JPH02105465A - 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】 ［産業上の利用分野〕 本発明はショットキバリアダイオード等のショットキバ
リア半導体装置に関し、詳細には、逆方向漏れ電流が小
さく、かつ順方向の電流容量も比較的大きくできるショ
ットキバリア半導体装置に関する。

〔従来の技術〕

ショットキバリアダイオードは順方向の電力損失が小さ
く、高速応答性が良好である利点を生かして、高周波回
路等に広く使用されている。しかし、ショットキバリア
ダイオードはｐｎ接合ダイオードに比べて第３図に示す
ように逆方向電流ｌ漏れ電流）が大きいという欠点があ
る。

この漏れ電流を減少できるショットキバリアダイオード
として第５図囚（Ｂｌに示すような構造のショットキバ
リアダイオードが本願出願人に係わる特公昭５９−３５
１８３号公報に開示されている。

第５図のショットキバリアダイオードはｎ影領域１のＪ
：　Ｋ　ｎ影領域２をエピタキシャル成長させた半導体
基体３を用意し、この牛導体基体乙のｎ影領域２内に複
数の島状のｐ影領域４ａと環状のｐ＋形領領域４ｂ全拡
散によって形成する。牛導体基゛体６の上面には第５図
（Ｂ）に示すようにｎ影領域２内１ｃｐ形領域４ａが縦
横に等間隔で島状に点在し、所定の断面にｐいＩｎｎ領
領域２ｐ影領域４　ａ’が交互に半導体基体３の上面に
露出し℃いる。したがって、上記の所定の断面ではｎ影
領域２とｐ影領域４ａとがバリア電極乙に対して交互に
接する。

バリア電極６はｎ形顛域２との界面にショットキバリア
を形成するがｐ影領域４ａ、４ｂとの界面にはショット
キバリアを形成しない。したがって、第５心のショット
キバリアダイオードは複数のｐｎ接合ダイオードとショ
ットキバリアダイオードとが１気的に並列に接続された
のと等価である。

したがって、このショットキバ・リアダイオードに半導
体基体乙の下面に形成されたオータック電極７に対する
バリア電極６の電位を負とする逆方向電圧を印加すると
、ｎ影領域２とｐ影領域４ａ。

４ｂによって形成さ八るｐｎ接合からｐ影領域４ａ、４
ｂの間のｎ影領域２に空乏層が延びて、ショットキバリ
ア頒域全流れる漏れ電流の電流経路が狭められる。これ
は、ショットキバリア領域の実効面積が減少することを
意味テる。したがって、逆方向電圧を増加してもショッ
トキバリア領域を流れる逆方向電流が大きく増加するこ
とがない。

逆方向電圧レベルが所定の電圧値Ｃピンチオフ電圧）に
達すると、島状のｐ影領域の相互間及び島状の■〕形頒
域４ａと環状のｐ影領域４ｂとの間が空乏層でつながり
、ショットキバリア領域を流れる漏れ電流の電流経路が
実質的に閉じられる（ピンチオフする）。つまり、第５
図のショットキバリアダイオードの漏れ電流はｐ影領域
４３％４ｂとｎ影領域２から成るｐｎ接合ダイオードを
流れる漏れ電流が支配的となる。ここで、ｐｎ接合ダイ
オードはそれと接合面積の等しいショットキバリアダイ
オードに比べて漏れ電流レベルが十分に小さい。したが
って、第５図のショットキバリアダイオードではｐ＋形
飴域４ａ、４ｂを形成しない一般的ナショットキバリア
ダイオート′に比べて漏れ１！流レベルを小さくするこ
とができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述のショットキバリアダイオードではｐ形領１域４ａ
、４ｂを形成した分だけショットキバリア領域の面積は
減少する。そこで、接合面積の等しいショットキバリア
ダイオードとｐｎ接合ダイオードとを比較すると、第６
囚に示すように特性線ａのショットキバリアダイオード
の順方向電圧が時性線すのｐｎ接合ダイオードの順方向
電圧よジも小さい。したがって、ショットキバリアダイ
オードとｐｎ接合ダイオードが電気的に並列に接続され
たのと等価である第５図のショットキバリ７ダイオード
では、順方向電流は実質的にショットキバリア領域に流
れる。このため、第５図のショットキバリアダイオード
はｐ形＠域４ａ、４ｂを形成しない一般的なショットキ
バリアダイオードに比べてチップサイズが同一であれば
順方向の電流容量が小さくなる。もちろん、チップサイ
ズを大きくすれば電流容量は増大できるが、コスト高と
なり望ましくない。また、バリア電極６の外周部分の半
導体基体６の間隔を狭めて相対的にバリア電極６の面積
を大きくしてショットキバリア領域の面積を増大するこ
とも考えられるが、上記の間隔は耐圧等から狭めるにも
限界があり、もともと可能な限り最小の間隔で設計され
ている。

