JPS6031271A - シヨツトキバリヤ半導体装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、ショットキバリヤを利用した半導体装置の改
良に関する。

〔発明の背景〕

ショットキバリヤを利用した半導体装置例えばショット
キバリヤダ・ｆオードは、ｐｎ接合ダイオードに比較し
て順電圧が低く、順方向の電力損失が小さいという特徴
をもっているが、反面逆方向洩れ電流が大きく逆方向降
伏電圧が低いという欠点がある。この欠点は、ダイオー
ドに限らず他の装置においても同様に存在している。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記欠点を除去したショットバリヤ半
導体装置を提供することにある。

本発明を具体的に言えば、順電圧を低く保持した状態で
逆方向降伏電圧を高くしたショットキバリヤ半導体装置
を提供することにおる。

〔発明の概要〕

か＼る目的を奏する本発明ショットキバリヤ半導体装置
の特徴とするところは、半導体基体の一方面が一方導電
型を有する第１の半導体層の露出面と、一方の主表面か
ら第１の半導体層内に延びる他方導電型の複数個の第２
の半導体層の露出面とから形成し、一方の主表面に設け
た主電極が第１の半導体層との間にショットキバリヤを
形成し、第２の半導体層との間にオーミックコンタクト
を形成した点にある。

本発明ショットキバリヤ半導体装置の他の特徴は、第１
の半導体層の抵抗率を１０Ωｍｌ下に、第２の半導体層
相互間の距離Ｗと第２の半導体層の深さＬとの比（Ｗ／
Ｌ　）を０．５〜２．０にした点にちる。

本発明ショットキバリヤ半導体装置の他の特徴は、実施
例の説明から明らかとなろう。

〔発明の実施例〕

以下本発明を実施例として示した図面にょシ詳細に説明
する。

第１図及び第２図は本発明を適用したショットキバリヤ
ダイオードを示すもので、１は一対の主表面１１．１２
と、一方の主表面１１に隣接するｎ型導電性の第１の半
導体層１３と、一方の主表面１１から第１の半導体層１
３内に延びかつ互いに一定間隔を有して配置され、第１
の半導体層１３よシ高い不純物濃度を有するｐ型厚電性
の複数個の第２の半導体層１４と、第１の半導体層１３
と他方の主表面１２との間にあって両者に隣接する第１
の半導体層１３よシ高い不純物濃度を有するｎｑ導電性
の第３の半導体層１５とから成る半導体基体である。１
６は基体周辺に設けたチャネルカット領域である。一方
の主表面１１は第１の半導体層１３及び第２の半導体層
１４の露出面から、他方の主表面１２は第３の半導体層
１５の露出面からそれぞれ形成されている、第１の半導
体層１３の比抵抗は１ｏΩα以下に、第２０半導体層１
４相互間の距離換言すれは一方の主表面１１に露出する
第１の半導体層１３の幅りと、第２の半導体層１４の深
さ即ち第２の半導体層１４の底部と一方の主表面１１と
の距離Ｗとの比は０．５〜２．０の範囲となっている。

２は半導体基体ｌの一方の主表面１１に設けられ、第１
の半導体層１３との間にショットキバリヤ３を形成し、
第２の半導体層１４との間にオーミックコンタクトを形
成する金属から成る第１の主電健、４は他方の主表面１
２に設けられ第３の半導体層１５との間にオーミックコ
ンタクトを形成する金属から成る第２の主電極、５は例
えば８１０ｚからなる絶縁膜である。

このような構造のショットキバリヤダイオードの主電極
間に、逆方向電圧即ち第２の主電極４が第１の主電極２
よシ正電位となるような電圧が印加されると、第１の半
導体層１３と第２の半導体１４との間のｐｎ接合Ｊには
空間電荷層即ち空乏層が形成される。印加電圧が増加す
るに従って空乏層は拡がシ、ある電圧（定格電圧よシ小
さい値）以上にあるとショットキバリヤ３のある近傍の
第１の半導体層１３は、第１図に破線で示すように空乏
層によって閉塞（いわゆるピンチオフ）された状態にな
る。この状態になるとショットキバリヤ３のある領域で
の電界が弱められるため、ショットキバリヤ３０の見か
けの降伏電圧が高くなる。

