JPS63138768A - シヨツトキバリア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】 （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
たショットキバリア形半導体装置の製造方法に関するも
ので、特にフォトエツチング処理の回数を減らす技術に
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
アメタルを形成したショットキバリア形半導体装置は既
知である。

第４図はショットキバリア形半導体装置の一種である従
来のショットキバリア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上に比抵抗が０．５〜１Ω・ｃｍＯ
ｎ型エピタキシャル層２ふ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５０００〜８０００
人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
って選択的に除去し、周縁にテーパーが付けられた開口
部３ａ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
リアメタル膜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８μ
ｍ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ア形ダイオードにおいて
は絶縁膜３の開口部３ａの周縁にテーパ一部を形成する
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
体基体とバリア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、界面準位が太き（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、バリア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。

また、上述した結晶欠陥の影響や蒸着によるダメージを
解決する他の従来例として酸化膜開口縁に沿ってガード
リングを形成し、併せて耐圧の向上を図るようにしたも
のも知られている。

第５図は従来のガードリングを有するショットキバリア
形ダイオードの製造工程における構造を示す断面図であ
る。例えば砒素等のｎ型不純物を高濃度にドープしたｎ
゛シリコン基板１１の上に比抵抗が０．５〜２．０　Ω
・Ｃ１ｎ程のｎ型半導体層１２を、例えば６〜１２μｍ
の厚さにエピタキシャル成長させ、この表面に約１００
０人の薄い酸化膜１３を一様に形成した様子を第５図（
ａ）に示す。

次に、フォトエツチング技術を用いるイオン注入によっ
てｐ゛型型溝導体層１４、後に活性領域となる部分を囲
むように形成した後、再び５０００Ａの厚い酸化膜１５
を一様に形成した様子を第５図ら）に示す。

次に、活性領域の上方の酸化膜１５をフォトエツチング
技術を用いて選択的にエツチングして開口部１５ａを形
成した様子を第５図（Ｃ）に示す。

次に、この上に、例えばモリブデン等の高融点金属より
成るバリアメタル膜１６を約２０００〜３０００人の厚
さに形成し、さらにその上にアルミニウム等の金属電極
膜１７を約５〜１０μｍの厚さに形成するとともにｎ゛
゛基板１１の裏面に裏面電極膜１８を形成してショット
キバリア形ダイオードを完成した様子を第５図（ｄ）に
示す。

このような従来の装置では、ｐ°型型半体体層１４り成
るガードリングを形成するためのフォトエッチング処理
が１回余分に必要となり、製造工程が面倒となり、歩留
りも悪くなり、コストアップとなる欠点がある。また、
酸化膜１５の開口部１５ａの断差が大きいため、この部
分でモリブデン等の高融点金属より成るバリアメタル膜
１６に強いストレスが生じ、その結果として特性劣化が
生じたり、クラック等の断線が生じ、このクラックを介
して上側の金属電極膜１７と半導体基体とが接触するよ
うになり、信頼性が低下することがしばしばあった。ま
た、ＩＣにおいては、位置合わせのための寸法余裕が微
細化のための制限となっている欠点があった。

したがって、本発明の目的は、上述したガードリングを
フォトエツチング技術を用いることなく簡単に形成する
ことができるとともにガードリングを自己整合的に正確
に形成することができ、しかも酸化膜の開口部を滑らか
とすることによってバリアメタル膜に強いストレスが生
ずるのを緩和し、素子特性を向上することができるとと
もに信頼性も向上することができるショットキバリア形
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および作用）本発明は、
素子特性を向上するためのガードリングを有するショッ
トキバリア形半導体装置を製造するに当たり、一導電型
の半導体基体の表面に開口部を有する第１の酸化膜を形
成する工程と、この第１酸化膜の開口部の壁に、耐酸化
性絶縁膜より成るサイドウオールを形成する工程と、前
記半導体基体の表面の前記第１酸化膜の開口部によって
囲まれる内部に第１酸化膜よりも薄い第２の酸化膜を形
成する工程と、 前記耐酸化性絶縁膜より成るサイドウオールを選択的に
除去して溝を形成する工程と、この溝を介して前記半導
体基体の表面に逆導電型の半導体層より成るガードリン
グを形成する工程と、 前記第１および第２の酸化膜を、第２の酸化膜が除去さ
れるまでエツチングして前記開口部によって囲まれる半
導体基体の表面を露出させる工程と、 この露出された半導体基体表面および第１酸化膜の表面
に高融点金属より成るバリア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。