そこで、本発明の目的は上記の問題を解決し、漏れ電流
レベルが小さく、かつ順方向の電流容量も比較的大き（
とれるショットキバリア牛導体装置を提供することにあ
る。

［課題を解決するための手段〕 上記目的を達成するための本発明は、実施例を示す第１
図の符号を参照して説明すると、第１の半導体領域２と
、前記第１の半導体領域２と反対の導電型全方して前記
第１の半導体領域２内に配置された複数個の島状の第２
の半導体領域４ａと、前記第１の半導体領域２に対して
ショットキバリア全形成することができる物質から成り
、かつ前記第１の半導体領域２と前記第２の半導体領域
４ａとに接触するように配置されたバリア電極６と全備
え、前記バリア電極６と前記第１の半導体領域２との間
及び前記第１の半導体領域２と前記第２の半導体領域４
ａとの間にショットキバリアの逆方向降状電圧よりも低
い逆方向電圧を印加した状態で前記第２の半導体領域４
ａの相互間がｐｎ接合に基づく空乏層によって結ばれる
ように前記第２の半導体領域４ａの相互間隔が決定され
ているショットキバリア半導体装置において、前記第２
の牛導体佃Ｊ或４ａが略円形又は略正多角形の平面形状
を有し又おり、前記第１の半導体領域２と前記第２の＃
−導導体職域４ａの共通表面上に描かれた少なくとも１
個の仮止六角形をこの対向する角を結ぶ３本の直線によ
って区画することによって得られる仮想正三角形の各頂
点に前記第２の半導体領域４ａの中心が一致するように
前記第２の半導体領域４ａがそれぞれ位置決めされてい
るこトラ特徴とするショットキバリア半導体装置に係わ
るものである。

〔作　用〕

本発明のショットキバリア半導体装置では逆方向電圧を
印加したとき、第１の半導体領域２と第２の半導体領域
４ａとによって形成されるｐｎ接合に基づく空乏層８が
第２の半導体領域４ａ間の第１の半導体領域２に広がり
、第１の半導体領域２とバリア電極６とによって形成さ
れるショットキバリア領域を通る逆方向電流の電流経路
が狭められる。したがって、逆方向電流レベルがｐｎ接
合程度に小さいショットキバリア半導体装置を実現でき
る。しかし、本発明のショットキバリア半導体装置では
第２の半導体領域４ａが表面上の仮想正三角形の頂点に
配置されている。したがって。

ショットキバリアの逆方向降状電圧よりも低い所定の逆
方向電圧を印加したときに前述の逆方向電流の電流経路
が空乏層によって閉じられるように第２の半導体領域４
ａ間の距離を規定したとぎに、第２の半導体領域４ａを
本発明に基づく配置に決定子れば、全表面積及び第２の
半導体領域４ａの１つの面積が同一という条件のもとで
は、本発明に基づかない従来の第２の半導体領域４ａの
配置よりも本発明に基づく第２の半導体領域の占有面積
を減少することができる。換言丁れば、バリア電極６に
接する第１の半導体領域２Ｃシヨツトキバリア領域）の
占有面積を増大できる。ここで、ｌ顯方向電流はｊ＠電
圧の小さいショットキバリア山域に主として流れ、ｐｎ
接合にはあ一！り流れない。

