JPH0618275B2 - ショットキバリア半導体装置 - Google Patents

ショットキバリア半導体装置

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JPH0618275B2
JPH0618275B2 JP63094617A JP9461788A JPH0618275B2 JP H0618275 B2 JPH0618275 B2 JP H0618275B2 JP 63094617 A JP63094617 A JP 63094617A JP 9461788 A JP9461788 A JP 9461788A JP H0618275 B2 JPH0618275 B2 JP H0618275B2
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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。
従来の技術と発明が解決しようとする課題 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。
周辺耐圧を向上する方法の1つとして、特開昭56−3
6159号公報に示されているように、ショットキバリ
アの中央部のバリア電極とショットキバリアの周辺部の
バリア電極とを異なる金属で構成し、前記周辺部でのバ
リアハイトφbを中央部でのバリアハイトφbより大き
くするバリア電極構造がいわゆる周辺φb大の構造とし
て知られている。この構造はバリアハイトφbが大きい
と逆電圧も一般的に大きくなるので、周辺耐圧の向上を
計ることができる。しかし、この構造では、従来の一般
的なバリア電極構造と同様に、バリア電極の接着強度不
足に伴う信頼性の低下が問題になることがある。また、
形成されるショットキバリアの特性がバラツキ易いとい
う問題もある。
一方、Ti(チタン)、Cr(クロム)等の極薄の薄層を介
してAl(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Al等のバリア
金属単独によるものに近い。この構造では、TiやCrが半
導体表面とのなじみの良い金属であるため、安定してシ
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、特性良好かつ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の極
薄の薄層を介在させることは耐圧とは実質的に無関係で
あり、別に高耐圧化への課題を解決する必要がある。
そこで本発明の目的は、バリア電極の接着強度が大き
く、特性が良好で、かつ周辺耐圧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にある。
課題を解決するための手段 本発明によるショットキバリア半導体装置は、半導体領
域と、半導体領域上に形成され且つ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とを備えてい
る。バリア電極は、半導体領域上に隣接して形成され且
つ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の物質から成る第1のバリア電極と、第1のバリア電
極上に隣接して形成され且つ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2のバリア電極とを含む。
第1のバリア電極は、第2のバリア電極の周辺部の下部
に且つ周辺部に沿って環状に形成された肉厚部と、周辺
部の内側の下部に形成された肉薄部とを有する。肉厚部
に起因して形成されるショットキバリアのバリアハイト
が肉薄部に起因して形成されるショットキバリアのバリ
アハイトより大きい。肉厚部は肉薄部の延長部分が酸化
されて形成された酸化物薄層に隣接して包囲される。酸
化物薄層に10KΩ/□以上のシート抵抗を有し且つ半
導体領域に隣接して前記半導体領域との間にショットキ
バリアを形成する。
作 用 酸化物薄層は、半導体領域との間にショットキバリアを
形成し、ショットキバリア形の高抵抗フィールドプレー
トとして作用し、電界集中を緩和する。この結果、肉厚
部の形成に基づく周辺バリアハイトφ大による高耐圧
化効果と相俟って優れた高耐圧化を達成できる。また、
酸化物薄層は肉薄部を酸化して得たものであるから、酸
化物薄層とバリア電極との電気的接続を容易にかつ確実
に達成できる。このため、バリア電極に基づくショット
キバリアと酸化物薄層に基づくショットキバリアとが連
続し、特性が安定化する。
実施例 以下、第1図及び第2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
を説明する。
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を示す。また、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
