JPH01266761A - ショットキバリア半導体装置の製造方法 - 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】 産業上の利用分野 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。

更未匹技生 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難しい。

周辺耐圧を向上させる方法の１つとして、特開昭６２−
４５１７２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ｉ造が知られている。この高耐圧化構造
を有するショットキバリアダイオードを第４図によって
説明する０図示のショットキバリアダイオードは、ｎ０
形領域２の上にｎ影領域３が形成されたＧａＡｓ（砒化
ガリウム）から成る半導体基板１を有し、Ｈｅ（ヘリウ
ム）　、　Ｈ（水素）、Ｂ（＠素）等をｎ影領域３にイ
オン注入することにより半絶縁性半導体領域４が形成さ
れる。半絶縁性半導体領域４は平面的には環状に形成さ
れる。半絶縁性半導体領域４に包囲されたｎ影領域３ａ
の上面にはＡＱ（アルミニウム）層から成るバリア電極
５が形成され、バリア電極５とｎ影領域３ａの間に整流
接合であるショットキバリアが形成されている。ｎ１形
領域２の下面には、Ａυ（金）とＧｅ（ゲルマニウム）
の合金層にＡｕ層を重ねたオーミック電極６が形成され
ている。このショットキバリアダイオードは、逆電圧が
印加されたとき、空乏層の広がりが半絶縁性半導体領域
４によって制限されるため、ショットキバリアの周辺で
の電界集中が緩和され、かなり大幅な耐圧向上が期待で
きる。半絶縁性半導体領域４は、ｎ影領域３と同じ半導
体材料から成り、ショットキバリアの周辺に応力集中を
生ずることなく形成される点も耐圧向上の一因であると
考えられる。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。半絶縁性半導体領域は半導体基板材料中にＨ
等のイオンを注入して形成される。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。

ところで、第４図に示すショットキバリアダイオードを
特開昭６２−４５１７２号公報に示されるように製造す
る場合に、最終的に残存させるバリア電極５をマスクと
してイオン注入する方法が知られている。この方法を実
施するとき、第５図に示すように、バリア電極５の上に
シリコン酸化膜７を形成し、矢印８で模式的に示すよう
にシリコン酸化膜７とバリア電極５の外側からｎ影領域
３にＨｅをイオン注入し、半絶縁性半導体領域４が形成
される。この方法によれば、イオン注入時にシリコン酸
化膜７とバリア電極５をマスクとして使用し、イオン注
入後にバリア電極５をそのまま残存できるので、マスク
効果が確実であるとともに簡略化された製造工程により
周辺耐圧の高いショットキバリアダイオードを得ること
ができる。

Ｉが　決しようとする　ド しかし、前述の方法で製作したショットキバリアダイオ
ードは、所望の耐圧特性を得られないのが実状であった
。これは、平面的に見たとき、バリア電極５の周縁部と
半絶縁性半導体領域４の内周縁部との重複部が十分な幅
で形成されないためある。すなわち、バリア電極５の周
縁部を拡大して第６図に示すように、全面に形成された
Ａｕ層をフォトエツチングにより選択的に除去してバリ
ア電極５を形成するとき、バリア電極５の横方向エツチ
ングによりシリコン酸化膜７にひさし状突出部７ａが形
成される。したがって、ひさし状突出部７ａの下部のｎ
影領域３には、Ｈａの注入量が減少する。ひさし状突出
部７ａの先端ではイオンビームの散乱のためイオンビー
ムの挙動が複雑化するが１図示のような形状の半絶縁性
半導体領域４が形成されるものと推定される。半絶縁性
半導体領域４の正確な形状の把握は困難であるが、平面
的に見たときのバリア電極５と半絶縁性半導体領域４の
重複部がほとんど形成されないか、形成されても微かで
あることは事実である。この場合。