したがって、ショットキバリア領域の占有面積が増大し
た本発明のショットキバリア半導体装置では電流容量を
増大できる。

［実施例］ 第１９〜第６図を参照して本発明の一実施例に係わるシ
ョットキバリアダイオードを以下に説明する。本実施例
のショットキバリアダイオードは第１図（ＡＪ（ＢＪに
示すように半導体基体３と、生導体基体乙の上面に形成
されたバリア電極６と、半導体基体６の下面に形成され
たオーミック電極７とを有する。出発母材となるｎ影領
域１は層厚が約２４０μｍであり、不純物濃度は約４　
Ｘ　１０　”　ｃｍ−３である。また、ｎ影領域１の上
面にエピタキシャル成長させて形成したｎ形頌域２は層
厚が約２２μｍであり、不純物濃度は約７．５　Ｘ　１
０１４ｃｍ　　である。ｎ影領域２には層厚が約１３μ
ｍ１不純物濃度が約Ｉ　Ｘ　１０”ｃｍ　　のｐ影領域
４ａ、４ｂが拡散によって形成されている。島状のｐ影
領域４ａと環状のｐ影領域４ｂとの上面はいずれも半導
体基体３から露出し１表面以外はｎ形佃域２に包囲され
るように半導体基体３内Ｖｃ埋設して形成されている。

半導体基体３の上面にはシリコン酸化膜とシリコン窒化
膜が順次積層されて成る保護膜５が形成されており、こ
の保護膜５には半導体基体６の上面が露出するように開
口５ａが設けられている。真空蒸着によってＭｏ　（モ
リブデン）層６ａｂ　〕’＋（チタン）層（Ｓ　ｂ％Ａ
Ｉ　（フル＝ｒ７ム）層６ｃが順次積層されて成るバリ
アを極６の下面は、第１１囚に示すように保護膜５の開
口５ａを通じて半導体基体６の上面に接している。ここ
で、ハ１７了電極乙の一層目のＭｏ層６ａは図示のよう
に開口５ａの内側の領域に形成されてお９　、Ｍｏ層６
ａの上面に積層されたＴｉ　Ｎ　６　ｂ及びＡＩ層６ｃ
は保護膜５の上面まで延在している。なお、１１層６ｂ
とＡ１層６ｃの保護膜５の上面に形成された部分は周知
のフィールドプレートとして作用してショットキバリア
ダイオードの周辺耐圧の向上に寄与する。なお、ｎ形頌
域２との間にショットキバリアを形成するのはＭｏ層６
ａであり、　ＡＩ層６ｃは外部電極の接続電極、１１層
６ｂはＡ１層６ｃとＭ。

層６ａとの密着性及び保護膜５との密着性金向士するた
めのグリユー金属島と考えられるが１本明；ａＳにおい
ては上記６つの金属１を総称してバリア電極６と呼称す
る。Ａ４ｏ層６ａ、Ｔｉ層６ｂ％ＡｌＮ６ｃはｐ影領域
４との界面にはショットキバリアを形成しないので、半
導体基体６とバリア電極６との界面に訃いては、ｎ影領
域２とバリア電極６が接する部分にショットキバリア領
域が形成され、ｐ影領域４とバリア電極６が隣接する部
分に非ショットキバリア領域が形成される。なお、Ｍ。

層６ａ（！：ｐ形領域４とは低抵抗のオーミック性接触
するので、上記の非ショットキバリア領域を王手導体基
体３とバリア電極６との低抵抗接触領域となる。半導体
基体３の下面に形成されたオーミック電極７はＴｉとＮ
ｉを順次真空蒸着した電極刀）ら成り、ｎ影領域１と低
抵抗接触している。

半導体基体３の上面を平面的に見ると、第１図の）に示
すように、ｎ影領域２の中に多数の島状のｐ影領域４ａ
が互いに離間して配置されており、その外周側に多数の
島状のｐ影領域４ａを包囲するように環状のｐ影領域４
ｂが形成されている。

