JPH01270348A - 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】 及栗上豊■亙立夏 本発明は逆サージ耐量の大きいショットキバリア半導体
装置に関するものである。

の　　ど　　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は、ｐｎ接合ダイオードと
比較したとき、逆サージ耐量が低いという欠点がある。

すなわち、降伏電圧を越える逆サージ電圧が印加された
とき。

それに伴う逆サージ電流がショットキバリアの周縁に集
中する傾向が著しいため、ショットキバリアの周縁近傍
が過度に発熱して破壊に至り易い。

一方、Ｔｉ（チタン）、Ｃｒ（クロム）等の極薄の薄層
を介してＡＱ（アルミニウム）層等を形成したバリア電
極構造が知られている。Ｔｉ、Ｃｒ等の極薄の薄層がシ
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
らかではないが、形成されるショットキバリアはＡＱ等
のバリア金属単独によるものに近い、この構造ではＴ１
やＣｒが半導体表面に対しなじみの良い金属であるため
、安定な特性のショットキバリアが形成されるとともに
バリア金属の接着強度が著しく向上し、高信頼性のショ
ットキバリア半導体装置を提供できる。しかし、Ｔｉや
Ｃｒ等の極薄のＦＩＩ層を介在させることは逆サージ耐
量の向上とは実質的に無関係であり。

別に逆サージ耐量を向上すべき課題を達成する必要があ
る。

そこで本発明は、逆サージ耐量の向上したショットキバ
リア半導体装置を提供することを特徴とする特に１本発
明の目的は、ＴｉやＣｒ等の極薄の薄層を介在させてへ
Ω層等を形成したバリア電極構造を採用したショットキ
バリア半導体装置の逆サージ耐量向上を達成することに
ある。

を゛　するための手 本発明によれば、ショットキバリア半導体装置は、半導
体領域と、この半導体領域上に形成されたバリア電極と
の間に整流接合としてショットキバリアの形成されたシ
ョットキバリア半導体装置において、断面状態において
、バリアハイト（φｂ）の大きい複数の部分と小さい複
数の部分とがそれぞれショットキバリアに交互に形成さ
れている。バリア電極は、半導体領域上に隣接して形成
された第１のバリア電極と、この第１のバリア電極の上
に隣接して形成された第２のバリア電極とを有する。第
１のバリア電極は半導体領域との間にショットキバリア
を形成できる第１の物質から成る薄層であり、第２のバ
リア電極は半導体領域との間に第１の物質よりバリアハ
イトの小さいショットキバリアを形成できる第２の物質
からなる。

第１のバリア電極はショットキバリアのバリアハイトの
大きい複数の部分を構成する第１薄層と、この第１の薄
層の厚さより薄く形成されてバリアハイトの小さい複数
の部分を構成する第２の薄層とを有する。第１の薄層と
第２の薄層の上にはそれぞれ、第２のバリア電極が隣接
して形成されている。

詐］ ショットキバリアの断面状態においてバリアハイトの大
きい複数の部分と小さい複数の部分がそれぞれショット
キバリアに交互に形成される。このため、バリアハイト
の小さい部分の周辺長の全長はバリア電極の周辺長さに
比べて増加する。ショットキバリアを流れる逆サージ電
流はバリアハイトの小さい部分の周辺に集中するように
流れる。

したがって、バリアハイトの小さい部分の周辺長の全長
が増加させられていることに応じて、逆サージ電流が従
来より分散して流れる。これにより、逆サージ電流によ
る熱破壊が起こり難くなる。

去−」Ｌ−斑一」− 第１図〜第３図に基づいて、本発明の実施例である電力
用ショットキバリアダイオード及びその製造方法につい
て説明する。

まず、第２図（Ａ）に示すように、Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　（
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、厚さ約３００μｍ、不純物濃度約２　
Ｘ　１０”ｍ″″３のｎ◆形領領域２上に、厚さ約１５
μｍ、不純物濃度約２　Ｘ　１０”ｃｘｍ−’のｎ影領
域３をエピタキシャル成長させたものである。