半絶縁性半導体領域４による高耐圧化効果が十分に発揮
されず、第４図のように上記重複部が十分である場合に
比べて耐圧が低下する欠点がある。

シリコン酸化膜７を形成せずにバリア電極５のみをマス
クとしてイオン注入すれば、ひさし状突出部７ａに基因
する上述の問題は解消する。しかし、ＡＱ層中への注入
イオンの飛程（到達深さ）はｎ影領域３中への飛程と同
程度であるから、例えば４μｍ以上の膜厚でバリア電極
５を厚く形成しないとイオンの一部がバリア電極５を貫
通するので、十分なマスク効果が得られない。十分なマ
スク効果が得られるようにバリア電極５を厚くすると、
フォトエツチングの精度が低下してバリア電極５のパタ
ーンが崩れ、耐圧低下の原因となる。

そこで、本発明の目的は、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
導体装置の改良された製造方法を提供することを目的と
する。

ニー役 本発明によるショットキバリア半導体装置の爬漬方法は
、半導体領域との間にショットキバリアを形成する物質
から成る電極層及び該電極層を隣接包囲しかつ前記半導
体領域との間にショットキバリアを形成する物質から成
る薄層とを前記半導体領域の一主面上に形成する工程と
、前記電極層又は／及び該電極層上に形成した被膜をマ
スクとして前記薄層を通過させて前記半導体領域にイオ
ンを注入し、前記電極層の下部の前記半導体領域を包囲
するよう半絶縁性半導体領域を形成する工程とから成る
。

務−■ 本発明によれば、バリア電極をイオン注入のマスクとし
て兼用させ、主電流通路となるショットキバリアを形成
するバリア電極として電極層の少なくとも主要部を最終
的に残存させる。電極層はバリア電極の主要部を成し、
薄層はその周辺にあって補助的バリア電極を成している
と見なせる。

電極層と薄層とを合すせて平面的にバリア電極と見たと
き、バリア電極と半絶縁性半導体領域とは十分な幅の重
複部を持って形成されている。このため、電極層と半絶
縁性半導体領域との重複部の幅が不十分であっても、耐
圧特性の低下や不安定性は起こらない。

大−流−■ 以下、本発明の実施例である電力用高耐圧ショットキバ
リアダイオードの製造方法を第１図及び第２図に基づい
て説明する。

まず、第１図（Δ）に示すように、ＧａＡｓ（砒化ガリ
ウム）から成る半導体基板１１を用意する。

半導体基板１１は、不純物濃度２　Ｘ　１０”ａｍ−”
、厚さ約３００μｍのｎ◆形領領域１２上に不純物濃度
２　Ｘ　１０”ｃｘａ″″３、厚さ約１５μｍのｎ影領
域１３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１図（Ｂ）に示すように半導体基板１１の上面
にＴｉ　（チタン）とＡｌ１を連続的に真空蒸着しＴｉ
の薄層１４とＡａ層１５を形成する。

Ｔｉの薄層１４の厚さは約１００人（０，０１μｍ）と
極薄である。ＡＱ層１５の厚さは約２μｍである。また
、半導体基板１１の裏面にＡｕ（金）とＧｓ（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１６を形成する。その後、プラズマＣＶ　Ｄ　（
Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖ　ａｐｏｒ　Ｄ　ｅｐｏｓｉｔｉ
ｏｎ）によりＡＬＪｉｌ１５の上面に約１μｍの厚さの
シリコン酸化膜１７を形成する。

続いて、第１図（Ｃ）に示すように、素子周縁近傍のＴ
ｉの薄層１４、ＡＱ層１５及びシリコン酸化膜１７をフ
ォトエツチングにより除去し、更に、素子周辺側のＴｉ
の薄Ｎｊ１４とＡΩ層１５をフォトエツチングにより除
去して１図示のようにＴｉの薄層１４ａ、１４ｂ、Ａ１
２層１５ａ、シリコン酸化膜１７ａを残存させる。Ｔｉ
層１４ａ、１４ｂとＡｎ、ｆｆ１５ａはともに半導体領
域であるｎ影領域゛１３との間にショットキバリアを形
成する金属層であるが、Ｔ１の薄層１４ａが極薄である
だけにＴｉの薄層１４ａがどのようにショットキバリア
の形成に関与しているかは明らかではない、ここでは、
１２層１５ａとその下部のＴｉの薄層１４ａを合わせて
電極層を構成する主バリア電極１８と呼ぶ。