なお、環状のｐ影領域４ｂは島状のｐ影領域４ａ刀・ら
離間して形成されている。島状のｐ影領域４ａは平面形
状が略円形であり、その径は約３０μｍとなっている。

本実施例では島状のｐ影領域４ａの配置が従来例と異な
っている。即ち、半導体基体３の上面に一辺を共通とし
て互いに隣接して形成された大きさの等しい複数個の仮
想正三角形Ｔを想定すると、島状のｐ影領域４ａはその
中心がこれらの仮想正三角形Ｔの頂点にほぼ一致するよ
うに配置されている。したがって、集合によって正六角
形を形成する６個の正三角形Ｔの共通の頂点に配置され
たｐ形佃域４ａとこのＩＦ！Ｉりに配置さ九ｆｃ６個の
ｐ影領域４ａとのそれぞれの最短相互間隔Ｌ１、Ｌ２、
Ｌｌ、Ｌ４．ＬいＬ６は第１図（Ｑに示すようにそれぞ
れほぼＬであって互いにほぼ等しい。島状のｐ形頌域４
ａと、島状のｐ形惟域４ａの間に形成されたｒＩ形領領
域２上面はそれぞれバリア電極６の下面に接する。環状
のｐ影領域４　ｂ’の上面には保護膜５とバリア電極乙
の境界が位置し、環状のｐ形佃域４ｂの上面は保護膜５
とバリア電極６の両方に接する。

本実施例のショットキバリアダイオードに逆方向電圧６
ａ加すると、第５図のショットキバ＋Ｊ　７ダイオード
と同様にｎ影領域２とｐ形頌域４ａ。

４ｂによって形成されるｐｎ接合からｐ影領域４ａ、４
ｂの間のｎ影領域２に空乏層が広がる。逆方向電圧を増
加させるにつれ又、この空乏層の広が９が大きくなり、
逆方向電圧が所定の電圧（ピンチオフ電圧）に達すると
第２図（ＢＪに模式的に示すように仮想三角形Ｔの頂点
に配置された３つの島状のｐ影領域４ａとｎ形価城２に
よって形成されたｐｎ接合〃）ら延びる３つの空乏層８
が互いに接し、島状のｐ形領職４の間が空乏層８によっ
て結ばれる。また、最外周に位置する島状のｐ形頌域４
ａと環状のｐ形頒域４ｂとの間も空乏層にょ５て結ばれ
る。したがって、ショットキバリアを通る漏れ電流の電
流経路は逆方向常圧を増加するにつれて空乏層によって
狭められ、ピンチオフ電圧に達したとき、この電流経路
は空乏層によって閉じられる。したがって、従来例と同
様に漏れ電流のレベルが小さいショットキバリアダイオ
ードを実現できる。

島状のｐ影領域４ａｆ：本実施例のように配置しなくて
も漏れ電流レベルの小さいショットキバリアダイオード
′はそれなりに実現できる。しかしながら、例えば第５
図のショットキバリアダイオードではｎ影領域２の不純
物濃度、ｐ＋形領領域４ａ４ｂの不純物濃度、島状のｐ
＋形領領域４ａ形状及び大きさを本実施例と同一とする
と、同じ大きさの逆方向電圧によって第２図（Ｂ）のよ
うにピンチオフさ−けるためには、第２図（５）に示す
ように島状のｐ影領域４ａをその間隔を狭めて密に配置
しなければならない。このため、半導体基体３における
ｐ影領域４ａ、４ｂの占有面積が増大−ｒる。−例とし
て１本実施例のショットキバリアダイオードに訃いて、
島状のｐ影領域４ａの径を３Ｑｌ１ｍ。

