JPH0575101A - シヨツトキ障壁を有する半導体装置 - Google Patents

シヨツトキ障壁を有する半導体装置

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JPH0575101A
JPH0575101A JP26364491A JP26364491A JPH0575101A JP H0575101 A JPH0575101 A JP H0575101A JP 26364491 A JP26364491 A JP 26364491A JP 26364491 A JP26364491 A JP 26364491A JP H0575101 A JPH0575101 A JP H0575101A
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康二 大塚
Norisumi Oomuro
範純 大室
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Abstract

(57)【要約】 【目的】バリアハイトΦBの高さを広範囲に且つ安定に
制御でき所望の高さのバリアハイトΦBを備えたショッ
トキ障壁を有する半導体装置を提供する。 【構成】 Ti薄層(4)とAl層(5)との間に酸素分子
等を含有する吸着層を介在させ、n形領域(3)、Ti薄
層(4)及びAl層(5)の組み合わせにより生成される
ショットキ障壁のバリアハイトΦBの熱処理による変動
を抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はショットキ障壁を有する
半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体領域とバリア電極との組み合わせ
により生成されるショットキ障壁(ショットキバリア)
の特性は、主としてその障壁の高さ(バリアハイト)Φ
Bによって決定される。即ち、一般にバリアハイトΦBを
高くすると逆方向漏れ電流は小さくなるが順方向電圧降
下は大きくなる特性を示す。反対にバリアハイトΦBを
低くすると順方向電圧降下は小さくなるが、逆方向漏れ
電流は大きくなる特性を示す。したがって要求される電
気的特性に応じてバリアハイトΦBの高さを選択できる
ことが理想的である。
【0003】
【発明の解決すべき課題】ところが、ショットキ障壁の
バリアハイトΦBは、使用するバリア金属の種類によっ
て支配的に決定されてしまう。また、バリアハイトのΦ
Bの大きさが熱処理によって変動し易いこともバリアハ
イトΦBを広範囲に且つ安定に制御することを困難にし
ている。
【0004】そこで、本発明は、バリアハイトΦBの高
さを広範囲に且つ安定に制御でき所望の高さのバリアハ
イトΦBを備えたショットキ障壁を有する半導体装置を
提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明によるショットキ
障壁を有する半導体装置は、半導体領域の主面に形成さ
れた第1の電極層と、第1の電極層の上に形成された第
2の電極層と、第1の電極層と第2の電極層との間に形
成されかつ量子力学的なトンネル効果を生ずることので
きる厚さを有する薄膜とを備えている。半導体領域、第
1の電極層及び第2の電極層との組み合わせによりショ
ットキ障壁が生成される。ショットキ障壁のバリアハイ
トの高さは、薄膜に含有される酸素分子の含有量又は第
1の電極層の厚みによって決定される。
【0006】
【作用】第1の電極層と第2の電極層との間に形成され
かつ量子力学的なトンネル効果を生ずることのできる厚
さを有する薄膜によりバリアハイトが所望の高さに安定
して設定される。例えば、第1の電極層と第2の電極層
をそれぞれTi(チタン)とAl(アルミニウム)で形成
した場合、薄膜に含有される酸化物の含有量が少ないか
又は第1の電極層の厚みが厚いと、ショットキ障壁のバ
リアハイトを相対的に低いレベルに安定化できる。ま
た、逆に薄膜に含有される酸化物の含有量が多いか又は
第1の電極層の厚みが薄いと、ショットキ障壁のバリア
ハイトを相対的に高いレベルに安定化できる。
【0007】
【実施例】次に、本発明の一実施例に係るショットキバ
リアダイオードを図1〜図6について説明する。
【0008】図1に示すように、本発明によるショット
キバリアダイオードはn+形領域(2)とその上面にエピ
タシャル成長で形成したn形領域(3)とを含むGaAs
(砒化ガリウム)から成る半導体基体(1)と、n形領
域(3)の上面のほぼ中央に形成された第1の電極層と
してのTi(チタン)薄層(4a)と、n形領域(3)の上
面で且つTi薄層(4a)の周囲に形成されたチタンの酸
化物の薄層(Ti酸化物薄層)(7)と、Ti薄層(4a)
の上面に形成された第2の電極層としてのAl(アルミ
ニウム)層(5a)と、Al層(5a)及びTi酸化物薄層
(7)の上面並びにTi酸化物薄層(7)の周囲のn形領
域(3)の上面に形成された絶縁膜(9)と、Al層(5
a)及び絶縁膜(9)の上に形成された接続用電極(10)
