JPWO2014080820A1 - ショットキーバリアダイオードおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
本ショットキーバリアダイオードは、第1の主面側から第2の主面側への一方向に順に配置されている、第1の電極(72)と、III族窒化物膜(20)と、開口部を有する絶縁膜(30)と、ショットキーコンタクト金属膜(40)と、接合金属膜(60)と、導電性支持基板(50)と、第2の電極(75)と、を含む。ここで、ショットキーコンタクト金属膜(40)の一部は絶縁膜(30)の一部の上に乗り上げることができる。また、本ショットキーバリアダイオードは、ショットキーコンタクト金属膜(40)の凹部と接合金属膜(60)との間に配置されている埋め込み金属膜をさらに含むことができる。これにより、高耐圧で大電流を流すことができる低コストのショットキーバリアダイオードおよびその製造方法を提供する。
Description
本発明は、高耐圧で大電流を流すことができるショットキーバリアダイオードおよびその製造方法に関する。
III族窒化物膜を用いたショットキーバリアダイオード(以下、SBDともいう)は、高周波特性、耐圧特性、低スイッチング損失性などに優れることから、近年注目されている。たとえば、特開2006−156457号公報(特許文献1)は、シリコン基板上に成長させたIII族窒化物膜を用いたショットキーバリアダイオードを開示する。
特開2006−156457号公報(特許文献1)で開示されたSBD(ショットキーバリアダイオード)は、SBDに用いられているIII族窒化物膜が、III族窒化物と化学組成が異なるシリコン基板上で成長されたことから、膜の転位密度が1×108cm-2以上と高いため、高い耐圧を保持することが難しい。また、シリコン基板上に化学組成の異なるIII族窒化物膜を成長させるためには、シリコン基板上に結晶性の低いIII族窒化物バッファ膜を成長させ、そのIII族窒化物バッファ膜上にIII族窒化物膜を成長させる必要がある。ここで、III族窒化物バッファ膜は、高抵抗であるため、大電流を流せる縦型構造のSBDに用いることが困難である。
III族窒化物膜を成長させるための下地基板としてIII族窒化物基板を用いると、上記の問題を解決することができるが、III族窒化物基板が高価であるため、SBDの製造コストが高くなる。
本発明は、上記の問題を解決して、高耐圧で大電流を流すことができる低コストのショットキーバリアダイオードおよびその製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、ある局面に従えば、第1の主面側から第2の主面側への一方向に順に配置されている、第1の電極と、III族窒化物膜と、開口部を有する絶縁膜と、ショットキーコンタクト金属膜と、接合金属膜と、導電性支持基板と、第2の電極と、を含むショットキーバリアダイオードである。
本発明のかかる局面に従うショットキーバリアダイオードにおいて、ショットキーコンタクト金属膜の一部が絶縁膜の一部の上に乗り上げることができる。
本発明のかかる局面に従うショットキーバリアダイオードにおいて、さらに、絶縁膜が開口部を有することにより存在するショットキーコンタクト金属膜の凹部と接合金属膜との間に配置されている埋め込み金属膜をさらに含むことができる。さらに、ショットキーコンタクト金属膜および埋め込み金属膜と接合金属膜との間に配置されている拡散防止金属膜をさらに含むことができる。
また、本発明のかかる局面に従うショットキーバリアダイオードにおいて、さらに、ショットキーコンタクト金属膜と接合金属膜との間に配置されている拡散防止金属膜をさらに含むことができる。さらに、絶縁膜が開口部を有することにより存在する拡散防止金属膜の凹部と接合金属膜との間に配置されている埋め込み金属膜をさらに含むことができる。
本発明のかかる局面に従うショットキーバリアバイオードにおいて、さらに、第1の電極はIII族窒化物膜の主面の一部上に位置することができる。
本発明は、別の局面に従えば、下地支持基板と下地支持基板の一主面側に接合された下地III族窒化物膜とを含む下地複合基板の下地III族窒化物膜上にIII族窒化物膜を形成する工程と、III族窒化物膜上に開口部を有する絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜の開口部におけるIII族窒化物膜上および絶縁膜上にショットキーコンタクト金属膜を形成する工程と、ショットキーコンタクト金属膜上に接合金属膜を介在させて導電性支持基板を接合することにより接合基板を得る工程と、接合基板から下地複合基板を除去する工程と、III族窒化物膜上に第1の電極を形成し、導電性支持基板上に第2の電極を形成する工程と、を含むショットキーバリアダイオードの製造方法である。
本発明のかかる局面に従うショットキーバリアダイオードの製造方法においては、ショットキーコンタクト金属膜を形成する工程において、ショットキーコンタクト金属膜の一部が絶縁膜の一部の上に乗り上げるようにショットキーコンタクト金属膜を形成することができる。
本発明のかかる局面に従うショットキーバリアダイオードの製造方法において、さらに、ショットキーコンタクト金属膜を形成する工程の後、接合基板を得る工程の前に、ショットキーコンタクト金属膜の凹部上に埋め込み金属膜を形成する工程をさらに含み、接合基板を得る工程は、ショットキーコンタクト金属膜上および埋め込み金属膜上に、接合金属膜を介在させて、導電性支持基板を接合することにより行なうことができる。さらに、埋め込み金属膜を形成する工程の後、接合基板を得る工程の前に、ショットキーコンタクト金属膜上および埋め込み金属膜上に拡散防止金属膜を形成する工程をさらに含み、接合基板を得る工程は拡散防止金属膜上に接合金属膜を介在させて導電性支持基板を接合することにより行なうことができる。
また、本発明のかかる局面に従うショットキーバリアダイオードの製造方法において、さらに、ショットキーコンタクト金属膜を形成する工程の後、接合基板を得る工程の前に、ショットキーコンタクト金属膜上に拡散防止金属膜を形成する工程をさらに含み、接合基板を得る工程は拡散防止金属膜上に接合金属膜を介在させて導電性支持基板を接合することにより行なうことができる。さらに、拡散防止金属膜を形成する工程の後、接合基板を得る工程の前に、拡散防止金属膜の凹部上に、埋め込み金属膜を形成する工程をさらに含み、接合基板を得る工程は拡散防止金属膜上および埋め込み金属膜上に接合金属膜を介在させて導電性支持基板を接合することにより行なうことができる。
本発明のかかる局面に従うショットキーバリアバイオードの製造方法において、さらに、第1の電極を、III族窒化物膜の主面の一部上に形成することができる。
本発明によれば、高耐圧で大電流を流すことができる低コストのショットキーバリアダイオードおよびその製造方法を提供できる。
[ショットキーバリアダイオード]
図1〜図5を参照して、本発明の一実施形態であるSBD(ショットキーバリアダイオード)は、第1の主面側から第2の主面側への一方向に順に配置されている、第1の電極72と、III族窒化物膜20と、開口部を有する絶縁膜30と、ショットキーコンタクト金属膜40と、接合金属膜60と、導電性支持基板50と、第2の電極75と、を含む。
図1〜図5を参照して、本発明の一実施形態であるSBD(ショットキーバリアダイオード)は、第1の主面側から第2の主面側への一方向に順に配置されている、第1の電極72と、III族窒化物膜20と、開口部を有する絶縁膜30と、ショットキーコンタクト金属膜40と、接合金属膜60と、導電性支持基板50と、第2の電極75と、を含む。