従って、順方向電圧が印加されているときはショットキ
バリヤダイオードして動作し、逆方向電圧が印加されて
いるときはｐｎ接合ダイオードとして動作し、低い順電
圧と高い逆耐圧を合せもクシヨットキバリャダイオード
を得ることができるのである。

次に、第１の半導体層１３の比抵抗を１０Ωｍ以下にし
、Ｗ／Ｌを０．５〜２．、ｏの範囲にする理由について
説明する。

第２の半導体層１４相互間の距離Ｗをチャネル幅、第２
半導体層１４の深さＬをチャネル深さと呼ぶことにする
。また、第１半導体層１３の抵抗率をρイとする。

第３図は、ρ、＝５０Ωｍ、Ｌ＝３μｍの場合に、チャ
ネル幅Ｗを変えたときのチャネル部の中心線Ｏ−０′上
の電位分布を示す。印加電圧が一５０Ｖの場合である。

ショットキバリヤ３のある近傍の電位の変化、即ち電界
はチャネル幅Ｗが狭くなるほど弱くなっていることがわ
かろうこれは、チャネル幅が狭くなるほど空乏層による
ピンチオフの効果が強くなっていることを示している。

第４図はチャネル幅Ｗ＝４μｍ、チャネル深さＬ＝３μ
ｍの場合に、第１半導体層１３の抵抗率ρ、を変えたと
きのチャネル部の中心線０−０７上の電位分布を示す。

印加電圧は一５０Ｖである。

この場合、抵抗率ρ、が高いほどショットキバリヤ３の
おる近傍での電位の傾き、即ち電界は小さくなっている
。抵抗率ρ、が高いほど空乏層の拡がシが大きくなり、
ピンチオフ効果が強まるためである。

第５図はρ１＝５０Ωα、Ｗ＝２μｍの場合にチャネル
深さＬを変えた場合のチャネル部中心線０−０′上での
電位分布を示す。印加電圧は一５０Ｖである。この場合
、チャネル深さＬが太きいほどショットキバリヤ近傍の
電界が小さくなっている。

チャネル深さＬが大きいほど実効的なチャネル領域が長
くなるためピンチオフ効果が強まるためである。

第６図は第１半導体層１３の抵抗率ρ、が５Ωｍの場合
に、チャネル幅Ｗを変えたときの耐圧の変化を示してい
る。耐圧としてダイオードの洩れ電流密度が１０−”Ａ
／ｃｍ”であるときの電圧としている（以下、同様）。

図ではチャネル深さＬをパラメータとしている。チャネ
ル幅Ｗを狭くしてゆくと共に耐圧が上ってゆくことがわ
かる。この場合１チャネル深さＬが大きいほど、よシ広
いチャネル幅から耐圧が向上している。これは第５図か
らもわかるようにチャネル深さＬが大きいほど、ンヨッ
トキハリャのある界面での電界が緩和される度合いが太
きくなシ、洩れ電流が低下するためである、 第７図、第８図、第９図は第６図と同じ構造で第１半導
体層１３の抵抗率ρ、がそれぞれ１０Ωα。

１００Ω副の場合の素子のチャネル幅と耐圧の関係を示
している。いずれの場合もチャネル深さＬが大きいほど
、また抵抗率ρ、が高いほど、よシ広いチャネル幅から
耐圧が上昇していることがわかる。これも第４図で示さ
れた抵抗率ρ、とショットキバリヤのある界面での電界
との関係から説明できる。

第１０図は第７図、第８図、第９図からチャネル幅Ｗと
チャネル深さＬとの比（Ｗ／Ｌ）と耐圧の関係について
まとめたものである。この場合、第１半導体層１３の抵
抗率ρ、が同じであれば、チャネル深さＬによらず、ｔ
ｌは同じ特性曲線上に載っていることがわかる。そして
抵抗率ρ１が１０Ω副よシ大きい場合には、耐圧は（Ｗ
／Ｌ）の値が、はホ２．０以下のとき立ち上ルはじめて
いることがわかる。このようにチャネル構造をもち、空
乏層のピンチオフ効果を利用して阻止特性の向上を図っ
たショットキバリヤダイオードでは、チャネル深さＬと
チャネル幅Ｗの比＜Ｗ／Ｌ）が２．０以下であることが
望ましい。

