JPH10125936A - ショットキーバリア半導体装置およびその製法 - Google Patents

ショットキーバリア半導体装置およびその製法

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JPH10125936A
JPH10125936A JP27919996A JP27919996A JPH10125936A JP H10125936 A JPH10125936 A JP H10125936A JP 27919996 A JP27919996 A JP 27919996A JP 27919996 A JP27919996 A JP 27919996A JP H10125936 A JPH10125936 A JP H10125936A
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schottky barrier
semiconductor layer
forming
barrier
semiconductor device
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Hideaki Yomo
秀明 四方
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ショットキーバリアを形成する実用的な金属
材料が限定されていても、その金属材料の固有の障壁値
と異なる障壁値を有するショットキーバリア半導体装置
およびその製法を提供する。 【解決手段】 半導体層2の表面に該半導体層と接触し
てショットキーバリアを形成する金属層3が設けられて
なるショットキーバリア半導体装置であって、前記半導
体層2と金属層3との接触面に凹凸部2aが形成されて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体基板上の動作
層とする半導体層上にショットキーバリアを形成する金
属層が設けられるショットキーバリア半導体装置および
その製法に関する。さらに詳しくは、金属層が接する半
導体層の表面状態を変化させることにより、その金属材
料により一義的に定まる障壁値と異ならせた障壁値を有
するショットキーバリア半導体装置およびその製法に関
する。
【0002】
【従来の技術】ショットキーバリアダイオード(以下、
SBDという)は、スイッチング特性が高速で、順方向
損失が小さいため、高周波用の整流回路に広く用いられ
ている。従来のSBDは、たとえば図3(a)〜(b)
に断面説明図およびその平面説明図がそれぞれ示される
ような構造になっている。
【0003】すなわち、図3において、1はたとえばシ
リコンなどからなるn+ 型の半導体基板で、2は半導体
基板1の上にエピタキシャル成長された、たとえばn-
型の動作層となる半導体層、3はモリブデン(Mo)な
どからなり、ショットキーバリアを形成する金属層、4
は金属層3の外周近傍の半導体層2の表面側にp型ドー
パントが拡散されて、ショットキー接合の周辺部での耐
圧を向上させるために形成されたガードリングである。
5は半導体層2の表面に熱酸化法またはCVD法などに
より形成された、たとえばSiO2 などからなる絶縁膜
である。金属層3は図3(b)に平面図が示されるよう
に、周囲が絶縁膜5の上にかかるように、半導体層2の
表面の動作領域の全面に一様に設けられている。
【0004】この金属層3と半導体層2とのショットキ
ー接合により得られるSBDの順方向電圧VF や逆方向
のリーク電流IR の特性は、金属材料と半導体層との固
有の障壁値φb により、図4に示されるように変化す
る。この種のショットキー接合を得るための金属材料と
しては、取扱い易さ、経済性、信頼性などの点からチタ
ン(Ti)とMoが実用的に用いられるが、このTiと
n型シリコン半導体層との障壁値は0.6±0.02eV
程度で、Moのそれは0.7±0.02eV程度であり、
その中間の特性が要求される場合に適当な金属材料がな
く所望の特性のSBDが得られない。すなわち、クロム
やタングステンなどの金属材料では、酸化しやすく、ま
たは脆くて製造工程中で割れやすいという問題があり、
実用的でない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
ショットキーバリアを形成する実用的な金属材料として
は、取扱い易さや経済性などにより、ある程度限定さ
れ、そのショットキー特性もその材料により決まり、そ
の中間の特性のショットキーバリア半導体装置を得るこ
とができないという問題がある。
【0006】本発明はこのような問題を解決するために
なされたもので、ショットキーバリアを形成する実用的
な金属材料が限定されていても、その金属材料の固有の