上述した本発明の製造方法によれば、半導体基体上の酸
化膜に形成した開口部に沿って耐酸化性絶縁膜のサイド
ウオールを形成した後、他の部分を選択的に酸化し、次
に耐酸化性絶縁膜のサイドウオールをエツチングにより
選択的に除去して、その部分の酸化膜に溝を形成し、こ
の溝を経てイオン注入を行ったり、拡散を行ってガード
リングを形成するものであるから、フォトエツチング処
理回数を増やすことなく、自己整合的にガードリングを
正確に形成することができる。しかも、活性領域となる
酸化膜の開口部を境として外部に厚い酸化膜、内部に薄
い酸化膜が形成され、これら酸化膜を同時にエツチング
して内部の酸化膜を除去するものであるから、このエツ
チング処理中に厚い酸化膜の開口部のエツジは滑らかと
なり、その上に形成されるバリアメタル膜に強いストレ
スが生ずることもなくなる。

このようにして、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防止することができ、逆
方向電圧が高く、リーク電流の小さいショットキバリア
形半導体装置を簡単かつ正確に製造することができる。

（実施例） 第１図（ａ）〜（ｈ）は本発明の方法によってンヨット
キバリア形ダイオードを製造する際の順次の製造工程に
おける構造を示す断面図である。

先ず、ｎ型不純物を高濃度に含むｎ＋型シリコン基板２
１の一方の表面上に、例えば比抵抗が１〜２Ω・Ｃｍ、
厚さが５〜１０μｍ程度のｎ型エピタキシャル層２２を
成長させて半導体基体を構成した様子を第１図（ａ）に
示す。

次に、ｎ型エピタキシャル層２２の表面に、例えば約１
μｍの酸化膜２３を一様に形成した後、活性領域となる
部分を選択的に除去して開口部２３ａを形成し、さらに
開口部の内部の露出したｎ型エピタキシャル層２２の表
面に、例えば約５００〜１０００人の薄いシリコン酸化
膜２４を形成した様子を第１図（５）に示す。

次に、この上に耐酸化性絶縁膜である、例えば窒化膜を
約３０００人の厚さに形成し、その後約１０００℃でア
ニールを行い、続いて窒化膜を、例えばリアクティブ・
イオンエツチングのような異方性エツチングにより選択
的に除去し、酸化膜２３の開口部２３ａの壁に耐酸化性
窒化膜より成るサイドウオール２５を形成した様子を第
１図（Ｃ）に示す。

その後、さらに酸化処理を施して、酸化膜２３の開口部
２３ａの内部にある約５００〜１０００人の薄い酸化膜
２４上に約３０００〜４０００人のシリコン酸化膜２６
を形成した様子を第１図（ｄ）に示す。本発明ではこの
開口部２３ａの内部に形成される酸化膜２４．２６の合
計の厚さを、外部の酸化膜２３の厚さよりも薄くする。

次に、耐酸化性絶縁膜より成るサイドウオール２５を、
例えば熱リン酸あるいはフレオン系のドライエツチング
により選択的に除去し、この部分の酸化膜に溝２７を自
己整合的に形成し、この溝を介してｐ型不純物をイオン
注入した様子を第１図（ｅ）に示す。このイオン注入の
代わりに、溝２７の下側にある薄い酸化膜２４をエツチ
ングにより除去した後、ＢＳＧまたはＢ２Ｏ３などから
の不純物拡散を施してもよい。

続いて熱処理を施し、ｎ型エピタキシャル層２２の表面
にｐ＋型型溝導体層り成るガードリング２８を開口部２
３ａに沿って自己整合的に形成した様子を第１図（ｆ）
に示す。

次に酸化膜２３と酸化膜２４．２６との膜厚差を利用し
て酸化膜２３の開口部２３ａ内の酸化膜２４．２６を自
己整合的にエツチングして除去した様子を第１図（ｇ）
に示す。このエツチング処理中、酸化膜２３の開口部２
３ａのエツジも除去されるので滑らかなものとなる。