本実施形態のSBDは、第1の電極72、III族窒化物膜20、開口部を有する絶縁膜30、ショットキーコンタクト金属膜40、接合金属膜60、導電性支持基板50、および第2の電極75がこの順に配置されているため、高耐圧で大電流を流すことができる。
図1〜図5に加えて図6〜図8も参照して、本実施形態のSBDは、ショットキーコンタクト金属膜40の一部が絶縁膜30の一部の上に乗り上げていることが好ましい。このとき、ショットキーコンタクト金属膜40は、絶縁膜30の開口部におけるIII族窒化物膜20上に接して位置するショットキーコンタクト部分40aと絶縁膜30の一部である開口部の周囲近傍上に接して位置する絶縁コンタクト部分40bとを有する。これにより、ショットキーコンタクト金属膜40のショットキーコンタクト部分40aの端部への電界集中が緩和されるとともに、ショットキーコンタクト金属膜40と絶縁膜30との間に隙間が生じることがないため、高耐圧のSBDが得られる。ショットキーコンタクト金属膜40の一部が絶縁膜の一部の上に乗り上げていない場合は、ショットキーコンタクト金属膜40の端部に電界集中が生じるとともに、ショットキーコンタクト金属膜40と絶縁膜30との間に隙間が生じて、かかる隙間は接着性が高い仕事関数の小さい金属材料(たとえばSn合金)で埋め込まれ、かかる金属材料とIII族窒化物膜との接触部分がオーミックコンタクトに近くなることから、SBDの耐圧向上が阻害される。
本実施形態のSBDにおいて、ショットキーコンタクト金属膜40の一部が絶縁膜30の一部の上に乗り上げている部分の幅W(すなわち、ショットキーコンタクト金属膜40の絶縁コンタクト部分40bの幅W)は、ショットキーコンタクト金属膜40の一部が絶縁膜30の一部の上に乗り上げている部分と絶縁膜30の一部の間の密着性を確保し、かつ、電流に寄与しない不必要な面積を占有しない観点から、1μm以上100μm以下が好ましく、5μm以上30μm以下がより好ましい。
図6〜図8を参照して、本実施形態のSBDにおいて、絶縁膜30の開口部の平面形状およびショットキーコンタクト金属膜40の主面の形状は、特に制限はないが、ショットキーコンタクト金属膜40のショットキーコンタクト部分40aの端部への電界集中が緩和されるとともに、作動主面の面積を大きくする観点から、頂点部分が弧状の多角形、円、および楕円の少なくともいずれかが好ましく、たとえば、頂点部が弧状の正方形(図6)、頂点部が弧状の長方形(図7)、円(図8)などであることが好ましい。また、絶縁膜30の開口部の平面の大きさは、絶縁膜30の開口部を安定して作製でき、かつ、ショットキーコンタクト金属膜40の絶縁コンタクト部分40bとチップ化する際の加工しろを確保する観点から、対向する辺間の距離または径のうち、最短距離または最短径で50μm以上が好ましく200μm以上がより好ましく、最長距離または最長径で(チップ幅−60)μm以下が好ましく(チップ幅−100)μm以下がより好ましい。たとえば、チップサイズがチップ幅1500μm×チップ幅1500μmの正方形状の場合、最長距離は1440μm以下が好ましく、1400μm以下がより好ましい。以下に、具体的な実施形態を説明する。
(実施形態1)
図1を参照して、本発明の実施形態1であるSBDは、第1の主面側から第2の主面側への一方向に順に配置されている、第1の電極72と、III族窒化物膜20と、開口部を有する絶縁膜30と、ショットキーコンタクト金属膜40と、接合金属膜60と、導電性支持基板50と、第2の電極75と、を含む。また、ショットキーコンタクト金属膜40の一部が絶縁膜30の一部の上に乗り上げている。上述のように、実施形態1のSBDは、高耐圧で大電流を流すことができる。
図1を参照して、本発明の実施形態1であるSBDは、第1の主面側から第2の主面側への一方向に順に配置されている、第1の電極72と、III族窒化物膜20と、開口部を有する絶縁膜30と、ショットキーコンタクト金属膜40と、接合金属膜60と、導電性支持基板50と、第2の電極75と、を含む。また、ショットキーコンタクト金属膜40の一部が絶縁膜30の一部の上に乗り上げている。上述のように、実施形態1のSBDは、高耐圧で大電流を流すことができる。
第1の電極72は、特に制限はないが、III族窒化物膜20および外部電極(図示せず)との良好な電気的接続を得る観点から、III族窒化物膜20側からAl層およびAu層を含む電極構造とすることが好ましい。ここではIII族窒化物膜20、第1の電極72および外部電極間の密着性を考え、III族窒化物膜20からTi層、Al層、Ti層、およびAu層の4層構造とした。また、第2の電極75は、特に制限はないが、導電性支持基板50および外部電極(図示せず)との良好な電気的接続を得る観点から、導電性支持基板50側からTi層、Pt層およびAu層の3層構造とした。
III族窒化物膜20は、特に制限はないが、耐圧を高くする観点から転位密度が1×106cm-2以下のものが好ましく、このような低い転位密度のIII族窒化物膜20は、たとえば、後述する実施形態6に示すように、下地支持基板と下地支持基板の一主面側に接合された下地III族窒化物膜とを含む下地複合基板の下地III族窒化物膜上に成長させることにより得られる。また、III族窒化物膜20は、ショットキーコンタクト金属膜40との間にショットキー接合を形成し、同時に第1の電極72との間にオーミック接合を形成する目的から、III族窒化物膜20の第1の電極72側にドナー濃度が相対的に高いn+−III族窒化物層21を形成し、反対側にドナー濃度が相対的に低いn−III族窒化物層22を形成することが好ましい。
開口部を有する絶縁膜30は、特に制限はないが、非開口部である絶縁膜30の絶縁性を高める観点から、SiO2膜、Si3N4膜などが好ましい。
ショットキーコンタクト金属膜40は、III族窒化物膜20とショットキーコンタクトを形成する金属膜であれば、特に制限はないが、金属膜を形成する金属の仕事関数とIII族窒化物膜を形成するIII族窒化物のフェルミレベルとの間の差を適正にする観点から、Ni/Au膜、Ti/Au膜、Pt/Au膜などが好ましい。
接合金属膜60は、特に制限はないが、ショットキーコンタクト金属膜40ならびに後述する埋め込み金属膜および拡散防止金属膜との接合性を高める観点から、Au−Sn合金層を含むことが好ましい。また、接合金属膜60は、Au−Sn合金層からの導電性支持基板50へのSnの拡散を防止する観点から、接合金属膜60のAu−Sn合金層と導電性支持基板50との間に導電性支持基板50側から順に配置されたNi層、Pt層およびAu層の3層を有することが好ましい。
導電性支持基板50は、特に制限はないが、高い導電性を有する観点から、シリコン(Si)基板、ゲルマニウム(Ge)基板、炭化ケイ素(SiC)基板などが好ましく、さらには高い熱伝導性も併せ持つ銅(Cu)基板、モリブデン(Mo)基板、タングステン(W)基板、銅−タングステン(Cu−W)合金基板などが好ましい。
実施形態1のSBDにおいて、ショットキーコンタクト金属膜40は、III族窒化物膜20上に配置されている開口部を有する絶縁膜30上に配置され、また、ショットキーコンタクト金属膜40の一部が絶縁膜30の一部の上に乗り上げていることから、ショットキーコンタクト金属膜40のうち絶縁膜30の開口部におけるIII族窒化物膜20上に接して位置するショットキーコンタクト部分40aは絶縁膜30上に接して位置する絶縁コンタクト部分40bに比べて凹んでいる。しかし、かかるショットキーコンタクト金属膜40の凹部は、接合金属膜60により埋められる。特に、絶縁膜30の開口部が小さい場合は、ショットキーコンタクト金属膜40の凹部は、接合金属膜60により完全に埋められる。