次に、半導体基板１の上面に真空蒸着により約４００人
（０，０４μｍ）のＴｉ（チタン）薄層を形成し、第２
ｒＪ４（Ｂ）に示すようにフォトエツチングにより第１
のＴｉ１１層４ａ、４ｂを残存させる。Ｔｉ１層４ａは
、第３図に示すように、後に形成される主バリア電極の
周辺部に沿って環状に形成されているａＴｘ薄層４ｂは
、Ｔｉ薄層４ａに包囲された領域にメツシュ状に形成さ
れている。Ｔｉ薄層４ａ、４ｂによって形成される多数
の島状領域５には、この段階ではｎ影領域３が露出して
いる。なお、図面では略示するが、島状領域５は実際に
は更に多数個形成され、それらの角部は丸められている
。半導体基板１の裏面には、真空蒸着によりＡｕ（金）
−Ｇｅ（ゲルマニウム）合金層とＡｕＭｌを重ねて形成
し、オーミック電極６が形成される。

続いて、半導体基板１の上面に真空蒸着により’ｒｉｆ
ｆとＡＱＭを形成し、ＡＱＭのフォトエツチングとＴｉ
層のフォトエツチングを続けて行う。

このように素子周辺領域からＴ　１ｆｉｌ　ｌとΔ１！
層の一部を除去することにより、第２図（Ｃ）に示すよ
うに、第２のＴｉ薄層７とＡｆ１層８を形成する。

Ｔｉ薄Ｆ１７は、Ｔｉ薄層４ａ、４ｂより更に極薄の約
５０人（０，００５μｍ）の厚さを有する。ＡＱｐｆＪ
８の厚さは約２μｍである。

更に、空気中で２７５℃、１５分間の熱処理を行う、こ
の結果、素子周辺領域に露出したＴｉ薄層７の一部は酸
化されて、第２図（Ｄ）に示すようにチタン酸化物薄層
９となる。Ａ　ｆｌＪ１８の下部のＴｉ薄層７は酸化さ
れず、Ｔｉ薄層７ａどして残存する。厳密には、Ｔｉ薄
層４ａのうちＡｕ層８に被覆されていない部分の表層部
も酸化されていると考えられるが、簡略化のため図示し
ない、チタン酸化物薄層９は、シート抵抗約１００ＭΩ
／口で、半絶縁性と言えるレベルの高抵抗層である。

Ａｆｉ層８とＴｉ薄層４ａ、４ｂ、７ａから成る組合せ
体がｎ影領域３との間の主電流通路となるショットキバ
リアの形成に関与しているので、この組合せ体をバリア
電極１０と呼ぶ、チタン酸化物薄層９も、ｎ影領域３と
の間にショットキバリアを形成する。しかし主電流（順
方向電流）はチタン酸化物薄層９の抵抗分に制限されて
、ｎ影領域３とチタン酸化物薄層９との間に形成される
ショットキバリアにはほとんど流れない、後述のように
。

チタン酸化物薄ｙＩｊ９はフィールドプレートとして作
用するので、補助的なバリア電極と見なせるものである
。バリア電極１０の平面図は図示しないが、第３図から
明白なように、角の丸められた正四角形である。バリア
電極１０の周辺にはバリア電極１０の一部であるＴｉ薄
層４ａ及びチタン酸化物薄Ｍ９がそれぞれ環状に形成さ
れている。

その後、プラズマＣＶ　Ｄ　（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａ
ｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）又は光ＣＶＤとフォトエ
ツチングを組合せて保護膜として第１図に示すシリコン
酸化膜１１を形成する。更に、真空蒸着とフォトエツチ
ングを組合せてＴｉ薄層とＡｕ層を重ねた外部接続用電
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。本明細書では、Ｔｌ薄層４ａ、４ｂ、７
ａを第１のバリア電極と言い、Ａ　ｆｉ［８を第２のバ
リア電極と言う。