ップの断面図を示す。まず、第2図(A)に示すGaAs
(砒化ガリウム)からなる半導体基板1を用意する。半
導体基板1は、厚さ約300μm、不純物濃度約2×1
18cm-3のn形領域2の上に、厚さ約15μm、不純
物濃度約2×1015cm-3のn形領域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の上面の全域に真空蒸着により約4
00Å(0.04μm)のTi(チタン)薄層を形成し、
フォトエッチングによりこのTi薄層の一部を環状に残存
させて、第2図(B)に示すようにTi薄層4を形成す
る。その後、半導体基板1の裏面全域には真空蒸着によ
り、Au(金)−Ge(ゲルマニウム)合金層とAu層を重ね
て形成し、オーミック電極5を形成する。
続いて、半導体基板1の上面全域に真空蒸着により約5
0Å(0.005μm)のTi薄層を形成し、フォトエッ
チングにより素子周辺領域からこのTi薄層の一部を除去
して、第2図(C)に示すTi薄層6を形成する。Ti薄層
4も極薄であるが、Ti薄層6は更に極薄である。更に、
半導体基板1の上面全域に真空蒸着により約2μmのA
l(アルミニウム)層を形成し、フォトエッチングによ
り素子周辺領域からこのAl層を除去して、第2図
(D)に示すようにAl層7を形成する。
Al層7の形成後、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ていたTi
薄層6は酸化されて、第2図(E)に示すようにチタン
酸化物薄層8となる。Al層7の下部のTi薄層6は酸化
されずに、Ti薄層6aとして残存する。厳密には、Ti薄層
4のうちAl層7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8は、シート抵抗約100MΩ/
□で、半絶縁性と言えるレベルの高抵抗層である。Al
層7とTi薄層4、6aから成る組合せ体がn形領域3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9と呼ぶ。平面図
を図示しないが、バリア電極9は平面的には角の丸めら
れた正四角形で、その周辺にTi薄層4及びチタン酸化物
薄層8がそれぞれ環状に形成されている。
最後に、プラズマCVD(Chemical Vapor Depositio
n)又は光CVDとフォトエッチングを組合わせて保護
膜としてシリコン酸化膜10(第1図)を形成し、更に
真空蒸着とフォトエッチングを組合わせてTi層にAu層を
重ねた外部接着用電極11を形成して、第1図に示すシ
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、Ti薄層4、6aを第1のバリア電極といい、Al
層7を第2のバリア電極という。したがって、第1のバ
リア電極には肉厚部としてのTi薄層4(その上のTi薄層
6aを含む)と、肉薄部としてのTi薄層6a(その下部にTi
薄層4が形成されていない部分)が含まれる。
こうして製作されたショットキバリアダイオードは、2
00V以上の耐圧(ブレークダウン電圧)が得られた。
Ti薄層4及びチタン酸化物薄層8を形成しない場合の耐
圧は約60Vであり、大幅な高耐圧化が達成されてい
る。
耐圧向上の第1要因は、チタン酸化物薄層8を形成した
ことにある。すなわち、チタン酸化物薄層8は、n形領
域3との間にショットキバリアを形成しているので、補
助的なバリア電極とみなせるもので、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10KΩ/
□以上の高抵抗薄層をいう。
第2の要因は、本発明の効果に係るもので、Ti薄層4を
形成したことにある。すなわち、極薄のTi薄層6aに基づ
いてn形領域3との間に形成されるショットキバリア
は、Al層とn形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4に
基づいて形成されるショットキバリアは、Ti層とn形領
域と間に形成されるショットキバリアに近い特性を示
す。換言すれば、Ti薄層4に基づいて形成されるショッ
トキバリアはTi薄層6aに基づいて形成されるショットキ
バリアよりも大きいバリアハイトφbを有する。したが
って、いわゆる周辺φb大の構造になっており、高耐圧
化が達成される。周辺φb大だけの効果としては、耐圧
を60Vから100V程度に向上させる程度であるが、
上記チタン酸化物薄層8の形成との相乗効果で上記のよ
うに優れた高耐圧化が達成される。
なお、Ti薄層4をAl層7の外周縁より外方に延在させ
ている構造も、高耐圧化及び逆サージ耐量の向上に寄与
している。すなわち、Al層7の外周縁の近傍のn形領
域3は、Al層7による機械的歪が集中する応力集中部
となっており、臨界電界強度Ecrit(ブレークダウンが
起きる電界強度)が低下している。Ti薄層4の外周縁近
傍のn形領域3は、Ti薄層4が極薄であることにより応