(実施形態2)
図2を参照して、本発明の実施形態2であるSBDは、第1の主面側から第2の主面側への一方向に順に配置されている、第1の電極72と、III族窒化物膜20と、開口部を有する絶縁膜30と、ショットキーコンタクト金属膜40と、埋め込み金属膜80と、接合金属膜60と、導電性支持基板50と、第2の電極75と、を含む。また、ショットキーコンタクト金属膜40の一部が絶縁膜30の一部の上に乗り上げている。すなわち、実施形態2のSBDは、実施形態1のSBDにおいて、絶縁膜30が開口部を有することにより存在するショットキーコンタクト金属膜40の凹部と接合金属膜60との間に配置されている埋め込み金属膜80をさらに含む。
図2を参照して、本発明の実施形態2であるSBDは、第1の主面側から第2の主面側への一方向に順に配置されている、第1の電極72と、III族窒化物膜20と、開口部を有する絶縁膜30と、ショットキーコンタクト金属膜40と、埋め込み金属膜80と、接合金属膜60と、導電性支持基板50と、第2の電極75と、を含む。また、ショットキーコンタクト金属膜40の一部が絶縁膜30の一部の上に乗り上げている。すなわち、実施形態2のSBDは、実施形態1のSBDにおいて、絶縁膜30が開口部を有することにより存在するショットキーコンタクト金属膜40の凹部と接合金属膜60との間に配置されている埋め込み金属膜80をさらに含む。
実施形態2のSBDは、実施形態1のSBDと同様に高耐圧で大電流を流すことができる。ここで、実施形態2のSBDにおける第1の電極72、III族窒化物膜20、開口部を有する絶縁膜30、ショットキーコンタクト金属膜40、接合金属膜60、導電性支持基板50、および第2の電極75は、実施形態1のSBDにおける第1の電極72、III族窒化物膜20、開口部を有する絶縁膜30、ショットキーコンタクト金属膜40、接合金属膜60、導電性支持基板50、および第2の電極75とそれぞれ同様である。
実施形態2のSBDにおいて、ショットキーコンタクト金属膜40は、III族窒化物膜20上に配置されている開口部を有する絶縁膜30上に配置され、また、ショットキーコンタクト金属膜40の一部が絶縁膜30の一部の上に乗り上げていることから、ショットキーコンタクト金属膜40のうち絶縁膜30の開口部におけるIII族窒化物膜20上に接して位置するショットキーコンタクト部分40aは絶縁膜30上に接して位置する絶縁コンタクト部分40bに比べて凹んでいるため、絶縁膜30の開口部が大きい場合はショットキーコンタクト金属膜40の凹部と接合金属膜60との間に空隙が発生する可能性がある。ショットキーコンタクト金属膜40の凹部と接合金属膜60との間に埋め込み金属膜80を配置し、埋め込み金属膜80でショットキーコンタクト金属膜40の凹部と接合金属膜60との間を完全に埋め込むことにより、それらの間に空隙が発生することを防止できる。これにより、SBDのオン抵抗、耐圧、III族窒化物膜20の剥がれの有無などの外観歩留などを改善できる。
埋め込み金属膜80は、特に制限はないが、ショットキーコンタクト金属膜40と近い仕事関数を持つ観点から、ショットキーコンタクト金属膜40側からNi層およびAu層の2層構造を有することが好ましい。
(実施形態3)
図3を参照して、本発明の実施形態3であるSBDは、第1の主面側から第2の主面側への一方向に順に配置されている、第1の電極72と、III族窒化物膜20と、開口部を有する絶縁膜30と、ショットキーコンタクト金属膜40と、埋め込み金属膜80と、拡散防止金属膜90と、接合金属膜60と、導電性支持基板50と、第2の電極75と、を含む。また、ショットキーコンタクト金属膜40の一部が絶縁膜30の一部の上に乗り上げている。すなわち、実施形態3のSBDは、実施形態2のSBDにおいて、ショットキーコンタクト金属膜40および埋め込み金属膜80と接合金属膜60との間に配置されている拡散防止金属膜90をさらに含む。
図3を参照して、本発明の実施形態3であるSBDは、第1の主面側から第2の主面側への一方向に順に配置されている、第1の電極72と、III族窒化物膜20と、開口部を有する絶縁膜30と、ショットキーコンタクト金属膜40と、埋め込み金属膜80と、拡散防止金属膜90と、接合金属膜60と、導電性支持基板50と、第2の電極75と、を含む。また、ショットキーコンタクト金属膜40の一部が絶縁膜30の一部の上に乗り上げている。すなわち、実施形態3のSBDは、実施形態2のSBDにおいて、ショットキーコンタクト金属膜40および埋め込み金属膜80と接合金属膜60との間に配置されている拡散防止金属膜90をさらに含む。
実施形態3のSBDは、実施形態1のSBDと同様に高耐圧で大電流を流すことができるとともに、実施形態2のSBDと同様に埋め込み金属膜80でショットキーコンタクト金属膜40の凹部と接合金属膜60との間を完全に埋め込むことによりそれらの間に空隙が発生することを防止できるため、SBDのオン抵抗、耐圧、III族窒化物膜20の剥がれの有無などの外観歩留などを改善できる。
ここで、実施形態3のSBDにおける第1の電極72、III族窒化物膜20、開口部を有する絶縁膜30、ショットキーコンタクト金属膜40、接合金属膜60、導電性支持基板50、および第2の電極75は、実施形態1のSBDにおける第1の電極72、III族窒化物膜20、開口部を有する絶縁膜30、ショットキーコンタクト金属膜40、接合金属膜60、導電性支持基板50、および第2の電極75とそれぞれ同様である。実施形態3のSBDにおける埋め込み金属膜80は、実施形態2のSBDにおける埋め込み金属膜80と同様である。
実施形態3のSBDにおいて、拡散防止金属膜90がショットキーコンタクト金属膜40および埋め込み金属膜80と接合金属膜60との間に配置されていることから、接合金属膜60からのショットキーコンタクト金属膜40および埋め込み金属膜80への接合金属膜60中の金属原子の拡散を防止できるため、SBDの順方向閾値電圧、オン抵抗、耐圧などが改善する。
拡散防止金属膜90は、特に制限はなく、接合金属膜60中にAu−Sn合金層を含む場合は、Au−Sn合金層からのSnの拡散を防止するために、ショットキーコンタクト金属膜40および埋め込み金属膜80側から順に配置されたNi層、Pt層およびAu層の3層を有することが好ましい。
(実施形態4)
図4を参照して、本発明の実施形態4であるSBDは、第1の主面側から第2の主面側への一方向に順に配置されている、第1の電極72と、III族窒化物膜20と、開口部を有する絶縁膜30と、ショットキーコンタクト金属膜40と、拡散防止金属膜90と、接合金属膜60と、導電性支持基板50と、第2の電極75と、を含む。また、ショットキーコンタクト金属膜40の一部が絶縁膜30の一部の上に乗り上げている。すなわち、実施形態4のSBDは、実施形態1のSBDにおいて、ショットキーコンタクト金属膜40と接合金属膜60との間に配置されている拡散防止金属膜90をさらに含む。
図4を参照して、本発明の実施形態4であるSBDは、第1の主面側から第2の主面側への一方向に順に配置されている、第1の電極72と、III族窒化物膜20と、開口部を有する絶縁膜30と、ショットキーコンタクト金属膜40と、拡散防止金属膜90と、接合金属膜60と、導電性支持基板50と、第2の電極75と、を含む。また、ショットキーコンタクト金属膜40の一部が絶縁膜30の一部の上に乗り上げている。すなわち、実施形態4のSBDは、実施形態1のSBDにおいて、ショットキーコンタクト金属膜40と接合金属膜60との間に配置されている拡散防止金属膜90をさらに含む。
