JPH02253659A - 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】 １上の 本発明は半導体装置に関し、詳細には、整流障壁（Ｐｎ
接合又はショットキ障壁）が高耐圧化された半導体装置
に関する。

びその　　すべき Ｐｎ接合（Ｐｉｎ接合を含む）やショットキ障壁（ショ
ットキバリア）では、これらの周辺部分における耐圧（
以下、周辺耐圧と言う）が、これらの中央部での耐圧（
以下、バルク耐圧と言う）に比べて低下する傾向が著し
く、高耐圧化が困難であるという問題を有する。

この問題を解決するため、フィールドプレートを設けた
構造、ガードリングを設けた構造、あるいはその両方を
組合せた構造が広く使われている。

しかしながら、上記の構造では、高耐圧化の効果が十分
に得られないのが実情である。

そこで、本発明の目的は、上記の問題を解決し、高耐圧
化効果が大きく、かつ高耐圧化を確実に達成することが
できる構造を提供することにある。

を　　するための 本願請求項（１）の発明による半導体装置は、第１の導
電型を有する第１の半導体領域と、電極を備えて前記第
１の半導体領域との間に整流障壁を形成するように第１
の半導体領域に隣接して形成された整流ＩＩ壁形成手段
と、電極に電気的に接続され、かつ第１の導電型と反対
の導電型である第２の導電型を有し、かつ整流障壁を包
囲するように第１の半導体領域に隣接して形成された第
２の半導体領域とを備えている。ｌｌ流障壁に逆電圧を
印加したときに、第２の半導体領域の整流障壁に近い側
の端部と整流障壁から遠い側の端部との間に電位差が生
じる。

また、本願請求項（２）の発明による半導体装置は第１
の導電型を有する第１の半導体領域と。

第１の半導体領域との間にショットキバリアを形成する
ように第１の半導体領域上に形成された電極と、第１の
半導体領域と反対の導電型である第２の導電型を有し、
かつショットキバリアを包囲するように第１の半導体領
域に隣接して形成された第２の半導体領域と、電極と第
２の半導体領域とを電気的に接続し、かつショットキバ
リアを包囲するように第１の半導体領域に隣接して形成
され、かつ第２の導電型を有するとともに第２の半導体
領域よりも不純物濃度が高い半導体領域から成る接続領
域とを備えている。ショットキバリアに逆電圧を印加し
たときに、第２の半導体領域のショットキバリアに近い
側の端部とショットキバリアから遠い側の端部との間に
電位差が生じる。

請求項（１）における前記電流障壁形成手段の１つは、
第１の半導体領域との間にｐｎ接合を形成するように第
１の半導体領域と反対の導電型を有し、かつ第１の半導
体領域よりも低い抵抗率を有している１反対導電型半導
体領域と、この反対導電型領域上に形成されたオーミッ
ク電極から成る。また、前記電流障壁形成手段の他の１
つは、第１の半導体領域との間にショットキバリアを形
成するバリア電極である。

作ユーーー月− 第１の発明では、整流障壁に逆電圧が印加されたとき、
整流障壁から広がる空乏層のみならず。

第１の半導体領域と第２の半導体領域との間に形成され
たＰｎ接合から広がる空乏層も発生し、これらが連続す
る。第２の半導体領域は、第１の半導体領域に対して絶
縁膜を介さない形のフィールドプレートとして作用し、
かつ導体性のフィール舎ドブレートよりも電界集中緩和
効果の大きい高抵抗フィールドプレートとして作用する
。したがって、整流障壁の周辺部分での電界集中を大幅
に緩和する。

また、第２の発明では、ショットキバリアに逆電圧が印
加されたとき、ショットキバリアから広がる空乏層のみ
ならず、第１の半導体領域と接続領域との間に形成され
る第１のＰｎ接合及び第１の半導体領域と第２の半導体
領域との間に形成される第２のＰｎ接合から広がる空乏
層も発生し、これらが連続する。第２の半導体領域は第
１の半導体領域に対して絶縁膜を介さない形のフィール
ドプレートとして作用し、かつ導体性のフィールドプレ
ートよりも電界集中緩和効果の大きい高抵抗フィールド
プレートとして作用する。したがって、ショットキバリ
アの周辺部分での電界集中を大幅に緩和する。また、接
続領域は第２の半導体領域よりも不純物濃度が高いから
、第１及び第２のＰｎ接合から延びる空乏層が電極に到
達してパンチスルーブレークダウンが生じることを防止
できる。