第１１図は抵抗率ρ、と耐圧の関係を示す。

（Ｗ／Ｌ）をパラメータにしている。第１の半導体層１
３の第２の半導体層１４と第３の半導体層１５との間の
厚さは１２μｍとした。抵抗率ρ。

が高いほど耐圧は高くなるが、抵抗率ρ、が１０Ωｍ以
下になると耐圧は急激に低下している。言換えれば、チ
ャネル構造をもつショットキバリヤダイオードでは抵抗
率ρ、がほぼ１０Ωα以上で必るときピンチオフ効果に
よる耐圧の向上が著しい。このため第１半導体層１３の
抵抗率は１０Ωα以上であることが望ましい１以上の逆
阻止特性の結果から、本発明のショットキバリヤダイオ
ードでは第１半導体層１３の抵抗率は１０Ωα以上で、
チャネル幅Ｗとチャネル深さＬとの比（Ｗ／Ｌ）は２．
０以下でおることが望ましい。

ショットキバリヤダイオードの重要は特性には、この他
に逆回復時間（ｔｒ’ｒ）がある。第１２図は第１半導
体層１３の厚さｄと逆回復時間ｔｒｒの関係を表わす。

Ｗは１μｍでおる。この場合、順バイアス状態ではショ
ットキバリヤおよびチャネルを形成するｐｎ接合Ｊから
も少数キャリヤの注入が多少ある。第２の半導体層１４
の厚みＬが厚いほど、第１の半導体層１３内の少数キャ
リヤの総量が多くなるため、逆回復時間ｔｒｒは長くな
る。

このため逆阻止電圧の許す限シ、第２の半導体層１４の
厚さＬは薄い方が良い。

第１３図は、チャネル幅Ｗと逆回復時間ｔｒｒの関係を
示す。第２の半導体層１４の底部の平坦部よりも小さく
なると逆回復時間ｔｒｒは急激に大きくなる。また、第
２の半導体層１４の厚さＬが厚いほど逆回復時間は長い
が、逆回復時間が急激に増加するチャネル幅Ｗは広くな
る。

第１４図は第］、３図からチャネル幅Ｗとチャネル深さ
Ｌとの比（Ｗ／Ｌ）と逆回復時間ｔ□の関係をまとめた
ものである。第１４図によればチャネル深さＬに依らず
（Ｗ／Ｌ＞が０．５以下で逆回復時間が急激に大きくな
ることがわかる。（Ｗ／Ｌ）がこれよりも大きい場合に
は、逆回復時間はおる一定値になる。以上、第１０図の
耐圧と（Ｗ／Ｌ）の関係および第１４図の逆回復時間ｔ
ｒｙと（Ｗ／Ｌ　）の関係から、改良された逆降伏電圧
特性をもつショットキバリヤダイオードの構造としては
、第２半導体層の抵抗率が１０Ωα以上で（Ｗ／Ｌ）の
値が０，５〜２．．０の間にあることが望ましい０次に
、これまで述べて来たような改良された逆降伏電圧特性
をもつショットキバリヤダイオードの製作方法を第１５
図に沿って述べる。先ず、第３の半導体層となる５Ｘ１
０”　〜１ＸｉＯ”ｃｍ−”のｎ０型半導体ウエノ・５
１の上に、これよシも低い不純物濃度（ＩＸＩＯ”〜ｌ
Ｘｌ０”ｃｒｎ−”　）をもつｎｇ半導体層５２をエピ
タキシャル成長により形成する。これは第１の半導体層
となる。次に、その表面全体に第２の半導体層１４を部
分的に形成するだめの絶縁膜（Ｓｉ０２）５４を形成す
る。これは通常、熱酸化膜を１μｍ程度に形成すること
で得られる。続いて第２の半導体層１４が設けられるべ
きエピタキシャル層５２０表面領域にホトリソ技術でＳ
ｉＯｘ膜５４を貫通する孔を形成する。この場合、第２
の半導体層１４はショットキバリヤのある領域の電界を
緩和するためのみにあるため、この幅は狭いほど素子の
面積利用率は良くなる。現状のホトリソ技術では２〜３
μｍ程度がその限界でアシ、孔の大きさけはぼこの値に
なる。次に、ｐｍの不純物ソース（例えばボロン）を孔
を介してエピタキシャル層５２上にデポジションする。