実施形態4のSBDは、実施形態1のSBDと同様に高耐圧で大電流を流すことができる。ここで、実施形態4のSBDにおける第1の電極72、III族窒化物膜20、開口部を有する絶縁膜30、ショットキーコンタクト金属膜40、接合金属膜60、導電性支持基板50、および第2の電極75は、実施形態1のSBDにおける第1の電極72、III族窒化物膜20、開口部を有する絶縁膜30、ショットキーコンタクト金属膜40、接合金属膜60、導電性支持基板50、および第2の電極75とそれぞれ同様である。
実施形態4のSBDにおいて、拡散防止金属膜90がショットキーコンタクト金属膜40と接合金属膜60との間に配置されていることから、接合金属膜60からのショットキーコンタクト金属膜40への接合金属膜60中の金属原子の拡散を防止できるため、SBDの順方向閾値電圧、オン抵抗、耐圧などが改善する。
ここで、実施形態4のSBDにおける拡散防止金属膜90は、実施形態3のSBDにおける拡散防止金属膜90と同様である。
実施形態4のSBDにおいて、III族窒化物膜20上に開口部を有する絶縁膜30が配置され、開口部を有する絶縁膜30上にショットキーコンタクト金属膜40が配置され、ショットキーコンタクト金属膜40上に拡散防止金属膜90が配置されている。また、ショットキーコンタクト金属膜40の一部が絶縁膜30の一部の上に乗り上げている。このため、ショットキーコンタクト金属膜40のうち絶縁膜30の開口部におけるIII族窒化物膜20上に接して位置するショットキーコンタクト部分40aは絶縁膜30上に接して位置する絶縁コンタクト部分40bに比べて凹んでおり、拡散防止金属膜90のうちショットキーコンタクト金属膜40の凹部上に形成された部分はその凹部以外の部分上に形成された部分に比べて凹んでいる。しかし、かかる拡散防止金属膜90の凹部は、接合金属膜60により埋められる。特に、絶縁膜30の開口部が小さい場合は、拡散防止金属膜90の凹部は、接合金属膜60により完全に埋められる。
(実施形態5)
図5を参照して、本発明の実施形態5であるSBDは、第1の主面側から第2の主面側への一方向に順に配置されている、第1の電極72と、III族窒化物膜20と、開口部を有する絶縁膜30と、ショットキーコンタクト金属膜40と、拡散防止金属膜90と、埋め込み金属膜80と、接合金属膜60と、導電性支持基板50と、第2の電極75と、を含む。また、ショットキーコンタクト金属膜40の一部が絶縁膜30の一部の上に乗り上げている。すなわち、実施形態5のSBDは、実施形態4のSBDにおいて、絶縁膜30が開口部を有することにより存在する拡散防止金属膜90の凹部と接合金属膜60との間に配置されている埋め込み金属膜80をさらに含む。
図5を参照して、本発明の実施形態5であるSBDは、第1の主面側から第2の主面側への一方向に順に配置されている、第1の電極72と、III族窒化物膜20と、開口部を有する絶縁膜30と、ショットキーコンタクト金属膜40と、拡散防止金属膜90と、埋め込み金属膜80と、接合金属膜60と、導電性支持基板50と、第2の電極75と、を含む。また、ショットキーコンタクト金属膜40の一部が絶縁膜30の一部の上に乗り上げている。すなわち、実施形態5のSBDは、実施形態4のSBDにおいて、絶縁膜30が開口部を有することにより存在する拡散防止金属膜90の凹部と接合金属膜60との間に配置されている埋め込み金属膜80をさらに含む。
実施形態5のSBDは、実施形態4のSBDと同様に高耐圧で大電流を流すことができるとともに、接合金属膜60からのショットキーコンタクト金属膜40への接合金属膜60中の金属原子の拡散を防止できるため、SBDの順方向閾値電圧、オン抵抗、耐圧などが改善する。
ここで、実施形態5のSBDにおける第1の電極72、III族窒化物膜20、開口部を有する絶縁膜30、ショットキーコンタクト金属膜40、接合金属膜60、導電性支持基板50、および第2の電極75は、実施形態1のSBDにおける第1の電極72、III族窒化物膜20、開口部を有する絶縁膜30、ショットキーコンタクト金属膜40、接合金属膜60、導電性支持基板50、および第2の電極75とそれぞれ同様である。また、実施形態5のSBDにおける拡散防止金属膜90は、実施形態4のSBDにおける拡散防止金属膜90と同様である。
実施形態5のSBDにおいて、III族窒化物膜20上に開口部を有する絶縁膜30が配置され、開口部を有する絶縁膜30上にショットキーコンタクト金属膜40が配置され、ショットキーコンタクト金属膜40上に拡散防止金属膜90が配置され、また、ショットキーコンタクト金属膜40の一部が絶縁膜30の一部の上に乗り上げている。このため、ショットキーコンタクト金属膜40のうち絶縁膜30の開口部におけるIII族窒化物膜20上に接して位置するショットキーコンタクト部分40aは絶縁膜30上に接して位置する絶縁コンタクト部分40bに比べて凹んでおり、拡散防止金属膜90のうちショットキーコンタクト金属膜40の凹部上に形成された部分はその凹部以外の部分上に形成された部分に比べて凹んでいる。このため、絶縁膜30の開口部が大きい場合は拡散防止金属膜90の凹部と接合金属膜60との間に空隙が発生する可能性がある。このため、拡散防止金属膜90の凹部と接合金属膜60との間に埋め込み金属膜80を配置することにより、埋め込み金属膜80で拡散防止金属膜90の凹部と接合金属膜60との間を完全に埋め込むことにより、それらの間に空隙が発生することを防止できるため、SBDのオン抵抗、耐圧、III族窒化物膜20の剥がれの有無などの外観歩留などを改善できる。
ここで、実施形態5のSBDにおける埋め込み金属膜80は、実施形態2のSBDにおける埋め込み金属膜80と同様である。
図1〜図8を参照して、上記の実施形態1〜実施形態5のSBDにおいて、チップ化の際のアライメントを容易にする観点から、第1の電極72がIII族窒化物膜20の主面の一部上に位置するように、第1の電極72がパターニングされていることが好ましい。第1の電極72がIII族窒化物膜20の全面に形成されると、ショットキーコンタクト金属膜40の配置が見えなくなり、チップ化の際のアライメントが難しくなる。
[ショットキーバリアダイオードの製造方法]
図9〜図13を参照して、本発明の別の実施形態であるSBD(ショットキーバリアダイオード)の製造方法は、下地支持基板11と下地支持基板11の一主面側に接合された下地III族窒化物膜13とを含む下地複合基板10の下地III族窒化物膜13上に、III族窒化物膜20を形成する工程(図9〜図13の(A))と、III族窒化物膜20上に、開口部を有する絶縁膜30を形成する工程(図9〜図13の(B))と、絶縁膜30の開口部におけるIII族窒化物膜20上および絶縁膜30上に、ショットキーコンタクト金属膜40を形成する工程(図9〜図13の(C))と、ショットキーコンタクト金属膜40上に、接合金属膜60を介在させて、導電性支持基板50を接合することにより接合基板100を得る工程(図9(D)、図10(E)、図11(F)、図12(E)、および図13(F))と、接合基板100から下地複合基板10を除去する工程(図9(E)、図10(F)、図11(G)、図12(F)、および図13(G))と、III族窒化物膜20上に第1の電極72を形成し、導電性支持基板50上に第2の電極75を形成する工程(図9(F)、図10(G)、図11(H)、図12(G)、および図13(H))と、を含む。