こうして製作されたショットキバリアダイオードは、従
来に比べると逆サージ耐量が向上した。

この要因は、バリア電極１０に基づくショットキバリア
にバリアハイトの大きい部分と小さい部分が分散して形
成されていることによる。すなわち。

極薄のＴｉ薄層７ａとその上のＡＱＭ８に基づいて島状
領域５に形成されるショットキバリアは、ＡＱ７ｉとｈ
影領域との間に形成されるショットキバリアに近い特性
を示す。一方、相対的に厚いＴｉ薄層４ａ、４ｂとその
上のＴｉ薄層７ａとＡ１２層８に基づいて形成されるシ
ョットキバリアは、Ｔｉ層とｎ影領域との間に形成され
るショットキバリアに近い特性を示す、この結果、Ｔｉ
薄層４ａ、　４ｂ、７ａとＡＩＩＮＢに基づいて形成さ
れるショットキバリアは、Ｔｉ薄５７ａとＡＱＭ８に基
づいて島状領域５に形成されるショットキバリアより大
きなバリアハイトを有する。このため、逆サージ電流は
、バリアハイトが小さく形成されている各島状領域５の
周辺部に集中し、バリア電極１０の全体から見れば分散
して流れる。島状領域５の周辺長の全長は、バリア電極
１０の周辺の全長に比べると大幅に増加されている。し
たがって、従来のようにバリア電極１０の周辺に逆サー
ジ電流が集中する場合鴫比べて、逆サージ電流の分散化
がはかられ、逆サージ電流による熱破壊が起こり難くな
る。

Ｔｉ薄層４ａは、いわゆる周辺φｂ大のＩ造を形成して
おり、耐圧向上に寄与している。しかし。

本実施例のショットキバリアダイオードは、チタン酸化
物薄層９の形成によっても大幅な高耐圧化が達成されて
いる。即ち、チタン酸化物薄層９は、ショットキバリア
形の高抵抗フィールドプレートとして、電界集中の緩和
作用を強く発揮している。

ショットキバリア形の高抵抗フィールドプレートは、バ
リア電極を包囲しかつバリア電極と電気的に接続される
とともに、半導体領域との間にショットキバリアを形成
し、かつシート抵抗１０に０７口以上の高抵抗薄層であ
る。

スー」Ｌ二佐−堅一 第４図は１本発明の他の実施例であるＧａＡｓショット
キバリアダイオードの断面図を示す、第４図では、第１
図〜第３図に示す箇所と同一の部分には同一の符号を付
し、説明を省略する。

この例では、実施例１のＴｉ薄層７ａを設けないため、
島状領域５のＡｆ１層８はｎ影領域３と直接に隣接して
ショットキバリアを形成する。島状領域５のショットキ
バリアのバリアハイトは、Ｔｉ８層４ａ、４ｂとｎ影領
域３との間に形成されるショットキバリアより小さい、
したがって、実施例１と同様に逆サージ電流の分散化が
はかられ、逆サージ耐量が向上する０本実施例ではＴｉ
９層７ａを形成せず、製造工程の簡素化が可能であるが
、ショットキバリアの特性安定性及びバリア電極の接着
強度の面では前記実施例１の方が優れている。

ｂによって実用上問題のないレベルに高められている。

またＡＱ層Ｂの形成方法又は形成条件に留意すれば、シ
ョットキバリアに充分な特性安定性が得られる。

なお、本実施例では、チタン酸化物置Ｍ９による高耐圧
化構造を採用しないが、Ｐφ形領領域１３形成したガー
ドリング構造と外部接続用電極１２に基づくフィールド
プレート構造とを組合せて高耐圧化を図っている。

髪−展一五 本発明は、前記実施例に限定されることなく、その趣旨
の範囲で種々の変形応用が可能である。

例えばバリアハイトの大きい複数の部分と小さい複数の
部分を作るには前記以外に種々の方法があり、実施例１
．２のように２種類の金属を使う方法は代表的なもので
ある。別法として、バリアハイトの大きい部分と小さい
部分を形成すべき工程において半導体表面の前処理や熱
処理を変える方法も採用できる１例えば、シリコン半導
体を用いる場合、バリア金属の形成と熱処理をそれぞれ
２回に分けて行うことにより、バリア金属とシリコン半
導体の間において異なる構造の金属シリサイドをバリア
金属の各部で成長させた構造としてもよい、また、実施
例１において第２図（Ｃ）又は第２図（Ｄ）の段階で比
較的高温の熱処理を加えると、バリアハイトの大小関係
の逆転が起こり、Ｔｉ薄層４ａ、４ｂ、７ａとＡＱＭ８
に基づいて形成されるショットキバリアのバリアハイト
がＴｉ薄１１７ａとＡＱ層８に基づいて形成されるもの
より小さくなる現象が判明している。したがって、この
現象を利用してバリア電極におけるバリアハイトの大き
い部分と小さい部分を形成してもよい。