ヌー」Ｌ二匹 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
とその製造方法について、以下に第１図及び第２図を参
照して説明する。

第１図（Ａ）に示すショットキバリアダイオードを製作
する際には、まず、第１図（Ｂ）に示すように、ＧａＡ
ｓから成るｎ十型領域（２）の上に、Ｇ　ａ　Ａ　ｓの
エピタキシャル成長法により高抵抗のｎ型領域（３）を
形成した半導体基板（１）を用意する。ｎ型領域（３）
の不純物濃度は約１．８×１０１ｓａ１′−３厚さは１
５μ陽である。

次に第１図（Ｃ）に示すように、半導体基板（１）にＺ
ｎ（亜鉛）を選択拡散してＰ＋型領域（４）及び第１の
Ｐｎ接合（５）を形成する。

Ｐ＋型領域（４）はその表面が半導体基板（１）の上面
に露出しており、第２図に示すように環状に形成されて
いる。Ｐ＋型領域（４）の表面不純物濃度は約５　Ｘ　
１０”ｃｓｅ−”、厚さは２．５μ鳳である。

次に、半導体基板（１）の上面にＺｎを選択的にイオン
注入（高電界中でイオンを加速して半導体基板に打ち込
む方法）した後に、半導体基板（１）に８００℃、５分
間の熱処理を施して、第１図（Ｄ）に示すようにＰ＋型
領域（４）に隣接するＰ−型領域（６）と第２のＰｎ接
合（７）を形成する。Ｐ−型領域（６）のシート抵抗は
Ｐ＋型領域（４）のそれよりもはるかに大きい約１００
にΩ／口となっており、Ｐ−型領域（６）は、その表面
が半導体基板（１）の上面に露出しており、環状に形成
されている。

次に、半導体基板（１）の上面全域にＴｉ（チタン）薄
層とＡＱ　（アルミニウム）層を連続して真空蒸着して
、その蒸着層の周辺側をエツチング除去し、第１図（Ｅ
）に示すようにＴｉ薄層（８）とＡ１層（９）を形成す
る。Ｔｉ薄層（８）は厚さ約５０人と極薄の膜であり、
Ａ１層（９）は厚さ約２μ＋ａ（２００人）の膜である
。ＴｉとＡｆｌはいずれもＧ　ａ　Ａ　ｓとの間にショ
ットキバリアを形成する金属であるから、Ｔｉ１ｌ！　
（８）及びＡＱｌｊＪ（９）はｎ型領域（３）との界面
にショットキバリア（１０）を形成する。しかしながら
、Ｔｉ薄層（８）がショットキバリア（１０）の形成に
どのように関与しているかは明らかでない。しかし、こ
のことは、本願にとって重要なことではないので、Ｔｉ
薄層（８）とＡ０層（９）を合わせてバリア電極（１１
）と呼ぶ、バリア電極（１１）は、第１図（Ｅ）に示す
ように、その周辺側でＰ＋型領域（接続領域）（４）に
電気的に接続されている。バリア電極（１１）はＰ＋型
領域（４）との界面にはショットキバリアを形成せず１
両者は実質的にオーミック接触をしていると見なせる。

バリア電極（１１）とｎ型領域（３）との界面に形成さ
れたショットキバリア（１０）は、第２図に示すように
Ｐ＋型領域（４）とＰ−型領域（６）に順次隣接して包
囲されている。第２図の各部の寸法を例示すると次の通
りである。バリア電極（１１）の幅ａは約９００μｍ、
バリア電極（１１）の外周端からＰ＋型領域（４）の外
周端までの幅すは約２０μｍ、　Ｐ−型領域（６）の幅
Ｃは約５０〜８０μｍ、Ｐ−型領域（６）の外周端とｎ
型領域（３）の外周端との間の幅ｄは約５０μｍである
。半導体基板（１）の下面全域には、Ａｕ（金）とＧｏ
（ゲルマニウム）の合金とＡｕを連続して真空蒸着して
オーミック電極（１２）を形成する。

