JPS62281366A - シヨツトキバリヤ形半導体装置の製造方法 - 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】 ３、発明の詳細な説明 （産業上の利用分野） 本発明は半導体と金属との接触による表面障壁を利用し
たショットキバリヤ形半導体装置の製造方法に関するも
ので、特に素子特性の改善技術に関するものである。

（従来の技術） 従来、一導電型の半導体基体の主面に開口部を有する絶
縁膜を形成し、この開口部を覆うように絶縁膜上にバリ
ヤメタルを形成したショットキバリヤ形半導体装置は既
知である。

第６図はショットキバリヤ形半導体装置の一種である従
来のショットキバリヤ形ダイオードの構成を示す断面図
である。ｎ型不純物である砒素を高濃度にドープしたｎ
゛型シリコン基板１上に比［カ０．５〜１Ω・ｃｍのｎ
型エピタキシャル層２が５〜７μｍの厚さに堆積され、
このエピタキシャル層の表面には５０００〜８ＱＯＯＡ
の厚いシリコン酸化膜３が熱酸化により形成されている
。このシリコン酸化膜３をフォトエツチング技術によっ
て選沢的に除去し、周縁にテーパーが付けられた開口部
が活性領域の位置に形成されている。この開口部を覆う
ようにシリコン酸化膜３上にはモリブデン等のバリヤメ
タル膜４が、例えば２０００人程度０厚さに形成されて
おり、さらにその上にアルミニウム膜５が約８μｍの厚
さに形成され、さらにこのアルミニウム膜上にはワイヤ
６がボンディングされている。またｎ°型シリコン基板
１の裏面には裏面電極７が形成されている。

（発明が解決しようとする問題点） 上述した従来のショットキバリヤ形ダイオードにおいて
は絶縁膜３の開口部の周縁にテーパ一部３ａを形成する
ことにより絶縁膜直下の電界集中を緩和することで逆方
向の耐圧を高めているが、このテーパー角は十分に小さ
くすることは難しいので耐圧を十分に高くすることがで
きない欠点がある。また、ｎ型エピタキシャル層２の表
面に熱酸化により厚いシリコン酸化膜３が形成されてい
るが、この酸化処理中にシリコン半導体基体１，２に種
々の欠陥が導入される。一般にこのような欠陥は酸化導
入欠陥（Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　Ｉｎｄｕｃｅｄ　Ｓｔａ
ｃｋｉｎｇＦａｕｌｔ）と呼ばれており、これによりデ
ィスロケーションやスクッキングホールドが生じ、半導
体基体とバリヤメタルとで形成されるショットキ障壁が
小さくなったり、界面準位が大きくなるために電気的特
性が影響を受は逆方向電圧が低くなったり、変動してし
まう欠点がある。

上述したように、絶縁膜開口部のエツジでの電界集中を
無くすために、絶縁膜開口部の周縁にテーパ一部を設け
、このテーパ一部上に設けである金属膜のフィールドプ
レートと絶縁膜のテーパ一部とでエツジにおける電界集
中を少なくし、逆方向の電圧を高めている。しかしなが
ら、アバランシェブレークダウンした後、特に大電流が
流れた場合、逆方向電圧が段々小さくなっていく、いわ
ゆるポジティブクリープ現象が生じ、逆方向電圧の値が
小さくなってしまう欠点がある。これは、前にも述べた
ように絶縁膜を形成する際に半導体基体の表面に発生す
る結晶欠陥によるものや、バリヤメタルや電極金属膜を
形成する際のストレスや蒸着ダメージによるものと、あ
るいは電界集中が絶縁膜開口部の周縁で生じないように
テーパーを付けているが、これが完全ではなく、特にア
バランシェブレークダウン後に電界の加わり方が変わっ
て逆方向電圧が変動することが考えられる。

本発明の目的は、上述した欠点を解消し、安定した特性
を有するショットキバリヤ形半導体装置の製造方法を提
供しようとするものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、一導電型の半導体基体の主面に絶縁膜を形成
する工程と、この絶縁膜に、前記半導体基体の主面が選
択的に露出するように開口部を形成し、この開口部の周
縁にテーパーを形成する工程と、このテーパーを有する
開口部を形成した絶縁膜をマスクとして前記半導体基体
の主面をエツチングすることにより、少なくとも前記開
口部の周縁に沿って凹部を形成する工程と、前記絶縁膜
開口部を経て熱酸化処理を施し、開口部内の半導体基体
表面に前記絶縁膜よりも薄い酸化膜を形成する工程と、
この酸化膜をエツチングにより除去する工程と、前記開
口部を覆うように絶縁膜上にバリヤメタル膜を形成する
工程とを具えることを特徴とするものである。