力集中部にはならない。一方、、逆電圧印加に伴ってバ
リア電極9の周辺には電界集中部が生じるが、本実施例
では、Ti薄層4の外周縁近傍にあるn形領域3が電界集
中部となる。従来の構造では応力集中部と電界集中部と
が重複するため耐圧低下の一因となったが、本実施例で
は応力集中部と電界集中部とが分離されて、耐圧低下を
防止することができる。また、ブレークダウン電圧を超
える逆サージ電圧が印加されたとき、Al層7の周辺部
に集中して流れる逆サージ電流は、Ti薄層4の外周側に
広がって流れる。このため、逆サージ電流の集中が緩和
され、逆サージ耐量が向上する。
変形例 本発明は実施例に限定されることなく、その趣旨の範囲
で種々変形が可能である。例えば、第3図のように、平
面的に見てバリア電極9の中央部にメッシュ状にTi薄層
4aを配置する構造を採用してもよい。この構造では、Ti
薄層4aの周辺にも逆サージ電流が流れ易くなり、逆サー
ジ電流がバリア電極9の全域に分散して流れるから、逆
サージ耐量を向上させることができる。Ti薄層4aは、Ti
薄層4を形成する際に、蒸着層の一部を残存させてTi薄
層4と連続して形成される。Ti薄層4aの部分をn形領域
3上に島状、ストライプ状又はくし歯状に形成してもよ
い。
上述の実施例では、Al層7の外周縁の外方にTi薄層4
を延在させた構造及びバリア電極9を包囲するようにチ
タン酸化物薄層8を形成した構造と組合せるのが望まし
い。しかし、周辺φb大の効果を得るためのみであれ
ば、Al層7の外周部の下部にTi層4を形成しただけで
もよい。Ti薄層6aの厚さは5〜200Å、Ti薄層4の厚
さは100〜1000Åが望ましい。チタン酸化物薄層
8のシート抵抗は10KΩ/□〜500MΩ/□、更に
望ましくは10KΩ/□〜1000MΩ/□に選ぶのが
よい。
更に、第1のバリア電極を構成する第1の物質としてT
i、半導体領域を構成する半導体としてGaAs、AlGaAs
(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III−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4、6aの代わりにCr薄層を使用しても
よい。他の化合物半導体又はSi(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。
発明の効果 本発明では、前記のように酸化物薄層による電界集中緩
和効果と肉厚部の周辺バリアハイトφ大による高耐圧
効果によって優れた高耐圧化を実現できる。また、酸化
物薄層とバリア電極とを容易且つ確実に電気的に接続で
きるから、特性の安定した信頼性の高いショットキバリ
ア半導体装置を歩留まり良く得ることができる。
【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Ti
薄層上に更にTi薄層を形成した状態を示す断面図、第2
図(D)は第2図(C)のTi薄層上にAl層を形成した
状態を示す断面図、第2図(E)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。 3……n形領域(半導体領域)、4……Ti薄層(第1
のバリア電極の肉厚部)、6a……Ti薄層(第1のバリア
電極の肉薄部)、7……Al層(第2のバリア電極)、
8……チタン酸化物薄層、

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体領域と、該半導体領域上に形成され
    且つ該半導体領域との間にショットキバリアを形成する
    バリア電極とを備えたショットキバリア半導体装置にお
    いて、 前記バリア電極は、前記半導体領域上に隣接して形成さ
    れ且つ該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の物質から成る第1のバリア電極と、該第1の
    バリア電極上に隣接して形成され且つ前記半導体領域と
    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の物質からなる第2のバリ
    ア電極とを含み、 前記第1のバリア電極は、前記第2のバリア電極の周辺
    部の下部に且つ該周辺部に沿って環状に形成された肉厚
    部と、前記周辺部の内側の下部に形成された肉薄部とを
    有し、 前記肉厚部に起因して形成されるショットキバリアのバ
    リアハイトが前記肉薄部に起因して形成されるショット
    キバリアのバリアハイトより大きく、 前記肉厚部は前記肉薄部の延長部分が酸化されて形成さ
    れた酸化物薄層に隣接して包囲され、前記酸化物薄層に
    10KΩ/□以上のシート抵抗を有し且つ前記半導体領
    域に隣接して前記半導体領域との間にショットキバリア
    を形成することを特徴とするショットキバリア半導体装
    置。
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