図9〜図13を参照して、本発明の別の実施形態であるSBD(ショットキーバリアダイオード)の製造方法は、下地支持基板11と下地支持基板11の一主面側に接合された下地III族窒化物膜13とを含む下地複合基板10の下地III族窒化物膜13上に、III族窒化物膜20を形成する工程(図9〜図13の(A))と、III族窒化物膜20上に、開口部を有する絶縁膜30を形成する工程(図9〜図13の(B))と、絶縁膜30の開口部におけるIII族窒化物膜20上および絶縁膜30上に、ショットキーコンタクト金属膜40を形成する工程(図9〜図13の(C))と、ショットキーコンタクト金属膜40上に、接合金属膜60を介在させて、導電性支持基板50を接合することにより接合基板100を得る工程(図9(D)、図10(E)、図11(F)、図12(E)、および図13(F))と、接合基板100から下地複合基板10を除去する工程(図9(E)、図10(F)、図11(G)、図12(F)、および図13(G))と、III族窒化物膜20上に第1の電極72を形成し、導電性支持基板50上に第2の電極75を形成する工程(図9(F)、図10(G)、図11(H)、図12(G)、および図13(H))と、を含む。
本実施形態のSBDの製造方法は、上記の工程を含むことにより、高耐圧で大電流を流すことができるショットキーバリアダイオードを低コストで製造することができる。
図9〜図13に加えて図6〜図8も参照して、本実施形態のSBDの製造方法においては、ショットキーコンタクト金属膜を形成する工程において、ショットキーコンタクト金属膜40の一部が絶縁膜30の一部の上に乗り上げるようにショットキーコンタクト金属膜40を形成することが好ましい。このとき、ショットキーコンタクト金属膜40は、絶縁膜30の開口部におけるIII族窒化物膜20上に接して位置するショットキーコンタクト部分40aと絶縁膜30の一部である開口部の周囲近傍上に接して位置する絶縁コンタクト部分40bとを有する。これにより、ショットキーコンタクト金属膜40のショットキーコンタクト部分40aの端部への電界集中が緩和されるとともに、ショットキーコンタクト金属膜40と絶縁膜30との間に隙間が生じることがないため、高耐圧のSBDが得られる。ショットキーコンタクト金属膜40の一部が絶縁膜の一部の上に乗り上げていない場合は、ショットキーコンタクト金属膜40の端部に電界集中が生じるとともに、ショットキーコンタクト金属膜40と絶縁膜30との間に隙間が生じて、かかる隙間は接着性が高い仕事関数の小さい金属材料(たとえばSn合金)で埋め込まれ、かかる金属材料とIII族窒化物膜との接触部分がオーミックコンタクトに近くなることから、SBDの耐圧向上が阻害される。以下に、具体的な実施形態を説明する。
(実施形態6)
図9を参照して、本発明の実施形態6であるSBDの製造方法は、実施形態1のSBDを製造する方法であって、下地支持基板11と下地支持基板11の一主面側に接合された下地III族窒化物膜13とを含む下地複合基板10の下地III族窒化物膜13上に、III族窒化物膜20を形成する工程(図9(A))と、III族窒化物膜20上に、開口部を有する絶縁膜30を形成する工程(図9(B))と、絶縁膜30の開口部におけるIII族窒化物膜20上および絶縁膜30上に、ショットキーコンタクト金属膜40を形成する工程(図9(C))と、ショットキーコンタクト金属膜40上に、接合金属膜60を介在させて、導電性支持基板50を接合することにより接合基板100を得る工程(図9(D))と、接合基板100から下地複合基板10を除去する工程(図9(E))と、III族窒化物膜20上に第1の電極72を形成し、導電性支持基板50上に第2の電極75を形成する工程(図9(F))と、を含む。ここで、ショットキーコンタクト金属膜40を形成する工程(図9(C))において、ショットキーコンタクト金属膜40の一部が絶縁膜30の一部の上に乗り上げるようにショットキーコンタクト金属膜40を形成する。
図9を参照して、本発明の実施形態6であるSBDの製造方法は、実施形態1のSBDを製造する方法であって、下地支持基板11と下地支持基板11の一主面側に接合された下地III族窒化物膜13とを含む下地複合基板10の下地III族窒化物膜13上に、III族窒化物膜20を形成する工程(図9(A))と、III族窒化物膜20上に、開口部を有する絶縁膜30を形成する工程(図9(B))と、絶縁膜30の開口部におけるIII族窒化物膜20上および絶縁膜30上に、ショットキーコンタクト金属膜40を形成する工程(図9(C))と、ショットキーコンタクト金属膜40上に、接合金属膜60を介在させて、導電性支持基板50を接合することにより接合基板100を得る工程(図9(D))と、接合基板100から下地複合基板10を除去する工程(図9(E))と、III族窒化物膜20上に第1の電極72を形成し、導電性支持基板50上に第2の電極75を形成する工程(図9(F))と、を含む。ここで、ショットキーコンタクト金属膜40を形成する工程(図9(C))において、ショットキーコンタクト金属膜40の一部が絶縁膜30の一部の上に乗り上げるようにショットキーコンタクト金属膜40を形成する。
実施形態6のSBDの製造方法は、上記の工程を含むことにより、高耐圧で大電流を流すことができるショットキーバリアダイオードを低コストで製造することができる。
図9(A)を参照して、下地複合基板10の下地III族窒化物膜13上に、III族窒化物膜20を形成する工程において用いられる下地複合基板10は、低コストで製造できる下地支持基板11の一主面側に下地III族窒化物膜13が接合されたものであるため、低コストな下地複合基板10であり、その下地III族窒化物膜13上に転位密度が低く結晶性の高いIII族窒化物膜を成長させることができる。
ここで、図14を参照して、下地複合基板10を準備する工程は、特に制限はないが、下地支持基板11の一主面11m側に転位密度が低く結晶性が高い下地III族窒化物膜13を効率よく接合させる観点から、下地支持基板11の主面11m上に下地接合膜12aを形成するサブ工程(図14(A))と、下地III族窒化物膜母材基板13Dの主面13n上に下地接合膜12bを形成し、下地III族窒化物膜母材基板13Dの主面13nから所定の深さの位置にイオン注入領域13iを形成するサブ工程(図14(B))と、下地支持基板11に形成された下地接合膜12aと下地III族窒化物膜母材基板13Dに形成された下地接合膜12bとを貼り合わせるサブ工程(図14(C))と、下地III族窒化物膜母材基板13Dをイオン注入領域13iにおいて下地III族窒化物膜13と残りの下地III族窒化物膜母材基板13Eとに分離することにより、下地支持基板11の一主面11m上に下地接合膜12を介在させて下地III族窒化物膜13が接合された下地複合基板10を形成するサブ工程(図14(D))と、を含むことが好ましい。
下地複合基板10の下地支持基板11は、特に制限はないが、下地複合基板10の下地III族窒化物膜13上に転位密度が低く結晶性の高いIII族窒化物膜20を割れを発生させることなく成長させる観点から、下地支持基板11の熱膨張係数は、下地III族窒化物膜13の熱膨張係数およびIII族窒化物膜20の熱膨張係数と同じかまたは熱膨張係数の差の絶対値が2×10-6K-1以下であることが好ましい。具体的には、下地支持基板は、モリブデン基板、ムライト(Al2O3−SiO2)基板、イットリア安定化ジルコニア−ムライト基板などが好ましい。