（作　用） 本発明によれば半導体基体の主面に絶縁膜開口部全体ま
たはその周１縁に沿って凹部を形成することによって半
導体基体の主面のこの部分に形成されていた結晶欠陥や
汚染が除去され、耐圧が高く、リーク電流が少ない安定
した特性を有するショットキバリヤ形半導体装置を提供
することができる。

また凹部を浅く形成することによって、絶縁膜開口部テ
ーパ一部のエツジでの電界集中が緩和され、アバランシ
ェブレークダウン後も電界が安定し、逆方向電圧の変動
を有効に防止することができる。

本発明では、半導体基体の主面に、絶縁膜開口部の周縁
に沿って選択的に溝状の凹部を形成したり、この凹部を
開口部全体に亘って形成することもできる。開口部内を
全面エツチングする際、結晶欠陥が存在する個所では速
くエンチングされ、できるだけシリコン基板上が無欠陥
であることが要求される。したがって、その分歩留りが
低下し、コストアップになり易い。さらに、ドライエツ
チングにより凹部を形成するときにはプラズマ露囲気中
で行われるためポリマ等の有機物あるいはカーボンが表
面に付着される。また、フッ酸、硝酸系のウェットエツ
チングを行う場合にはスティンフィルム等が発生し易く
なり、歩留りが低下し、コストアップになり易い。しか
し本発明では、半導体基体表面を酸化処理するのでこの
ような問題は余り起こらない。一方絶縁膜開口部の内部
にある半導体基体の表面はエツチングせず、開口部周縁
に沿って溝状の凹部を形成する場合には上述した問題は
起らず、歩留りが向上し、コストダウンが図れる。また
、半導体基体表面を酸化することによって表面が活性化
され、耐圧が向上し、ＩＪ−り電流が減少する効果があ
る。さらに酸化膜をエツチングにより除去することによ
って絶縁膜開口部の先端には丸味が付くので電界集中を
有効に回避できる。

（実施例） 第１図（ａ）〜（ｅ）は本発明の方法によりショットキ
バリヤ形半導体装置の一実施例であるショットキバリヤ
形ダイオードを製造する際の順次の製造工程における構
成を示す断面図である。

ｎ型不純物を高濃度にドープしたｎ゛型シリコン半導体
基板１１の上に、例えば０．７〜１．５　Ω−ＣｍＯ比
抵抗で厚さが５〜１０μｍ程度のｎ型シリコンエピタキ
シャル層１２を成長させてｎオンｎ゛構造の半導体基体
を構成する。次にｎ型エピクキシャル層１２の上に熱酸
化によりシリコン酸化膜１３を、例えば５０００〜８０
００への厚さに形成した様子を第１図（ａ）に示す。

続いて、フォトエツチング技術により、シリコン酸化膜
１３を選択的にエツチングし、シリコン酸化膜１３に、
テーパ一部１３ａを有する開口部１４を形成し、ｎ型シ
リコンエピタキシャル層１２の主面を部分的に露出させ
る。この様子を第１図（ｂ）に示す。

続いて前記シリコン酸化膜１３をマスクとしてフレオン
系のドライエツチングを行い、シリコン酸化膜開口部の
内部に深さ１００〜６０００人の凹部１２ａを形成する
。この様子を第１図（Ｃ）　　に示す。このエツチング
はフッ酸と硝酸の混合液をエッチャントとするウェット
エツチングによって行うこともできるが、上述したドラ
イエツチングの方がテーパ一部１３ａの形状を変化させ
ることが少ないので好適である。

次に酸化雲囲気中で全体を加熱し、前記凹部１２ａの表
面に、前記シリコン酸化膜１３よりも薄いシリコン酸化
膜１５を形成した様子を第１図（ｄ）に示す。

このシリコン酸化膜１５の厚さとしては例えば約２００
〜６００人とすることができる。

続いて再度エツチングを施し、シリコン酸化膜１５を除
去してシリコンエピタキシャル層１２の表面を露出させ
る。このエツチングによりシリコン酸化膜１３の開口の
テーパ一部１３ａの先端は第２図に拡大して示すように
丸味が付けられるとともにテーパ一部１３ａの先端の下
側はアンダーエツチングされることになる。このように
シリコン酸化膜１３のテーパー１１３ａの先端が丸くな
るとともにその下側がアンダーエツチングされることに
よってテーパ一部の先端における電界集中を著しく緩和
することができ、耐圧を向上することができるとともに
リーク電流を低減することができる。