この場合、Ｔｉの薄層１４ｂは、ｎ影領域１３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１３の表
面状態を安定化させる作用があり、補助的なバリア電極
と呼べるものである。なお、Ｔｉの薄層１４ｂは、極薄
であるためにシート抵抗約４００Ω／口の抵抗層となっ
ている６次に、矢印１９で模式的示すように、半導体基
板１１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、Ｈ８のイオン注入
によってＧ　ａ　Ａ　ｓ結晶格子が乱れ、Ａ１２層１５
ａの直下のｎ影領域１３ａ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２ｏが形成される。

Ｈｅは、シリコン酸化膜、１７ａと主バリア電極１８に
よりマスクされている部分では、ｎ影領域１３に到達す
ることはない。しかし、Ｔｉの薄層１４ｂが極薄である
ために、シリコン酸化ＩＭ１７　ａにマスクされていな
い部分では、ＨｅはＴｉの薄層１４ｂを簡単に通過して
ｎ影領域１３中に注入される。

結果として、半絶縁性半導体領域２０が、約２゜５μｍ
の深さに形成される。半絶縁性半導体領域２０は、比抵
抗１０’〜１０９Ω−１を有する絶縁物に近い高抵抗層
である。第２＠に主バリア電極１８の周縁部を拡大して
示すように、シリコン酸化膜１７ａの周縁部は主バリア
電極１８の周辺部から突出するひさし状突出部１７ｂを
形成する。

半絶縁性半導体領域２０の形状を正確に把握することが
困芝なため図示する形状は予想図である。

ただし、主バリア電極１８に対する補助バリア電極とな
るＴｉの薄層１４ｂは、半絶縁性半導体領域２ｏに対し
十分な幅の重複部で形成されている。

更に、第１図（Ｄ）に示すように、シリコン酸化膜１７
ａをエツチング除去した上で、プラズマＣＶＤ又は光Ｃ
ＶＤにより半導体基板１１の上面にシリコン酸化膜を被
覆し、フォトエツチングの工程を経てシリコン酸化膜２
１を形成する。更に。

半導体基板１１の上面にＴｉとＡｕを連続的に真空蒸着
し、フォトエツチングの工程を経て外部接続用電極２２
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。主バリア電極１８とｎ影領域１３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、主バリア電
極１８側がアノード、オーミック電極１６（Ｉｍがカソ
ードである。

こうして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。信頼性試験
も良好な結果を得た。一方。

半絶縁性半導体領域２０を形成する際にＴｉの薄層１４
ｂをエツチング除去した上でＨｅのイオン注入を行った
場合には、接続用電極２２の周辺部２２ａがシリコン酸
化膜２１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、耐圧は約１５０Ｖであった。特に、この
場合にはシリコン酸化膜２１による保護膜の膜質や形成
条件の影響を強く受けて、耐圧のバラツキが大きく、信
頼性試験でも耐圧低下が起こり易い。Ｔｉの薄層１４ｂ
を除去しかつ半絶縁性半導体領域２０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、耐圧は約６
０Ｖである。

Ｔｉの薄層１４ｂは、半絶縁性半導体領域２ｏの上部に
延在する部分において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９次のような特徴を有する。Ｔｉの薄層１４ｂ
はｎ影領域１３の表面に形成されたときには、ｎ影領域
１３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１３の表面状態を安定化させる。従って、半絶縁
性半導体領域２０の表面近傍に半導体的性質が残ってい
たとしても開運にならない、また、Ｔｉの薄層１４ｂ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。

叉−並一斑 本発明は、実施例に限られることなく、その趣旨の範囲
では種々の変更が可能である。

例えば、Ｔｉの薄層１４ｂに相当する薄層として。

第３図に示すように、Ｔｉの薄ＰＩ１１４ｂｔ＆酸化し
て形成したチタン酸化物の薄層２３を用いることもでき
る。この場合、チタン酸化物の９ＭＩ２３は、Ｔｉの薄
層１４ｂと同様に、ｎ影領域１３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１３の表面状態を安
定化させる作用がある。チタン酸化物はシート抵抗約１
００ＭΩ／口の高抵抗層である。主バリア電極１８は外
周部のＴｉの薄層１４ｃの部分を除いてＡＱ層ＩＳａの
みによるものである。