障壁値と異なる障壁値を有するショットキーバリア半導
体装置およびその製法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明によるショットキ
ーバリア半導体装置は、半導体層の表面に該半導体層と
接触してショットキーバリアを形成する金属層が設けら
れてなるショットキーバリア半導体装置であって、前記
金属層と接する半導体層の表面に凹凸部が形成されてい
る。
【0008】この構造にすることにより、半導体層の金
属層と接する表面の結晶方位が不規則となり、両者間の
障壁値も不規則となるが、全体としての平均的な障壁値
は凹凸部が形成されることにより小さくなる。その結
果、同じ金属材料を使用しながら、本来の金属材料のシ
ョットキー特性と異なる特性のショットキーバリア半導
体装置が得られる。
【0009】本発明のショットキーバリア半導体装置の
製法は、(a)第1導電型の半導体基板の表面に該半導
体基板より不純物濃度が低い第1導電型の半導体層を成
長し、(b)該半導体層の動作領域外周部に第2導電型
の不純物を導入してガードリングを形成し、(c)前記
半導体層の動作領域部の表面に化学エッチングなどの化
学処理またはサンドブラストなどの機械的処理により凹
凸部を形成し、(d)該半導体層の動作領域の表面に前
記ガードリングにかかるようにショットキーバリアを形
成する金属層を設けることを特徴とする。
【0010】この方法を用いることにより、所望の障壁
値を得る凹凸部を簡単に形成することができる。
【0011】
【発明の実施の形態】つぎに、図面を参照しながら本発
明のショットキーバリア半導体装置およびその製法につ
いて説明をする。
【0012】図1は本発明のショットキーバリア半導体
装置の一実施形態であるSBDの断面説明図である。図
1において、1はたとえば不純物濃度が1×1019程度
のn + 型のシリコンからなり、厚さがたとえば200〜
250μm程度の半導体基板で、その上に動作層となる
不純物濃度がたとえば1×1015程度のn- 型の半導体
層2が、たとえば4〜5μm程度の厚さに形成されてい
る。半導体層2の動作領域となる部分の外周部の表面に
ガードリング4とするp+ 型領域が2μm程度の深さに
設けられている。ガードリング4は、ショットキーバリ
アを形成する金属層3の周辺部での逆方向特性である耐
圧が中心部のそれに比して小さくなる現象があるため、
周辺部での耐圧を向上させるために形成されている。こ
のガードリング4が設けられることにより、ショットキ
ー接合周辺部での耐圧はガードリング4部のpn接合に
より支配され、pn接合部での耐圧を強くすることによ
り、ショットキーバリア半導体装置の耐圧を強くするこ
とができる。
【0013】本発明のSBDにおいては、動作領域とな
る半導体層2の表面に凹凸部2aが形成されている。そ
して、その凹凸部2aが形成された表面にガードリング
4上にかかるように、チタン(Ti)またはモリブデン
(Mo)などの半導体層とショットキーバリア(ショッ
トキー接合)を形成する金属層3が設けられている。半
導体層2の表面に形成される凹凸は、その振幅がオング
ストロームのオーダで形成されており、たとえばHF:
HNO3 :H2 O=6:40:100の混合液からなる
フッ酸液により30秒程度の表面処理を行うことにより
得られる。また、このような化学処理の代りにサンドブ
ラストなどの機械的処理により前述の程度の凹凸が形成
されてもよい。この金属層3の表面には、通常のSBD
と同様に、銀(Ag)またはアルミニウム(Al)など
のオーバーメタル(図示せず)が設けられ、半導体基板
1の裏面にも図示しないNiやAuなどからなる電極が
形成される。なお、5は絶縁膜である。
【0014】以上のように、本発明のショットキーバリ
ア半導体装置では、ショットキーバリアを形成する金属
層3が接触する半導体層2の表面に凹凸部2aが形成さ
れ、半導体層2と金属層3との接触部が平坦面ではな
く、凸凹であることに特徴がある。
【0015】すなわち、本発明者はモリブデンよりも順
方向電圧が低くチタンよりも逆方向のリーク電流が小さ
い特性を有するSBDを得るため、鋭意検討を重ねた結
果、金属層と接触する半導体層の表面に凹凸部を形成す
ることにより、金属層としてMoを使用し、前述のオン
グスロトロームオーダの凹凸部を形成した場合、その障
壁値が本来(平坦面のシリコン半導体層表面に形成され
た場合)の値0.7eVから0.66eV程度に低下する
ことを見出したものである。これは、一般に半導体層と
金属層との間に形成される障壁値は、相互の材料によっ
て変わるが、半導体材料の場合、その表面の(100)
や(110)などの結晶方位によっても障壁値が変化す
ることが知られており、表面が凹凸にされることによ
り、種々の結晶方位が現れ、種々変化した障壁値の平均