次に例えばモリブデンより成るバリヤメタル膜１６を約
５００〜５０００人の厚さに蒸着し、さら（ごその上に
、例えばアルミニウムの電極膜１７を約５〜１０μｍの
厚さに蒸着した様子を第１図（ｅ）に示す。このアルミ
ニウム電極膜１７には通常のようにワイヤをボンディン
グして素子を完成する。

第３図（ａ）〜（ｄ）は本発明の方法によりショットキ
バリヤダイオードを製造する他の実施例の順次の製造工
程における構成を示す断面図である。シリコン基板１１
．１２の主面にシリコン酸化膜１３を形成し、このシリ
コン酸化膜にテーパ一部１３ａを有する開口部１４を形
成した様子を第３図（ａ）に示すが、ここまでの処理は
第１図に示した実施例と同じである。本例ではこの開口
部１４の中にフォトエツチング技術によりフォトレジス
ト膜１８を選択的に形成した後、シリコン酸化膜１３お
よびフォトレジスト膜１８をマスクとしてフレオン系の
ドライエツチングを施し、開口部の周縁に沿って深さ１
００〜６０００　Ａの溝状の凹部１２ａを形成する。こ
の様子を第３図ｂ）に示す。

次にフォトレジスト膜１８を除去した後、熱酸化処理を
施し、シリコンエピタキシャル層１２の露出表面に厚さ
２００〜６００　人の薄い酸化膜１５を形成した様子を
第３図（Ｃ）に示す。

続いて、この薄いシリコン酸化膜１５をエツチングによ
り除去した後、モリブデンより成るバリヤメタル膜１６
を５００〜５０００　Ａの厚さに蒸着形成し、さらにそ
の上にアルミニウムより成る金属電極膜１７を約５〜１
０μｍの厚さに蒸着した様子を第３図（ｄ）に示す。

本発明においては、半導体基体の主面に凹部を形成する
が、この凹部を余り深く形成するとバリヤメタル膜が段
切れを起し易くなり、金属電極膜が半導体基体と直接接
触するようになる。したがって本発明では、この凹部の
深さは１００〜６０００人、特に１０００人前後とする
のが好適である。

本発明は上述した実施例にのみ限定されるものではなく
、幾多の変形や変更を加えることができる。例えば上述
した実施例では、絶縁膜を一層の酸化膜を以て構成した
が、異なる絶縁材料より成る複合絶縁膜とすることもで
きる。また、上述した実施例ではバリヤメタルとしてモ
リブデンを用いたが、クロム、ニッケル、チタン、タン
グステン、白金等の他の高融点金属を用いることもでき
る。

さらに、第３１ｆｆｌ（ｂ）の工程において、フォトレ
ジストパターンを複数に分割し、ｎ型半導体層１２の表
面に複数の凹凸を形成してもよい。このようにすると、
バリヤメタルとｎ型半導体層との密着性が良好となり、
順方向電圧■、かさらに安定化す効果がある。

さらにまた、上述した実施例ではテーパー周縁部を等方
性エツチングをしたが、例えばＫＯＩ（あるいはヒドラ
ジン等で異方性エツチングしてもよい。

この場合にはテーパー先端はオーバーハング状でなくて
もよく、異方性エツチングしたエツチング縁部と同じか
あるいは誤差程度に絶縁膜テーパー先端が後退していて
もよい。

（発明の効果） 上述した本発明によれば、バリヤメタル膜を形成する以
前に半導体基体の主面に凹部を形成するとともにこれを
酸化するため、この半導体基板の主面近くに存在してい
た結晶欠陥や汚染が除去されるので、従来は生じていた
これらの結晶欠陥や汚染による耐圧の低下や変動が軽減
され、耐圧の高い信頼性のある半導体装置を１辱ること
ができ。

しかも、本発明では浅い凹部を形成するだけでよいので
、絶縁膜のエツジ効果はそのまま利用することができ、
逆方向電圧の低下や変動を抑え、安定した逆方向電圧を
有するものとすることができる。