下地複合基板10の下地III族窒化物膜13上にIII族窒化物膜20を形成する方法は、特に制限はないが、転位密度が低く結晶性の高いIII族窒化物膜20をエピタキシャル成長させる観点から、HVPE(ハイドライド気相成長)法、MOCVD(有機金属化学気相堆積)法、MBE(分子線気相成長)法などが好ましい。
図9(B)を参照して、III族窒化物膜20上に開口部を有する絶縁膜30を形成する工程は、特に制限はないが、絶縁膜30を形成するサブ工程、絶縁膜30に開口部を形成するサブ工程を含むことが好ましい。絶縁膜30を形成する方法は、特に制限はなく、プラズマCVD(化学気相堆積)法、スパッタ法などが適用できる。絶縁膜30に開口部を形成する方法は、特に制限はなく、フォトリソグラフィー法で形成したレジストマスク(図示せず)を用いて絶縁膜30をエッチングする方法などが適用できる。
図9(C)を参照して、絶縁膜30の開口部におけるIII族窒化物膜20上および絶縁膜30上に、ショットキーコンタクト金属膜40を形成する工程において、ショットキーコンタクト金属膜40を形成する方法は、特に制限はなく、フォトリソグラフィー法でレジストマスク(図示せず)を形成し、その上からEB(電子線)蒸着法、抵抗加熱法、スパッタ法などにより複数層からなる金属膜を形成し、さらにリフトオフすることによりパターンニングした後、複数層からなる金属膜をアニールすることにより合金化する方法などが適用できる。
このようにして得られたショットキーコンタクト金属膜40は、絶縁膜30の開口部におけるIII族窒化物膜20上および絶縁膜30上に形成され、また、ショットキーコンタクト金属膜40の一部が絶縁膜30の一部の上に乗り上げるように形成されていることから、ショットキーコンタクト金属膜40のうち絶縁膜30の開口部におけるIII族窒化物膜20上に接して位置するショットキーコンタクト部分40aは絶縁膜30上に接して位置する絶縁コンタクト部分40bに比べて凹んでいる。
図9(D)を参照して、ショットキーコンタクト金属膜40上に、接合金属膜60を介在させて、導電性支持基板50を接合することにより接合基板100を得る工程は、特に制限はないが、効率よく接合基板100を得る観点から、導電性支持基板50上に、EB蒸着法、抵抗加熱法、スパッタ法などにより接合金属膜60を形成するサブ工程と、ウエハボンダーを用いてショットキーコンタクト金属膜40と接合金属膜60とを貼り合わせることにより接合するサブ工程と、を含むことが好ましい。このとき、ショットキーコンタクト金属膜40の凹部は、接合金属膜60により埋められる。特に、絶縁膜30の開口部が小さい場合は、ショットキーコンタクト金属膜40の凹部は、接合金属膜60により完全に埋められる。
図9(E)を参照して、接合基板100から下地複合基板10を除去する工程は、特に制限はなく、たとえば、下地複合基板10を構成する下地支持基板11、下地接合膜12および下地III族窒化物膜13を除去することにより行なう。下地支持基板11、下地接合膜12および下地III族窒化物膜13を除去する方法は、それらを構成する材料の種類によって異なる。たとえば、下地支持基板11の除去は、モリブデン基板の場合は硝酸などによるエッチングにより行ない、ムライト基板またはイットリア安定化ジルコニア−ムライト基板の場合はフッ化水素酸などによるエッチングにより行なう。下地接合膜12の除去は、SiO2膜またはSi3N4膜の場合はフッ化水素酸などによるエッチングにより行なう。下地III族窒化物膜13の除去は、塩素ガスをエッチングガスとして用いたICP(誘導結合型)−RIE(反応性イオンエッチング)などにより行なう。
図9(F)を参照して、III族窒化物膜20上に第1の電極72を形成し、導電性支持基板50上に第2の電極75を形成する工程において、第1の電極72を形成する方法は、特に制限はなく、たとえば、フォトリソグラフィー法で形成したレジストマスク(図示せず)を用いて、EB蒸着法、抵抗加熱法、スパッタ法などにより複数層からなる金属膜を形成した後アニールすることにより行なう。このようにして、第1の電極72がIII族窒化物膜20の主面の一部上に位置するようにパタニーングされて形成される。また、第2の電極75を形成する方法は、特に制限なく、たとえば、EB蒸着法、抵抗加熱法、スパッタ法などにより複数層からなる金属膜を形成した後アニールすることにより行なう。
さらに、上記の工程により得られた積膜基板をチップ化することにより、実施形態1のSBDが得られる。
(実施形態7)
図10を参照して、本発明の実施形態7であるSBDの製造方法は、実施形態2のSBDを製造する方法であって、下地支持基板11と下地支持基板11の一主面側に接合された下地III族窒化物膜13とを含む下地複合基板10の下地III族窒化物膜13上に、III族窒化物膜20を形成する工程(図10(A))と、III族窒化物膜20上に、開口部を有する絶縁膜30を形成する工程(図10(B))と、絶縁膜30の開口部におけるIII族窒化物膜20上および絶縁膜30上に、ショットキーコンタクト金属膜40を形成する工程(図10(C))と、ショットキーコンタクト金属膜40の凹部上に、埋め込み金属膜80を形成する工程(図10(D))と、ショットキーコンタクト金属膜40上および埋め込み金属膜80上に、接合金属膜60を介在させて、導電性支持基板50を接合することにより接合基板100を得る工程(図10(E))と、接合基板100から下地複合基板10を除去する工程(図10(F))と、III族窒化物膜20上に第1の電極72を形成し、導電性支持基板50上に第2の電極75を形成する工程(図10(G))と、を含む。ここで、ショットキーコンタクト金属膜40を形成する工程(図10(C))において、ショットキーコンタクト金属膜の一部が絶縁膜の一部の上に乗り上げるようにショットキーコンタクト金属膜40を形成する。
図10を参照して、本発明の実施形態7であるSBDの製造方法は、実施形態2のSBDを製造する方法であって、下地支持基板11と下地支持基板11の一主面側に接合された下地III族窒化物膜13とを含む下地複合基板10の下地III族窒化物膜13上に、III族窒化物膜20を形成する工程(図10(A))と、III族窒化物膜20上に、開口部を有する絶縁膜30を形成する工程(図10(B))と、絶縁膜30の開口部におけるIII族窒化物膜20上および絶縁膜30上に、ショットキーコンタクト金属膜40を形成する工程(図10(C))と、ショットキーコンタクト金属膜40の凹部上に、埋め込み金属膜80を形成する工程(図10(D))と、ショットキーコンタクト金属膜40上および埋め込み金属膜80上に、接合金属膜60を介在させて、導電性支持基板50を接合することにより接合基板100を得る工程(図10(E))と、接合基板100から下地複合基板10を除去する工程(図10(F))と、III族窒化物膜20上に第1の電極72を形成し、導電性支持基板50上に第2の電極75を形成する工程(図10(G))と、を含む。ここで、ショットキーコンタクト金属膜40を形成する工程(図10(C))において、ショットキーコンタクト金属膜の一部が絶縁膜の一部の上に乗り上げるようにショットキーコンタクト金属膜40を形成する。
すなわち、実施形態7のSBDの製造方法は、実施形態6のSBDの製造方法において、ショットキーコンタクト金属膜40を形成する工程の後、接合基板100を得る工程の前に、ショットキーコンタクト金属膜40の凹部上に、埋め込み金属膜80を形成する工程をさらに含み、接合基板100を得る工程は、ショットキーコンタクト金属膜40上および埋め込み金属膜80上に、接合金属膜60を介在させて、導電性支持基板50を接合することにより行なうものである。
