］○ 第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　一導電形の半導体領域上に形成されかつ該半導体領域
   との間にショットキバリアを生成するバリア電極と、該
   バリア電極及び前記半導体領域に隣接してかつ前記ショ
   ットキバリアを包囲するように形成さた前記半導体領域
   とは逆の導電形の半導体領域から成るガードリング領域
   とを有するショットキバリア半導体装置において、前記
   ガードリング領域はその一部の領域がイオン注入により
   形成された半絶縁性半導体領域に変換されており、これ
   により、前記ガードリング領域内での順方向電流通路断
   面積が減少していることを特徴とするショットキバリア
   半導体装置。