更に高温の熱処理（ドライブイン拡散）によってｐ１壓
半導体層５３の目標の深さを得る。この場合、ｐ”型半
導体層５３は深さ方向とともに横方向へも拡散する。通
常、この横方向への拡散寸法は深さ方向に対して８０〜
９０％程度である。チャネル部の寸法設定には、このこ
とを考慮しなければならない。この後、エピタキシャル
層５２にショットキバリヤを設けるため絶縁膜を一部除
去し、ショットキバリヤを形成する金属（例えばＡ　ｔ
ＨＰ　ｔ＋　Ｍｏ等）を蒸着法、或いはスパッタ法によ
シ厚さ８００〜２５００人程度に形成して第１の主電極
２となる金属層５５を得る。

その後、４００〜６００ｃ程度の熱処理によってショッ
トキバリヤを形成する。次に、ウェハ５１面に第２の主
電極４となる金属層を形成して出来上がる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、順方向特性及び逆方向特
性が共に優れたショットキバリヤ半導体装置を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用したショットキバリヤダイオード
の一実施例を示す断面図、第２図は第１図の拡大図、第
３図は第１図のショットキバリヤダイオードに於いて、
チャネル幅Ｗを変えた場合のショットバリヤのある近傍
での電位分布の変化を示す図、第４図は第１図のショッ
トキバリヤダイオードに於いて第１の半導体層の抵抗率
を変えた場合の７ヨツトキバリヤのおる近傍での電位分
布の変化を示す図、第５図は第１図の７ヨツトキバリヤ
ダイオードに於いて、第２の半導体層の深さＬを変えた
場合のショットキバリヤのある近傍での電位分布の変化
を示す図、第６　＋　７１８　＋　９図はそれぞれ第１
の半導体層の抵抗率が５Ωｍ。 ｌＯΩ譚、５０Ωα、１００Ω鋸である場合のチャネル
幅と耐圧の関係を示す図、第１θ図はチャネル幅Ｗと第
２の半導体層の深さＬの比（Ｗ／Ｌ）と耐圧の関係を示
す図、第１１図は、第１の半導体層の抵抗率と耐圧の関
係を示す図、第１２図は第１の半導体層の厚さｄと逆回
復時間ｔ、の関係を示す図、第１３図はチャネル幅Ｗと
逆回復時間ｔｔ、の関係を示す図、第１４図はチャネル
幅Ｗと第２の半導体層の深さＬの比（Ｗ／Ｌ）と逆回復
時間ｔ□の関係を示す図、第１５図は本発明を適用した
ショットキバリヤダイオードの製造プロセスを示す工程
図である。 １３・・・第１の半導体層、１４・・・第２の半導体層
、第１図 第　Ｚ　図 第　３　図 第　１４−　図 了ノードカ＼ら／ｌ　ＨＥ　Ａｌｌ　（＊”　ン第　５
　図 第　Ａ　図 第　７　図 ナヤ　半ノｌ−暢　ＶＪ（）帆） ＋　ヤ　半　ル　中凸　Ｗ（／Ｉ傾−）第　′１　図 第１１図 ｊＬ　ｉＬ　！ＩＰ！＊（ｎｃ＋’） 第　／Ｚ　図 第１３図 茶　７ｇ−ｍ （”／Ｌ） 第　７５　ｍ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一対の主表面を有し、一方の主表面が一方導電型の
   第１の半導体層の露出面と、一方の主表面から第１の半
   導体層内に延び第１の半導体層よシ高い不純物濃度を有
   する他方導電型の複数個の第２の半導体層の露出面とか
   ら形成された半導体基体と、 半導体基体の一方の主表面に設けられ、第１の半導体層
   との間にショットキバリヤを形成し、第２の半導体層と
   の間にオーミックコンタクトを形成する第１の主電極と
   、 半導体基体の他方の主表面に設けられた第２の主電極と
   、を具備し、 第１の半導体層の抵抗率が１０Ωα以下で、第２の半導
   体層相互間の距離Ｗと第２の半導体層の一方の主表面と
   直角をなす方向の深さＬとの比（Ｗ／Ｌ）が０．５〜２
   ，０の間にあることを特徴とするショットキバリヤ半導
   体装置。 ２、半導体基体の第１の半導体層と他方の主表面との間
   に、両者に隣接して第１の半導体層より高い不純物濃度
   を有する一方導電型の第３の半導体層を設けたことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載のショットキバリヤ
   半導体装置。