次に、第１図（Ａ）に示すように、半導体基板（１）の
上面全域にプラズマＣＶＤ又は光ＣＶＤによってシリコ
ン酸化膜を形成する。続いて、素子中央部のシリコン酸
化膜をエツチング除去して開口（１３）を有するシリコ
ン酸化膜（１４）を形成する。更に、ＴｉとＡＱを連続
して真空蒸着し、この蒸着層の素子周辺側をエツチング
除去して外部接続用の電極（１５）を形成する。電極（
１５）はシリコン酸化膜（１４）の開口（１３）を通じ
てバリア電極（１１）と電気的に接続されている。なお
、電極（１５）の周端部はバリア電極（１１）の周端部
よりも外側に位置しており。

バリア電極（１１）の外周端よりも外側に延在した部分
は補助的なフィールドプレートとして作用する。

こうして製作されたショットキバリアダイオードによれ
ば、高耐圧が高い歩留りで得られるし、従来のフィール
ドプレート構造、ガードリング構造で顕著に見られる表
面状態に基づいた耐圧のバラツキも少ない。また、フィ
ールドプレート構造で見られる耐圧特性の熱的不安定性
も解消されている。

高耐圧化が達成されるのは、Ｐ′″型領域（６）がｎ型
領域（３）に対して絶縁膜を介さない形の高抵抗性のＰ
ｎ接合型フィールドプレートとして作用していることに
よる。即ち、Ｐ″″型領域（６）はｎ影領域（３）との
界面にＰｎ接合（７）を形成するとともに、導体による
フィールドプレートより電界集中緩和効果の大きい高抵
抗フィールドプレートとなっている。即ち、ショットキ
バリア（１０）に逆電圧を印加すると、ショットキバリ
ア（１０）を通じて微少な漏れ電流が流れるとともに、
第１のＰｎ接合（５）及び第２のＰｎ接合（７）を通る
微少な漏れ電流も流れる。ここで、逆電圧印加回路は、
アノードを構成するバリア電極（１１）とカソードを構
成するオーミック電極（１２）に接続され、Ｐ＋型領域
（４）及びＰ型領域（６）には直接に接続されていない
。したがって、Ｐ＋型領域（４）及びＰ−型領域（６）
を流れる漏れ電流はバリア電極（１１）に流れ込む、Ｐ
−型領域（６）は高抵抗層であるから、この微少な漏れ
電流に基づいて横方向に電位勾配が生じる。つまり、Ｐ
−型領域（６）の電位分布は、ショットキバリア（１０
）側で電位が低く、ショットキバリア（１ｏ）から遠ざ
かるにつれて電位が高くなる。したがって、第２のＰｎ
接合（７）に印加される逆電圧は、ショットキバリア（
１０）側で大きく、ショットキバリア（１０）から遠ざ
かるにつれて小さくなる。このため、第２のＰｎ接合（
７）から延びる空乏層は、Ｐ−型領域（６）の先端側に
行くにつれてその広がり幅が小さく形成される。Ｐ＋型
領域（４）は、Ｐ−型領域（６）に比べてそのシート抵
抗は桁違いに小さく、漏れ電流に基づく横方向の電位勾
配は実質的に生じない、第２のＰｎ接合（７）は、第１
のＰｎ接合（５）を介してショットキバリア（１０）と
連続しており、ショットキバリア（１０）に逆電圧が印
加されると、ショットキバリア（１０）から延びる空乏
層と第１のＰｎ接合（５）から延びる空乏層と第２のＰ
ｎ接合（７）から延びる空乏層とが連続して一体化し、
結果として電界集中を良好に緩和するなめらかな空乏層
が形成される。このため、バリア電極（１１）の周縁近
傍〔Ｐ＋型領域（４）の下部近傍〕に生じる電界集中が
有効に緩和され、ショットキバリア（１０）の周辺耐圧
が向上する。