値として作用すると考えられる。したがって、この凹凸
の粗さにより障壁値の変化の仕方が異なり、凹凸の粗さ
により所望の障壁値に制御することができる。たとえ
ば、表面粗さを10nm程度にすれば前述のMoの障壁
値が0.6eV程度になり、表面粗さが100nm程度
であれば、0.58eV程度になった。
【0016】前述の凹凸による障壁値の変化は、金属材
料がMoではなく、Tiの場合でも同様に凹凸部が形成
されることにより低くなり、Tiより低い障壁値のショ
ットキーバリア半導体装置を得ることができる。
【0017】つぎに、このSBDの製法について、図2
を参照しながら説明をする。
【0018】まず、図2(a)に示されるように、不純
物濃度が1×1019程度と高く、厚さが500μm程度
のn型の半導体基板1の表面に不純物濃度が1×1014
〜1×1016程度のn- 型半導体層2を4〜5μm程度
エピタキシャル成長して堆積する。その後、熱酸化法な
どにより動作領域の外周部に開口部を有するマスク11
を形成し、ボロンなどのp型不純物をたとえば1180
℃程度で1〜5時間程度拡散しガードリング4を形成す
る。
【0019】つぎに、図2(b)に示されるように、動
作領域の半導体層2およびガードリング4の一部が露出
するように、絶縁膜5をパターニングし、HF:HNO
3 :H2 O=6:40:100の割合で調製された処理
液により半導体層2の露出した表面に30秒程度の化学
処理をする。その結果、半導体層2の表面にオングスト
ロームオーダの凹凸部2aが形成される。なお、この凹
凸部2aの形成は、処理液による化学処理に限定される
ものではなく、サンドブラストなどの機械的処理によっ
て形成してもよい。
【0020】つぎに、全面にMoなどのショットキーバ
リアを形成する金属層3を、たとえば真空蒸着により、
0.01〜1μm程度成膜し、絶縁膜5の表面にかかる
ようにパターニングすることにより、図1に示されるよ
うな断面構造のSBDが得られる。その後、図示されな
いAgまたはAlを真空蒸着などにより金属層3の表面
に成膜し、また半導体基板1の裏面にAuまたはNiな
どの電極材料を蒸着し各チップにダイシングすることに
より、SBDのチップが形成される。
【0021】
【発明の効果】本発明によれば、ショットキーバリアを
形成する金属層と接する半導体層の表面に凹凸部が設け
られているため、本来のその金属層の障壁値より低い障
壁値が得られ、ショットキーバリアを形成する金属材料
として実用的な材料を使用しても、その材料より小さい
順方向電圧特性のショットキー特性が得られる。
【0022】また、その凹凸の程度を制御することによ
り、限られた材料でも所望の特性が得られ、白金のよう
な高価な金属材料を使用しなくて、しかも酸化しにく
く、応力にも強くて扱いやすい金属材料を使用しながら
所望のショットキー特性が得られ、安価で信頼性の高い
高性能のショットキーバリア半導体装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のショットキーバリア半導体装置の一実
施形態の説明図である。
【図2】図1の半導体装置の製造工程を示す図である。
【図3】従来のショットキーバリア半導体装置の説明図
である。
【図4】半導体層と金属層との間の障壁値と順方向電圧
F および逆方向のリーク電流IR との関係図である。
【符号の説明】
1 半導体基板 2 半導体層 2a 凹凸部 3 金属層 4 ガードリング

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体層の表面に該半導体層と接触して
    ショットキーバリアを形成する金属層が設けられてなる
    ショットキーバリア半導体装置であって、前記金属層と
    接っする半導体層の表面に凹凸部が形成されてなるショ
    ットキーバリア半導体装置。
  2. 【請求項2】 (a)第1導電型の半導体基板の表面に
    該半導体基板より不純物濃度が低い第1導電型の半導体
    層を成長し、(b)該半導体層の動作領域外周部に第2
    導電型の不純物を導入してガードリングを形成し、
    (c)前記半導体層の動作領域部の表面に化学処理によ
    り凹凸部を形成し、(d)該半導体層の動作領域の表面
    に前記ガードリングにかかるようにショットキーバリア
    を形成する金属層を設けることを特徴とするショットキ
    ーバリア半導体装置の製法。
  3. 【請求項3】 請求項2記載のショットキーバリア半導
    体装置の製法において、(c)の凹凸形成工程を機械的
    処理により行うショットキーバリア半導体装置の製法。
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