実施形態7のSBDの製造方法は、上記の工程を含むことにより、実施形態6のSBDの製造方法と同様に、高耐圧で大電流を流すことができるショットキーバリアダイオードを低コストで製造することができる。
さらに、実施形態7のSBDの製造方法においては、III族窒化物膜20上に配置された開口部を有する絶縁膜30上に配置されたショットキーコンタクト金属膜40は、ショットキーコンタクト金属膜40のうち絶縁膜30の開口部におけるIII族窒化物膜20上に接して位置するショットキーコンタクト部分40aが絶縁膜30上に接して位置する絶縁コンタクト部分40bに比べて凹んでいるため、そのままショットキーコンタクト金属膜40と導電性支持基板50とを接合金属膜60を介在させて接合すると、絶縁膜30の開口部が大きい場合はショットキーコンタクト金属膜40の凹部と接合金属膜60との間に空隙が発生する可能性がある。このため、ショットキーコンタクト金属膜40の凹部と接合金属膜60との間に埋め込み金属膜80を配置する工程により、埋め込み金属膜80でショットキーコンタクト金属膜40の凹部と接合金属膜60との間を完全に埋め込むことにより、それらの間に空隙が発生することを防止できるため、SBDのオン抵抗、耐圧、III族窒化物膜20の剥がれの有無などの外観歩留などを改善できる。
実施形態7のSBDの製造方法における下地複合基板10の下地III族窒化物膜13上にIII族窒化物膜20を形成する工程(図10(A))、III族窒化物膜20上に開口部を有する絶縁膜30を形成する工程(図10(B))、および絶縁膜30の開口部におけるIII族窒化物膜20上および絶縁膜30上にショットキーコンタクト金属膜40を形成する工程(図10(C))は、それぞれ実施形態6のSBDの製造方法における下地複合基板10の下地III族窒化物膜13上にIII族窒化物膜20を形成する工程(図9(A))、III族窒化物膜20上に開口部を有する絶縁膜30を形成する工程(図9(B))、および絶縁膜30の開口部におけるIII族窒化物膜20上および絶縁膜30上にショットキーコンタクト金属膜40を形成する工程(図9(C))と同様である。
図10(D)を参照して、ショットキーコンタクト金属膜40の凹部上に、埋め込み金属膜80を形成する工程において、埋め込み金属膜80を形成する方法は、特に制限はなく、フォトリソグラフィー法でレジストマスク(図示せず)を形成し、その上からEB(電子線)蒸着法、抵抗加熱法、スパッタ法などにより複数層からなる金属膜を形成し、さらにリフトオフする方法などが適用できる。ショットキーコンタクト金属膜40の凹部上に埋め込み金属膜80を形成する工程により、ショットキーコンタクト金属膜40の凹部が低減または平坦化される。
図10(E)を参照して、ショットキーコンタクト金属膜40上および埋め込み金属膜80上に、接合金属膜60を介在させて、導電性支持基板50を接合することにより接合基板100を得る工程において、埋め込み金属膜80の形成によりショットキーコンタクト金属膜40の凹部が低減または平坦化されているため、接合金属膜60により空隙なく接合される。なお、接合金属膜60を介在させて導電性支持基板50を接合する工程は、実施形態6のSBDの製造方法における接合金属膜60を介在させて導電性支持基板50を接合する工程の場合と同様のサブ工程を含むことが好ましい。
実施形態7のSBDの製造方法における接合基板100から下地複合基板10を除去する工程(図10(F))、およびIII族窒化物膜20上に第1の電極72を形成し、導電性支持基板50上に第2の電極75を形成する工程(図10(G))は、それぞれ実施形態6のSBDの製造方法における接合基板100から下地複合基板10を除去する工程(図9(E))、およびIII族窒化物膜20上に第1の電極72を形成し、導電性支持基板50上に第2の電極75を形成する工程(図9(F))と同様である。
(実施形態8)
図11を参照して、本発明の実施形態8であるSBDの製造方法は、実施形態3のSBDを製造する方法であって、下地支持基板11と下地支持基板11の一主面側に接合された下地III族窒化物膜13とを含む下地複合基板10の下地III族窒化物膜13上に、III族窒化物膜20を形成する工程(図11(A))と、III族窒化物膜20上に、開口部を有する絶縁膜30を形成する工程(図11(B))と、絶縁膜30の開口部におけるIII族窒化物膜20上および絶縁膜30上に、ショットキーコンタクト金属膜40を形成する工程(図11(C))と、ショットキーコンタクト金属膜40の凹部上に、埋め込み金属膜80を形成する工程(図11(D))と、ショットキーコンタクト金属膜40上および埋め込み金属膜80上に、拡散防止金属膜90を形成する工程(図11(E))と、拡散防止金属膜90上に、接合金属膜60を介在させて、導電性支持基板50を接合することにより接合基板100を得る工程(図11(F))と、接合基板100から下地複合基板10を除去する工程(図11(G))と、III族窒化物膜20上に第1の電極72を形成し、導電性支持基板50上に第2の電極75を形成する工程(図11(H))と、を含む。ここで、ショットキーコンタクト金属膜40を形成する工程(図11(C))において、ショットキーコンタクト金属膜40の一部が絶縁膜30の一部の上に乗り上げるようにショットキーコンタクト金属膜40を形成する。
図11を参照して、本発明の実施形態8であるSBDの製造方法は、実施形態3のSBDを製造する方法であって、下地支持基板11と下地支持基板11の一主面側に接合された下地III族窒化物膜13とを含む下地複合基板10の下地III族窒化物膜13上に、III族窒化物膜20を形成する工程(図11(A))と、III族窒化物膜20上に、開口部を有する絶縁膜30を形成する工程(図11(B))と、絶縁膜30の開口部におけるIII族窒化物膜20上および絶縁膜30上に、ショットキーコンタクト金属膜40を形成する工程(図11(C))と、ショットキーコンタクト金属膜40の凹部上に、埋め込み金属膜80を形成する工程(図11(D))と、ショットキーコンタクト金属膜40上および埋め込み金属膜80上に、拡散防止金属膜90を形成する工程(図11(E))と、拡散防止金属膜90上に、接合金属膜60を介在させて、導電性支持基板50を接合することにより接合基板100を得る工程(図11(F))と、接合基板100から下地複合基板10を除去する工程(図11(G))と、III族窒化物膜20上に第1の電極72を形成し、導電性支持基板50上に第2の電極75を形成する工程(図11(H))と、を含む。ここで、ショットキーコンタクト金属膜40を形成する工程(図11(C))において、ショットキーコンタクト金属膜40の一部が絶縁膜30の一部の上に乗り上げるようにショットキーコンタクト金属膜40を形成する。
すなわち、実施形態8のSBDの製造方法は、実施形態7のSBDの製造方法において、埋め込み金属膜80を形成する工程の後、接合基板100を得る工程の前に、ショットキーコンタクト金属膜40上および埋め込み金属膜80上に、拡散防止金属膜90を形成する工程をさらに含み、接合基板100を得る工程は、拡散防止金属膜90上に、接合金属膜60を介在させて、導電性支持基板50を接合することにより行なうものである。
実施形態8のSBDの製造方法は、上記の工程を含むことにより、実施形態7のSBDの製造方法と同様に、高耐圧で大電流を流すことができるショットキーバリアダイオードを低コストで製造するとともに、埋め込み金属膜80でショットキーコンタクト金属膜40の凹部と接合金属膜60との間を完全に埋め込むことにより、それらの間に空隙が発生することを防止できるため、SBDのオン抵抗、耐圧、III族窒化物膜20の剥がれの有無などの外観歩留などを改善できる。