なお、Ｐ＋型領域（４）は、Ｐ−型領域（６）を設けな
い構造とした場合に、周知のガードリング領域として機
能し、ショットキバリア（１０）の周辺耐圧を向上する
ように作用する。したがって、本実施例のショットキバ
リアダイオードは、Ｐ＋型領域（４）の周辺耐圧を向上
しているとも言える。バリア電極（１１）に印加される
逆電圧が大きくなると、Ｐ−型領域（６）の外周端での
電界が強まり、Ｐ−型領域（６）の外周端の複数の微少
領域で局部的なブレークダウンが生じることがあり得る
。従来のショットキバリアダイオードでは、この微少領
域でのブレークダウンが引き金となって大きな逆方向電
流が流れるが、本発明に基づく第１図（Ａ）のショット
キバリアダイオードでは、Ｐ−型領域（６）が高抵抗層
であるから、Ｐ−型領域（６）の抵抗分による電流制限
が働いて、逆電流の増大が抑制される。このとき、Ｐ型
領域（６）は、上記のブレークダウンに基づく漏れ電流
によって、ショットキバリア（１０）に近い側の端部と
ショットキバリア（１０）から遠い側の端部との間の電
位差が増大し、ショットキバリア（１０）に印加する電
圧を増加しても、第２のＰｎ接合（７）の外周端に加わ
る電圧はさほど増大しなくなる。したがって、第２のＰ
ｎ接合（７）の外周端で新たなブレークダウンが生じ難
く、漏れ電流があまり増加しない状態が長く続く。

また、Ｐ＋型領域（４）は、バリア電極（１１）とＰ−
型領域（６）との接続領域として良好に作用する。即ち
、逆電圧が増大すると、第２のＰｎ接合（７）から延び
る空乏層がＰ−型領域（６）に幅広に形成される。この
空乏層がバリア電極（１１）に到達するとパンチスルー
ブレークダウンが生じ、オーミック電極（１２）からバ
リア電極（１１）に向かって大きな逆電流が流れる。本
実施例では、接続領域であるＰ生型領域（４）の不純物
濃度はＰ−型領域（６）に比べて桁違いに高く、Ｐ生型
領域（４）は高不純物濃度の半導体領域となっている。

したがって、Ｐ生型領域（４）では上記の空乏層が広が
り難く、これら空乏層がバリア電極（１１）に到達する
ことが防止されている。

更に、本実施例のショットキバリアダイオードでは、前
述のように電極（１５）のバリア電極（１１）から外側
に延びた部分が補助的フィールドプレート（第２のフィ
ールドプレート）として作用し、高速転流時おける耐圧
（以下、単に高速耐圧という）を向上できる。即ち、高
速転流時において、Ｐ−型領域（６）は、その下方のｎ
型領域（３）と相俟って抵抗と容量から構成される分布
定数回路（または集中定数回路）を形成すると考えられ
る。このため、高速転流時においては、Ｐ−型領域（６
）の電位分布が上記分布定数回路の時定数をもって形成
される。即ち、Ｐ−型領域（６）の電位分布が印加され
た逆電圧に対応した電位分布になるまでに時間的な遅れ
が生じる。したがって、高速転流時は第２のＰｎ接合（
７）から延びる空乏層（抵抗性Ｐｎ接合型フィールドプ
レートに基づく空乏層）が電界集中を良好に緩和する空
乏層、即ち印加された逆電圧に対応した空乏層となるま
でに時間がかかり、定常時に比べてアラバンシェ降伏が
起こり易い状態にある。結果として、第２のフィールド
プレートがない場合の高速耐圧は、定常時の耐圧、即ち
、直流電圧印加時の耐圧（以下、単に直流耐圧と言う）
よりも低下し易い０本実施例のショットキバリアダイオ
ードによれば、第２のフィールドプレートとその下方の
シリコン酸化膜（１４）　、Ｐ−型領域（６）及びｎ型
領域（３）とが相俟って形成する分布定数回路の時定数
が無視できる程度に小さいから、高周波転流時には、第
２のフィールドプレートに基づく空乏層が応答性良く形
成され、この空乏層によって電界集中を良好に緩和する
ことができる。