その後、モリブデン等の高融点金属より成るバリアメタ
ル膜２９を約２０００〜４０００人の厚さに形成し、さ
らにその上にＡＩより成る金属電極膜３０を形成すると
ともにｎ゛゛基板２１の裏面にＡ１より成る裏面電極膜
３１を形成してショットキバリア形ダイオードを完成し
た様子を第１囲器に示す。

（発明の効果） 上述した本発明によれば、酸化膜開口部の周縁に沿って
ｐ゛型型溝導体層り成るガードリング２８が形成されて
いるため、半導体基体の表面に酸化工程中に誘起される
Ｏ３Ｆが存在していても耐圧の変動や低下が低減され、
また酸化膜開口部での電界の集中も抑えられるので耐圧
が高く、信頼性の高いショットキバリア形半導体装置が
得られる。

しかも、このｐ゛型型溝導体層り成るガードリングはフ
ォトエツチング工程を増加することなく、自己整合的に
酸化膜２３の開口部２３ａに沿って正確に形成すること
ができるので、生産性の著しい向上を図ることができる
。そのため、ｐ°型型半体体層り成るガードリングの形
成時に位置合わせ余裕を設ける必要がなくなり、微細化
が可能となる。

また、酸化膜２３の開口部２３ａは酸化膜のエツチング
の際に滑らかとなるので、その上に形成されるバリアメ
タル膜に強いストレスが加わることばなくなり、クラッ
クや断線が生ずることもなく、信頼性が向上することに
なる。さらに、半導体基体の不純濃度を加えることによ
って１００Ｖ、　１５０Ｖさらにはそれ以上の耐圧を有
する素子を製造することも可能となる。

第２図は、本発明の方法によって製造したショットキバ
リア形ダイオードの逆方向電圧特性を示し、第３図は第
４図に示す従来の方法で造ったショットキバリア形ダイ
オードの逆方向電圧特性を示すものである。これらの特
性曲線を比較すると明かなように、本発明の方がハード
なアバランシェブレークダウンとなっている。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。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜おは本発明の方法によってショットキバ
リア形ダイオードを製造する順次の工程における構造を
示す断面図、 第２図および第３図は本発明の方法で造ったショットキ
バリア形ダイオードと従来のショットキバリア形ダイオ
ードの逆電圧特性を示すグラフ、第４図は従来の代表的
ショットキバリア形ダイオードの構造を示す断面図、 第５図（ａ）〜（ｄ）はガードリングを有するショット
キバリア形ダイオードを製造する従来の方法を説明する
ための断面図である。 ２１・・・ｎ゛型半導体基板 ２２・・・ｎ型エピクキシャル層 ２３・・・厚い酸化膜　　　２３ａ・・・開口部２４・
・・薄い酸化膜 ２５・・・耐酸化性絶縁材料より成るサイドウオール２
６・・・酸化膜　　　　　２７・・・溝２８・・・ｐ゛
型半導体層より成るガードリング２９・・・バリアメタ
ル膜 ３０、３１・・・金属電極膜 第１図 一ノ　　　　　　　　　　　　　　　　　　゛・ノーン
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　＼ノ１２
図　　　　第３図 −第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一導電型の半導体基体の表面に開口部を有する第１
   の酸化膜を形成する工程と、 この第１酸化膜の開口部の壁に、耐酸化性絶縁膜より成
   るサイドウォールを形成する工程と、 前記半導体基体の表面の前記第１酸化膜の開口部によっ
   て囲まれる内部に第１酸化膜よりも薄い第２の酸化膜を
   形成する工程と、 前記耐酸化性絶縁膜より成るサイドウォールを選択的に
   除去して溝を形成する工程と、この溝を介して前記半導
   体基体の表面に逆導電型の半導体層より成るガードリン
   グを形成する工程と、 前記第１および第２の酸化膜を、第２の酸化膜が除去さ
   れるまでエッチングして前記開口部によって囲まれる半
   導体基体の表面を露出させる工程と、 この露出された半導体基体表面および第１酸化膜の表面
   に高融点金属より成るバリア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ア形半導体装
   置の製造方法。