島状のｐ形函域４３間の間隔Ｌ＋−Ｌ６を１９βｍとす
るとき、逆方向電圧が約１１２Ｖでピンチオフしたとす
る。このピンチオフ電圧に訃いて第５図のショットキバ
リアダイオードをピンチオフさセるには島状のｐ影領域
４ａの間隔全豹１ｏｌ１ｍとしなければならず、接合面
におけるショットキバリア領域の面積占有率は約５５％
となる。本実施例のショットキバリアダイオードでシ工
ショット＄バＩＪ７１ｉ域の面積占有率はこれより約１
１％大きい約６６％となっている。なお、第２図では説
明上、島状のｐ影領域４ａから延びる空乏層８が重なる
ようになっているが実際には重なり部分は生じない。ま
た、逆方向電圧印加時にはショットキバリア領域に基づ
く空乏層も生成され、この空乏層はｐｎ接合に基づく空
乏層８と接する。また、第１図では島状のｐ影領域４ａ
の数が６）個となっているが、実際は一辺が２．８ｍｍ
の角形の半導体基体６の中に約６０００個の島状のｐ影
領域４ａが形成されている。また、環状のｐ影領域４ｂ
め内周には半円形状に突出部分が形成されているが、こ
れは、環状のｐ影領域４ｂとそれに近接する最外周の島
状のｐ影領域４ａとの間隔を島状のｐ影領域４ａの間隔
と等しくするためであり１これによジ、島状のｐ影領域
４ａの相互間隔と、島状のｐ影領域４ａと環状のｐ影領
域４ｂとの間隔をほぼ等しい大きさの逆方向電圧でピン
チオフさせることができる。

以上のように１本実施例の７ヨツトキバリアダイオード
によれば、逆方向電圧が印加された際にショットキバリ
ア領域を通る漏れ電流の電流経路を狭めるようにｐｎ接
合から空乏層が延びる。したがっ又、ショットキバリア
領域を通る漏れ電流が減少しｍ　ｐｎ接合を流れる漏れ
電流が支配的となる。結果として漏れ電流レベルの小さ
いショットキバリアダイオードを実現できる。なお、逆
方向電圧のレベルが小さくて完全にピンチオフしない状
態においてもショットキバリア領域を流れる漏れ電流の
電流経路が狭められるので、ｐ＋形領領域４ａ４ｂｉ形
成しないショットキバリアダイオードに比べて漏れ電流
レベルを十分に小さくできる。し刀１も１本実施例のシ
ョットキバリアダイオードでは、従来例と同じピンチオ
フ電圧によってピンチオフが生じるようにｐ影領域４ａ
、４ｂｋ配置しているが、っまり、従来例と同程度の漏
れ電流レベルを実現しているが、従来例よりもｐ＋形領
領域４ａ４ｂの面積は減少している。このため。

ショットキバリア領域の面積が増大し、チップサイズを
大きくすることなく、従来例よりも電流容量の大きいシ
ョットキバリアダイオードを実現している。

［変形例〕 本発明は上述の実施例に限定されるものでなく。

例えば次の変形が可能なものである。

（１）ｐ影領域４ａの平面形状は電界集中点が生じない
ように略円形とするのがよいが正多角形としてもよい。

この場合、正六角形と丁れば、隣ジ合うｐ影領域４ａの
間隔を等しくできるためピンチオフを同時に達成できる
。

（２）近接するｐ影領域４ａの間隔が等しければ。

ｐ影領域４ａの大きさは一定にする必要はない。

しかし、ｐ影領域４ａをあまり小さく形成すると空乏層
の延びが十分に得られな（なるから、実施例のように大
きさのほぼ等しいｐ影領域４ａを略等間隔で配置するの
が望ましい。

（３）ｐ影領域４ａ及びｎ影領域２の濃度やピンチオフ
電圧の設定値等によってｐ影領域４ａの間隔は任意に設
定される。しかし、ｐ影領域４ａの径が近接するｐ形領
＠４ａの間隔よりも大きくなるようにした方が、従来例
に比べてショットキバリア領域の面積占有率を大きく増
加できる。