とを備えている。詳細には図示しないが、Ti薄層(4
a)の上面に酸素分子等が吸着されることにより、Ti薄
層(4a)とAl層(5a)との間に量子力学的なトンネル
効果を生ずることのできる厚さを有する極薄の吸着層が
薄膜として形成されている。AlとTiはいずれもn形G
aAs半導体に対してショットキ障壁を生成可能な金属で
あるから、Ti薄層(4a)及びAl層(5a)の両層を組合
わせてバリア電極(8)と称する。
【0009】上記のショットキバリアダイオードチップ
によれば、バリア電極(8)とn形領域(3)との組み合
わせにより第1のショットキ障壁が生成され、Ti酸化
物薄層(7)とn形領域(3)との組み合わせにより第2
のショットキ障壁が生成される。平面的に見て、第2の
ショットキ障壁は第1のショットキ障壁を隣接して包囲
するよう環状に形成されている。Ti酸化物薄層(7)は
抵抗性ショットキバリアフィールドプレートとして機能
し、第1のショットキ障壁の周辺耐圧を向上するように
作用する。この抵抗性ショットキバリアフィールドプレ
ートについては、本願出願人によって特願昭63−28
5049号(特開平1−251656号公報)他によっ
て特許出願されている。
【0010】図2は、本実施例のショットキバリアダイ
オードチップに熱処理を施したときの熱処理時間に対す
る第1のショットキ障壁のバリアハイトΦBの変化を概
念的に示す。このショットキ障壁は第1の電極層及び第
2の電極層よりなる複合電極に基づいて生成されるショ
ットキ障壁である。図示の実線A、B、Cは、後述する
本実施例のショットキバリアダイオードチップを製造す
る工程において、真空蒸着によってTi薄層(4)を形成
した後の蒸着槽内の圧力、即ちTi薄層(4)を暴露する
雰囲気の真空度をそれぞれ1×10-6torr、1×10-5
torr、1×10-4torrに設定し、上記極薄の吸着層の酸
素分子などの含有量を順次増加した場合のそれぞれの熱
処理時間に対するバリアハイトΦBの変化を示す。
【0011】図2は、Ti薄層(4)に含有させる酸素分
子等の含有量を増加することによってショットキ障壁の
バリアハイトを高いレベルに安定化できること、逆にT
i薄層(4)に含有させる酸素分子等の含有量を減少する
ことによって前記ショットキ障壁のバリアハイトを低い
レベルに安定化できることを示している。なお、第1の
ショッキバリアのバリアハイトΦBの初期値(熱処理を
施す前のバリアハイトの高さ)は、Al層(5)をn形領
域(3)に直接に隣接させた場合に生成されるショット
キ障壁のバリアハイトの初期値にほぼ近似する。本実施
例によって製作される各種バリアハイトΦBをもつショ
ットキバリアダイオードの理想係数であるn値は全て
1.01〜1.05の範囲にあり、特性上、何ら問題がな
く優れたダイオードであることが確認されている。
【0012】また、上記極薄の吸着層中の酸素分子等の
含有量を同じとした場合でも、Ti薄層(4a)の厚みが
厚いと、ショットキ障壁のバリアハイトを相対的に低い
レベルに安定化でき、Ti薄層(4a)の厚みが薄いと、
ショットキ障壁のバリアハイトを相対的に高いレベルに
安定化できる。このように、本実施例のショットキバリ
アダイオードによれば、同一金属系のショットキバリア
ダイオードのバリアハイトの大きさを広範囲に且つ安定
に制御することができる。
【0013】本実施例において、第1のショットキ障壁
のバリアハイトを広範囲に且つ安定に制御できる理由は
上記の吸着層がその後の熱処理時におけるAl層(5)と
Ti薄層(4a)とn形領域(3)との間の反応を抑制する
ためと考えられる。吸着層内の酸素分子等の含有量が多
いと反応抑制効果が強化されてバリアハイトを相対的に
高いレベルに安定化できる。
【0014】また、Ti薄層(4a)の厚みが増大する
と、Ti薄層(4a)によるショットキ障壁の形成が支配
的となるため、バリア電極をTiのみで形成した場合に
形成されるショットキ障壁のバリアハイトに近づく。
【0015】以下、本実施例によるショットキバリアダ
イオードの製造方法について具体的に説明する。
【0016】まず、図3に示すように、n+形領域(2)
とその上面にエピタシャル成長で形成したn形領域
(3)とを含むGaAs(砒化ガリウム)から成る半導体
基体(1)を準備する。
【0017】次に、図4に示すようにn形領域(3)と
の組み合わせによりショットキ障壁を生成できる金属で
あるTi薄層(第1の電極層)(4)を形成する。Ti薄
層(4)は、半導体基体(1)を配置した蒸着槽(チャン
バ)内を1×10-6torr以下の真空度に保持し、蒸着物
としてTiを半導体基体(1)の主面全体に約50オング
ストロームの厚さで真空蒸着することによって形成す
る。Ti薄層(4)の形成を終えた後、半導体基体(1)
を配置した蒸着槽内の真空度を一度1×10-6torr〜1
×10torrに低下して、真空度の低い雰囲気にTi薄層
(4)を一定時間暴露する。これにより蒸着層内に含ま
れる酸素又はその他の分子がTi薄層(4)に吸着するこ
とにより、極薄の吸着層がTi薄層(4)の表面に形成さ