また、平面的に見たときのバリアハイトの小さい部分の
形状は、実施例１．２の島状のほかに、メツシュ状、ス
トライプ状、＜シ歯状、同心環状。

うず巻状なとでもよい。

更に、実施例１においては、Ｔｉ薄層７ａの厚さは５〜
２００人、Ｔｉ薄層４ａ、４ｂとＴｉ薄層７ａを加えた
厚さは１００〜１０００人が望ましく。

これらの範囲で種々の層厚を選択することができる。チ
タン酸化物薄層９のシート抵抗はＩＯＫΩ／口〜５００
０ＭΩ／口、望ましくはＩＯＭΩ／口〜１０００ＭΩ／
口に選ぶのがよい。

更に、第１のバリア電極を構成する物質としてＴｉ、半
導体領域を構成する半導体としてＧ　ａ　Ａ　ｓ、Ａ　
Ｑ　ＧａＡｓ　（砒化アルミニウム・ガリウム）、Ｇａ
Ｐ（燐化ガリウム）、ＩｎＰ（燐化インジウム）等のｍ
−ｖ族化合物半導体を用いた組合せが好適であるが、こ
れに限定されるものではなく、要求される特性に応じて
種々の組合せが可能である。Ｔｉ薄層４ａ、４ｂ、７ａ
の代わりにＣｒ９１１層を使用してもよい、他の化合物
半導体又はＳＬ（シリコン）を用いたショットキバリア
半導体装置への適用も可能である。

且里勿羞求 本発明によれば、逆サージ電流のバリア電極周辺のみへ
の集中が緩和され、逆サージ耐量の大きいショットキバ
リア半導体装置を提供することができる。特に、Ｔｉ、
Ｃｒ等の極薄の薄層を介してＡＱ層等を形成したバリア
電極構造の特徴を生かしつつ逆サージ耐量を向上させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による一実施例としてのショットキバリ
アダイオードの断面図、第２図はこのショットキバリア
ダイオードの各製造工程でのダイオードチップの断面図
を示し、第２図（Ａ）は半導体基板の断面図、第２図（
Ｂ）は半導体基板にＴｉ薄層とオーミック電極を形成し
た状態を示す断面図、第２図（Ｃ）は第２図（Ｂ）のＴ
ｉ薄層上に更にＴｉ薄層及びＡＱ層を形成した状態を示
す断面図、第２図（Ｄ）はＴｉ薄層の一部を酸化してチ
タン酸化物薄層を形成した状態を示す断面図、第３図は
第２図（Ｂ）の平面図、第４図は本発明による他の実施
例としてのショットキバリアダイオードの断面図を示す
。 ３１．ｎ影領域（半導体領域）、４ａ、４ｂ、。 Ｔｉ薄Ｈ（第１のバリア電極の肉厚部）、　　７ａ、。 Ｔｉ１１層（第１のバリア電極の肉薄部）、　　８．。 Ａｌｆｉ　（第２のバＩＪ　７電極）、　　１００．バ
ＩＪ　７電極。 第１図 第３図 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体領域と、該半導体領域上に形成されたバリ
   ア電極との間に整流接合としてショットキバリアの形成
   されたショットキバリア半導体装置において、断面状態
   において、バリアハイトの大きい複数の部分と小さい複
   数の部分とがそれぞれ前記ショットキバリアに交互に形
   成されていることを特徴とするショットキバリア半導体
   装置。
2. （２）前記バリア電極は、前記半導体領域上に隣接して
   形成された第１のバリア電極と該第１のバリア電極の上
   に隣接して形成された第２のバリア電極とを有し、前記
   第１のバリア電極は前記半導体領域との間にショットキ
   バリアを形成できる第１の物質から成る薄層であり、前
   記第２のバリア電極は前記半導体領域との間に前記第１
   の物質よりバリアハイトの小さいショットキバリアを形
   成できる第２の物質からなり、前記第１のバリア電極は
   前記バリアハイトの大きい複数の部分を構成する第１の
   薄層と、該第１の薄層の厚さより薄く形成されて前記バ
   リアハイトの小さい複数の部分を構成する第２の薄層と
   を有する請求項（１）記載のショットキバリア半導体装
   置。