したがって、高速転流時においても定常時とほぼ等しい
耐圧を得ることができる。また、本実施例ではＰ−型領
域（６）をイオン注入とその後の熱処理で形成したので
、第２のＰｎ接合（７）の漏れ電流レベルが、Ｐ−型領
域（６）を熱拡散等で形成して得られるＰｎ接合の漏れ
電流レベルよりも大きくなっている。したがって、高周
波動作時の空乏層の応答性の点で一段と有利となってい
る。

なお、イオン注入とその後の熱処理で形成したＰｎ接合
であっても、漏れ電流のレベルはショットキバリアの漏
れ電流レベルに比べて桁違いに小さい、したがって、本
実施例のショットキバリアダイオードによれば、本出願
人によって先に特願昭６２−３０７１９６号として出願
されているショットキバリア型の抵抗性フィールドプレ
ートによる高耐圧化構造よりも、漏れ電流レベルの小さ
い高耐圧化ショットキバリアダイオードを実現できると
言える。高速転流時から定常時に近づくにつれて、Ｐ−
型領域（６）には印加された逆電圧に対応した電位分布
が形成され、この電位分布に基づいて広がる空乏層によ
って電界集中が良好に緩和される。なお、直流耐圧は第
２のフィールドプレートの有無では耐圧レベルに差異が
認められない、したがって、定常時では、抵抗性Ｐｎ接
合型フィールドプレートの効果が強力であり、第２のフ
ィールドプレートの作用はＰ−型領域（６）にシールド
されることもあって弱いものと考えられる。以上のよう
に、本実施例のショットキバリアダイオードによれば、
高耐圧が高い歩留まりで得られ、かつ耐圧特性が安定で
あり、かっＧ　ａ　Ａ　ｓショットキバリアダイオード
の特徴である高周波（高速）動作が大電流・高耐圧化の
条件の下で余裕をもって可能となる。

叉−履一涯 本発明の前記実施例は種々の変更が可能である。

例えば、Ｐ−型領域（６）のシート抵抗は、素子の構造
、サイズによって効果的な範囲が変わるが、Ｐ−型領域
（６）の外周端でブレークダウンが起きた場合、このブ
レークダウンに基づく漏れ電流を十分に制限でき、また
、電界集中を良好に緩和する空乏層が形成されるように
ＩＫΩ／口以上とするのが望ましい。

Ｐ−型領域（６）のショットキバリア（１０）に近い側
の端部とショットキバリア（１０）から遠い側の端部と
の間の電位差は、実用的には降伏電圧印加時において降
伏電圧の１／４以上、望ましくは１／２以上とするのが
よい、即ち、この程度の電位差が生じるように、Ｐ″″
型領域（６）のシート抵抗、長さ、Ｐｎ接合（７）の逆
方向特性を設定すべきである。

また、例えば、Ｐ−型領域（６）は半導体基板（１）の
上面にエピタキシャル成長によって形成してもよい、ま
た、Ｐ″″型領域（６）は、熱拡散等で形成してもよい
、しかし、Ｐ−型領域（６）のシート抵抗を精度よく設
定できる点等においては、実施例のようにイオン注入を
行ってから熱処理を施す方法が有利である。即ち、イオ
ン注入を行いその後に熱処理を施す方法では、イオン注
入によってドーズ量を精度よく設定できるし、その後の
熱処理の条件（熱処理時間、熱処理温度等）によって漏
れ電流レベルを決定する要因である、Ｐｎ接合の結晶性
及びＰ−型領域（６）のシート抵抗を決定する要因であ
るイオン化率が決まる。したがって、イオン注入量及び
熱処理の条件を所定に選ぶことで、第２のＰｎ接合（７
）の漏れ電流レベル及びＰ″″型領域（６）のシート抵
抗を所望に設定することができる。