また、従来では絶縁膜テーパ一部の先端付近に電界が集
中し易かったが、本発明では凹部を浅く形成することに
より電界が拡散され、特にアバランシェブレークダウン
後も電界が安定し、逆方向電圧の変動は殆ど無くなる効
果がある。そのため、特に高耐圧ショットキバリヤダイ
オードに適しており、シリコン基板の特性を変えること
によって１００Ｖ、　１５０Ｖさらにはそれ以上の素子
も可能である。

第４図は本発明によるショットキバリヤ形ダイオードの
逆方向電圧特性を示し、第５図は従来のショットキバリ
ヤ形ダイオードの逆方向電圧特性を示すものである。こ
れらの特性曲線を比べると、本発明の方がハードブレー
クダウン特性となっていることがわかる。すなわち、電
流値の大小に拘らず逆電圧が等しく、リーク電流が少な
い理想的な特性が得られている。これはエツチングによ
って半導体基板表面の汚染や結晶欠陥が取り除かれるた
めであと考えられる。

また、凹部はきわめて浅く形成されているため、エツチ
ング量による耐圧の劣化等の恐れがなく、しかもリーク
電流が少ないため、例えば１ｍＡと５０ｍＡとでの逆方
向電圧の差が無いことから、ｎ型エピクキシャル層を低
濃度でさらに薄く形成することができ、これによって順
方向電圧■、の小さい半導体装置を得ることができる。

さらに、半導体基体の表面の開口部内部全体に亘って酸
化膜を形成したため、半導体基体の表面に凹凸が形成さ
れたり、異物が付着したりすることがないので、バリヤ
メタルと半導体基体との接触状態は安定となり、順方向
電圧■、は安定したものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｅ）は本発明の方法によってショット
キバリヤ形半導体装置を製造する際の順次の製造工程に
おける構成を示す断面図、 第２図は同じその一部分を拡大して示す断面図、第３図
（ａ）〜（ｄ）は本発明の他の実施例における順次の製
造工程における構成を示す断面図、第４図および第５図
は本発明および従来のショットキバリヤ形半導体装置の
逆方向電圧特性を示すグラフ、 第６図は従来のショットキバリヤ形ダ摺オードの構成を
示す断面図である。 １１・・・ｎ°型シリコン基板 １２・・・、１型シリコン工ピタキシヤル層１２ａ・・
・凹部　　　　　　１３・・・シリコン酸化膜１３ａ・
・・テーパ一部　　　１４・・・開口部１５・・・シリ
コン酸化膜　　１６・・・バリヤメタル膜１７・・・金
属電極膜　　　　１８・・・フォトレジスト膜特許出願
人　ティーディーケイ株式会社第１図 第１図 Ｉｆ　　　　　　　　／２ ＾　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ど）閃　
　　　　　　　　　　＝ 一ノ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（
）ど） と） Ｑ　　　　　　　　　℃ 手　　続　　補　　正　　書 昭和６２年　１月２６日 特許庁長官　　黒　　１）　明　　雄　　殿１、事件の
表示 昭和６１年特許願第１２２２６７号 ２、発明の名称 ショットキバリヤ形半導体装置の製造方法３、補正をす
る者 事件との関係　特許出願人 （３０６）ティーディーケイ株式会社 ４、代理人 １、明細書第１１頁第１４行の「（ｄ）に示す。」の後
に次の文を加入する。 「なお、本例では薄いシリコン酸化膜１５を除去するエ
ツチング処理を前例とは相違させ、シリコン酸化膜１３
の開口のテーパ一部１３ａの先端には丸みを付けるが、
アンダーエツチングは行なわないようにする。」 ２、図面中、「第３図（ｄ）」を別紙訂正図の通りに訂
正する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、一導電型の半導体基体の主面に絶縁膜を形成する工
   程と、この絶縁膜に、前記半導体基体の主面が選択的に
   露出するように開口部を形成し、この開口部の周縁にテ
   ーパーを形成する工程と、このテーパーを有する開口部
   を形成した絶縁膜をマスクとして前記半導体基体の主面
   をエッチングすることにより、少なくとも前記開口部の
   周縁に沿って凹部を形成する工程と、前記絶縁膜開口部
   を経て熱酸化処理を施し、開口部内の半導体基体表面に
   前記絶縁膜よりも薄い酸化膜を形成する工程と、この酸
   化膜をエッチングにより除去する工程と、前記開口部を
   覆うように絶縁膜上にバリヤメタル膜を形成する工程と
   を具えることを特徴とするショットキバリヤ形半導体装
   置の製造方法。