（４）　　環状のｐ影領域４ｂ全単なる帯状形状として
もよい。また、バリア電極６を島状のｐ影領域４ａの分
布伽域に限定的に配設し、環状のｐ影領域４ｂｇ省いて
もよい。この場合には、最も外側の島状ｐ影領域４ａの
中心を結ぶ直線よりも内側にバリアを極６を設けること
が望ましい。

＋５１ＥＱＲ（等電位リング）やチャンネルストツバを
形成し又もよい。

（６）　　第４図に示すように、本発明に基づくショッ
トキバリアダイオードとｎｐｎ）ランジスタとを同一の
牛導体基体に組込んだ牛導体装置としてもよい。第４図
のショットキバリア牛導体装置で゛に、ショットキバリ
アダイオードのバリア電極６の一部がｎｐｎ　トランジ
スタのペース電極となっており、ショットキバリアダイ
オードのオーミックｉＥ＆７の一部がｎｐｎ）ランジス
タのコレクタ電極となっている。つま９、ショットキバ
リアダイオードｄＫｎｐｎ）ランジスタのベース・フレ
フタ間に並列に接続され、ｎｐｎ　）ランジスタのスピ
ードアップ化が図られている。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、漏れ電流レベルが小さ
く、かつ電流容量が比較的大きいショットキバリア生導
体装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１１囚は本発明の一実施例に係わるショットキバリア
ダイオードを示す中央Ｍ断面図。 第１図（ＢＪは第１１囚のショットキバリアダイオード
の生導体基体の表面を示す平面図。 第１図０は第１図（Ｅの島状のｐ影領域の相互の関係を
示す拡大平面図。 第２１囚は従来の島状のｐ影領域の配置と空乏層との関
係を示す平面図。 第２図（ＢＪは５本実施例の島状のｐ影領域の配置と空
乏層との関係を示す平面図、 第３図はショットキバリアのみから成るダイオードとｐ
ｎ接合のみから成るダイオードの電圧−を示す断面図、 第４図ａ３＋は第４１囚の等価回路図。 第５図（Ａｔは従来のショットキパリアダ、イオードの
中央縦断面図。 第５図（Ｂ）は第５１囚のショットキバリアダイオード
の牛導体基体の表面を示す平面図である。 ２・・・ｎ影領域、３・・・牛導体基体、４ａ・・・島
状のｐ＋形領領域４ｂ・・・環状のｐ＋形領領域６・・
・・くリア電極。 代　理　　人　　　高　　野　　則　　次第３図 川−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 〔１〕第１の半導体領域（２）と、前記第１の半導体領
   域（２）と反対の導電型を有して前記第１の半導体領域
   （２）内に配置された複数個の島状の第２の半導体領域
   （４ａ）と、前記第１の半導体領域（２）に対してシヨ
   ツトキバリアを形成することができる物質から成り、か
   つ前記第１の半導体領域（２）と前記第２の半導体領域
   （４ａ）とに接触するように配置されたバリア電極（６
   ）とを備え、前記バリア電極（６）と前記第１の半導体
   領域（２）との間及び前記第１の半導体領域（２）と前
   記第２の半導体領域（４ａ）との間にシヨツトキバリア
   の逆方向降状電圧よりも低い逆方向電圧を印加した状態
   で前記第２の半導体領域（４ａ）の相互間がｐｎ接合に
   基づく空乏層によつて結ばれるように前記第２の半導体
   領域（４ａ）の相互間隔が決定されているシヨツトキバ
   リア半導体装置において、 前記第２の半導体領域（４ａ）が略円形又は略正多角形
   の平面形状を有しており、 前記第１の半導体領域（２）と前記第２の半導体領域（
   ４ａ）との共通表面上に描かれた少なくとも１個の仮正
   六角形をこの対向する角を結ぶ３本の直線によつて区画
   することによつて得られる仮想正三角形の各頂点に前記
   第２の半導体領域（４ａ）の中心が一致するように前記
   第２の半導体領域（４ａ）がそれぞれ位置決めされてい
   ることを特徴とするシヨツトキバリア半導体装置。