Ｇ　ａ　Ａ　ｓ以外にもＡ　Ｑ　ＧａＡｓ　（砒化アル
ミニウムーガリウム）　、ＧａＰ　（燐化ガリウム）、
ＩｎＰ（燐化インジウム）等の■〜■族化合物半導体、
他の化合物半導体、更にはシリコンを用いた半導体装置
にも有効である。

集積回路中に形成した半導体装置にも適用してもよいし
、実施例とは半導体領、域の導電型を反対としてもよい
、また、Ｐｎ接合ダイオードにも適用できる。

第１の半導体領域と第２の半導体領域と接続領域とが異
なる半導体材料で形成されてもよい。

第２のフィールドプレートは抵抗体から成るフィールド
プレートとしてもよい、この抵抗性フィールドプレート
は一例として、電極（１５）を構成するＴｉ層を酸化し
て形成する。第２のフィールドプレートを抵抗性フィー
ルドプレートとした場合、高速転流時の変位電流に基づ
いて横方向に電位勾配が生じる。この結果、第２のフィ
ールドプレートの外周端での電界集中が緩和されて、高
速耐圧が直流耐圧レベルに安定して得られる半導体装置
を実現できる。

且里勿羞釆 第１及び第２の発明によれば、高耐圧の半導体装置が得
ることができる。しかも、高耐圧化効果を比較的大きく
かつ確実に得ることが可能である。

また、第２の発明によれば、パンチスルーブレークダウ
ンが確実に防止された高耐圧のショットキバリアダイオ
ードを実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施したショットキバリアダイオード
の製造方法を示す工程図、第２図はショットキバリアダ
イオードの平面図である。 （１）、、半導体基板、　　（２）、、ｎ十型領域、　
　（３）、、ｎ型領域（第１の導電型を有する第１の半
導体領域）、　　（４）、、Ｐ十型領域（接続領域）、
　　（５）、、第１のＰｎ接合、（６）、、Ｐ−型領域
（第２の導電型を有する第２の半導体領域）、　　（７
）、、第２のＰｎ接合、（８）、、Ｔｉ薄層、　　　（
９）、、ＡＱ層。 （１０）、、ショットキバリア（整流障壁）、（１１）
、、バリア電極（整流障壁形成手段）、第１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１の導電型を有する第１の半導体領域と、電極
   を備えて前記第１の半導体領域との間に整流障壁を形成
   するように前記第１の半導体領域に隣接して形成された
   整流障壁形成手段と、前記電極に電気的に接続され、か
   つ前記第１の導電型と反対の導電型である第２の導電型
   を有し、かつ前記整流障壁を包囲するように前記第１の
   半導体領域に隣接して形成された第２の半導体領域とを
   備え、前記整流障壁に逆電圧を印加したときに、前記第
   ２の半導体領域の前記整流障壁に近い側の端部と前記整
   流障壁から遠い側の端部との間に電位差が生じることを
   特徴とする半導体装置。
2. （２）第１の導電型を有する第１の半導体領域と、前記
   第１の半導体領域との間にシヨットキバリアを形成する
   ように前記第１の半導体領域上に形成された電極と、前
   記第１の半導体領域と反対の導電型である第２の導電型
   を有し、かつ前記ショットキバリアを包囲するように前
   記第１の半導体領域に隣接して形成された第２の半導体
   領域と、前記電極と前記第２の半導体領域とを電気的に
   接続し、かつ前記シヨットキバリアを包囲するように前
   記第１の半導体領域に隣接して形成され、かつ前記第２
   の導電型を有するとともに前記第２の半導体領域よりも
   不純物濃度が高い半導体領域から成る接続領域とを備え
   、前記シヨットキバリアに逆電圧を印加したときに、前
   記第２の半導体領域の前記シヨットキバリアに近い側の
   端部と前記ショットキバリアから遠い側の端部との間に
   電位差が生じることを特徴とする半導体装置。