れる。続いて、この吸着層を介してTi薄層(4)の全面
上にAlを真空蒸着して厚さ約2マイクロメータのAl層
(第2の電極層)(5)を形成する。Alを真空蒸着する
ときは、半導体基体(1)を配置した蒸着槽内を再び1
×10-6torr以下の真空度に保持する。また、n+形領
域(2)の下面にはAu(金)−Ge(ゲルマニウム)の
合金等から成るオーミック接触の電極(6)を真空蒸着
によって形成する。
【0018】次に、図5に示すように、フォトエッチン
グによりAl層(5)の素子周辺側をエッチング除去し、
Al層(5a)を残存させる。Al層(5a)は順方向電流の
主通路となり且つショットキ障壁を形成すべき領域に対
応している。更にフォトエッチングにより素子周辺領域
からTi層(4)を除去し、Al層(5a)の下部にあるTi
薄層(4a)とこれを隣接して包囲するTi薄層(4b)を
残存させる。
【0019】次に、空気中で380℃、5〜30分間程
度の熱酸化処理を施す。これにより、図4に示すよう
に、Al層(5a)で被覆されていないTi薄層(4b)は酸
化されてチタンの酸化物の薄層(Ti酸化物薄層)(7)
となるが、Al層(5a)の下部のTi薄層(4a)はAl層
(5a)にマスクされているので酸化されない。
【0020】次に、図1に示すように、プラズマCVD
法によって形成したシリコン酸化膜からなる絶縁膜
(9)でTi酸化物薄層(7)の上面を被覆する。更に、
Al層(5a)と絶縁膜(9)の上面にAlから成る接続用
電極(10)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。
【0021】本発明のショットキ障壁を有する半導体装
置を製作するには、バリアハイトΦBの高さを良好に制
御できる点において本実施例のように行うのが望まし
い。しかしながら、例えば、第1の電極層を形成した後
に第1の電極層を瞬間的に大気雰囲気中に暴露したり、
第1の電極層を形成する工程の後期に蒸着槽内の真空度
を落とすか、蒸着速度を小さくする工程を設けて薄層を
形成することにより本発明を実施することができる。
【0022】本発明の実施態様は前記実施例に限定され
ず、変更が可能である。
【0023】(1) GaAsの代わりにInP(燐化イン
ジウム)等のIII−V族化合物やシリコンを使用するシ
ョットキバリア半導体装置にも適用できる。
【0024】(2) 第1の電極層の厚みは、本発明の
効果が十分に得られるように10オングストローム〜1
00オングストローム、望ましくは20オングストロー
ム〜80オングストロームの範囲に設定するのが良い。
【0025】(3) 第1の電極層を真空蒸着するとき
の蒸着槽内の真空度は第1の電極槽が良好に形成される
ように1×10-4torrより高めて行うのがよい。
【0026】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、所望の
高さに安定化されたショットキ障壁のバリアハイトを備
えたショットキ障壁半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】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
【図2】本発明の実施例を示すショットキバリアダイオ
ードの熱処理時間に対するバリアハイトの変化を示すグ
ラフ
【図3】本発明の実施例を示すショットキバリアダイオ
ードに使用する半導体基体の断面図
【図4】図3の半導体基体にTi薄層とAl層とを形成し
た状態を示す断面図
【図5】図4のTi薄層とAl層の素子周辺側をエッチン
グ除去した状態を示す断面図
【図6】図5のTi薄層を酸化した状態を示す断面図
【符号の説明】
(3)..n形領域、(4)..Ti薄層(第1の電極
層)、(5)..Al層(第2の電極層)、

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体領域の主面に形成された第1の電
    極層と、該第1の電極層の上に形成された第2の電極層
    と、前記第1の電極層と前記第2の電極層との間に形成
    されかつ量子力学的なトンネル効果を生ずることのでき
    る厚さを有する薄膜とを備え、 前記半導体領域、前記第1の電極層及び前記第2の電極
    層との組み合わせによりショットキ障壁が生成されるこ
    とを特徴とするショットキ障壁を有する半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記薄膜に含有される酸素分子の含有量
    によって前記ショットキ障壁のバリアハイトの高さが決
    定される「請求項1」に記載のショットキ障壁を有する
    半導体装置。
  3. 【請求項3】 前記第1の電極層の厚みによって前記シ
    ョットキ障壁のバリアハイトの高さが決定される「請求
    項1」に記載のショットキ障壁を有する半導体装置。
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