半導体領域との優れた密着性１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、薄層としてＴｉの薄層又はチタン酸化物（ＴｉＯ
ｘ）薄層が好適である。しかし、ｎ影領域１３との間に
ショットキバリアを形成しかつ注入されるイオンを容易
に通過させる物質であれば、Ｔａ（タンタル）薄層やタ
ンタル酸化物（ＴａＯｘ）薄層等の前記以外の物質を使
用することができる。薄層の厚さは、イオンを通過させ
るとともに応力発生を最小限にするために、１０〜１０
００人、望ましくは２０〜３００人に選定するのがよい
。

また、主バリア電極１８に相当する電極層の上にシリコ
ン酸化膜１７ａのような被膜を形成して。

電極層と被膜を合わせてイオン注入のマスクとして使用
する場合に本発明は特に有効である。しかし、マスク効
果の大きい金属から成る電極層単独のマスクでイオン注
入を行う場合でも、電極層と半絶縁性半導体領域との小
さい重複部による耐圧特性の不安定性を改善できる方法
として有効である。なお、イオン注入後、電極層の周辺
を少しエツチング除去して、主バリア電極１８を半絶縁
性半導体領域から意図して離間させてもよい。

また、本発明は、Ｇ　ａ　Ａ　ｓ、　Ａ　Ｑ　Ｇ　ａ　
Ａ　ｓ　（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■〜■
族化合物半導体を用いた半導体装置に好適であるが、他
の化合物半導体やＳｉ（シリコン）等を用いた半導体装
置にも適用可能である。

見匪叫紘釆 本発明によれば、イオン注入によって半絶縁性半導体領
域を形成しかつ高耐圧化するショットキバリア半導体装
置の製造方法において、ショットキバリアを形成するバ
リア電極をイオン注入のマスクとして兼用することが可
能となり、高耐圧のショットキバリア半導体装置を高い
製造歩留りで製造することができる。

【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
ードの製造工程図で２第１図（Ａ）は半導体基板の断面
図、第１図（Ｂ）は半導体基板の上面にＴｉの薄層、Ａ
Ｑ層及びシリコン酸化膜を形成した状態を示す断面図、
第１図（Ｃ）はイオン注入の工程を示す断面図、第１図
（Ｄ）はシリコン酸化膜及び外部接続用電極を形成した
状態を示す断面図、第２図は第１図（Ｃ）の工程におけ
る主バリア電極の周縁部を拡大して示す部分的断面図、
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、第４図は従来のショットキバリアダ
イオードの断面図、第５図は従来のショットキバリアダ
イオードの製造におけるイオン注入の工程を示す断面図
、第６図は第５図におけるバリア電極の周縁部を拡大し
て示す部分的断面図である。 １３．１３ａ、、ｎ影領域（半導体領域）。 １４ａ、、Ｔｉの薄層、　　１４ｂ、、Ｔｉの薄層（薄
層）、　　１８０．主バリア電極（電極層）、　　２０
０．半絶縁性半導体領域。 特許出願人　サンケン電気株式会社 第　１　図 第２図 第　３　図 第４図 第５図 第６図 ａ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　半導体領域との間にショットキバリアを形成する物質
   から成る電極層及び該電極層を隣接包囲しかつ前記半導
   体領域との間にショットキバリアを形成する物質から成
   る薄層とを前記半導体領域の一主面上に形成する工程と
   。 前記電極層又は／及び該電極層上に形成した被膜をマス
   クとして前記薄層を通過させて前記半導体領域にイオン
   を注入し、前記電極層の下部の前記半導体領域を包囲す
   るよう半絶縁性半導体領域を形成する工程と、 から成るショットキバリア半導体装置の製造方法。