さらに、実施形態8のSBDの製造方法においては、ショットキーコンタクト金属膜40上および埋め込み金属膜80上に拡散防止金属膜90を形成する工程、および拡散防止金属膜90上に接合金属膜60を介在させて導電性支持基板50を接合することにより接合基板100を得る工程により、拡散防止金属膜90がショットキーコンタクト金属膜40および埋め込み金属膜80と接合金属膜60との間に形成されることから、接合金属膜60からのショットキーコンタクト金属膜40および埋め込み金属膜80への接合金属膜60中の金属原子の拡散を防止できるため、SBDの順方向閾値電圧、オン抵抗、耐圧などが改善する。
実施形態8のSBDの製造方法における下地複合基板10の下地III族窒化物膜13上にIII族窒化物膜20を形成する工程(図11(A))、III族窒化物膜20上に開口部を有する絶縁膜30を形成する工程(図11(B))、絶縁膜30の開口部におけるIII族窒化物膜20上および絶縁膜30上にショットキーコンタクト金属膜40を形成する工程(図11(C))、およびショットキーコンタクト金属膜40の凹部上に、埋め込み金属膜80を形成する工程(図11(D))は、それぞれ実施形態7のSBDの製造方法における下地複合基板10の下地III族窒化物膜13上にIII族窒化物膜20を形成する工程(図10(A))、III族窒化物膜20上に開口部を有する絶縁膜30を形成する工程(図10(B))、絶縁膜30の開口部におけるIII族窒化物膜20上および絶縁膜30上にショットキーコンタクト金属膜40を形成する工程(図10(C))、およびショットキーコンタクト金属膜40の凹部上に、埋め込み金属膜80を形成する工程(図10(D))と同様である。
図11(E)を参照して、ショットキーコンタクト金属膜40上および埋め込み金属膜80上に拡散防止金属膜90を形成する工程において、拡散防止金属膜90を形成する方法は、特に制限はなく、EB(電子線)蒸着法、抵抗加熱法、スパッタ法などにより複数層からなる金属膜を形成する方法などが適用できる。
図11(F)を参照して、拡散防止金属膜90上に、接合金属膜60を介在させて、導電性支持基板50を接合することにより接合基板100を得る工程において、接合金属膜60を介在させて導電性支持基板50を接合する方法は、実施形態6のSBDの製造方法における接合金属膜60を介在させて導電性支持基板50を接合する工程と同様である。
実施形態8のSBDの製造方法における接合基板100から下地複合基板10を除去する工程(図11(G))、およびIII族窒化物膜20上に第1の電極72を形成し、導電性支持基板50上に第2の電極75を形成する工程(図11(H))は、それぞれ実施形態6のSBDの製造方法における接合基板100から下地複合基板10を除去する工程(図9(E))、およびIII族窒化物膜20上に第1の電極72を形成し、導電性支持基板50上に第2の電極75を形成する工程(図9(F))と同様である。
(実施形態9)
図12を参照して、本発明の実施形態9であるSBDの製造方法は、実施形態4のSBDを製造する方法であって、下地支持基板11と下地支持基板11の一主面側に接合された下地III族窒化物膜13とを含む下地複合基板10の下地III族窒化物膜13上に、III族窒化物膜20を形成する工程(図12(A))と、III族窒化物膜20上に、開口部を有する絶縁膜30を形成する工程(図12(B))と、絶縁膜30の開口部におけるIII族窒化物膜20上および絶縁膜30上に、ショットキーコンタクト金属膜40を形成する工程(図12(C))と、ショットキーコンタクト金属膜40上に拡散防止金属膜90を形成する工程(図12(D))と、拡散防止金属膜90上に、接合金属膜60を介在させて、導電性支持基板50を接合することにより接合基板100を得る工程(図12(E))と、接合基板100から下地複合基板10を除去する工程(図12(F))と、III族窒化物膜20上に第1の電極72を形成し、導電性支持基板50上に第2の電極75を形成する工程(図12(G))と、を含む。ここで、ショットキーコンタクト金属膜40を形成する工程(図12(C))において、ショットキーコンタクト金属膜40の一部が絶縁膜30の一部の上に乗り上げるようにショットキーコンタクト金属膜40を形成する。
図12を参照して、本発明の実施形態9であるSBDの製造方法は、実施形態4のSBDを製造する方法であって、下地支持基板11と下地支持基板11の一主面側に接合された下地III族窒化物膜13とを含む下地複合基板10の下地III族窒化物膜13上に、III族窒化物膜20を形成する工程(図12(A))と、III族窒化物膜20上に、開口部を有する絶縁膜30を形成する工程(図12(B))と、絶縁膜30の開口部におけるIII族窒化物膜20上および絶縁膜30上に、ショットキーコンタクト金属膜40を形成する工程(図12(C))と、ショットキーコンタクト金属膜40上に拡散防止金属膜90を形成する工程(図12(D))と、拡散防止金属膜90上に、接合金属膜60を介在させて、導電性支持基板50を接合することにより接合基板100を得る工程(図12(E))と、接合基板100から下地複合基板10を除去する工程(図12(F))と、III族窒化物膜20上に第1の電極72を形成し、導電性支持基板50上に第2の電極75を形成する工程(図12(G))と、を含む。ここで、ショットキーコンタクト金属膜40を形成する工程(図12(C))において、ショットキーコンタクト金属膜40の一部が絶縁膜30の一部の上に乗り上げるようにショットキーコンタクト金属膜40を形成する。
すなわち、実施形態9のSBDの製造方法は、実施形態6のSBDの製造方法において、ショットキーコンタクト金属膜40を形成する工程の後、接合基板100を得る工程の前に、ショットキーコンタクト金属膜40上に拡散防止金属膜90を形成する工程をさらに含み、接合基板100を得る工程は、拡散防止金属膜90上に、接合金属膜60を介在させて、導電性支持基板50を接合することにより行なうものである。
実施形態9のSBDの製造方法は、上記の工程を含むことにより、実施形態6のSBDの製造方法と同様に、高耐圧で大電流を流すことができるショットキーバリアダイオードを低コストで製造することができる。
さらに、実施形態9のSBDの製造方法においては、ショットキーコンタクト金属膜40上に拡散防止金属膜90を形成する工程、および拡散防止金属膜90上に接合金属膜60を介在させて導電性支持基板50を接合することにより接合基板100を得る工程により、拡散防止金属膜90がショットキーコンタクト金属膜40と接合金属膜60との間に形成されることから、接合金属膜60からのショットキーコンタクト金属膜40への接合金属膜60中の金属原子の拡散を防止できるため、SBDの順方向閾値電圧、オン抵抗、耐圧などが改善する。
実施形態9のSBDの製造方法における下地複合基板10の下地III族窒化物膜13上にIII族窒化物膜20を形成する工程(図12(A))、III族窒化物膜20上に開口部を有する絶縁膜30を形成する工程(図12(B))、および絶縁膜30の開口部におけるIII族窒化物膜20上および絶縁膜30上にショットキーコンタクト金属膜40を形成する工程(図12(C))は、それぞれ実施形態6のSBDの製造方法における下地複合基板10の下地III族窒化物膜13上にIII族窒化物膜20を形成する工程(図9(A))、III族窒化物膜20上に開口部を有する絶縁膜30を形成する工程(図9(B))、および絶縁膜30の開口部におけるIII族窒化物膜20上および絶縁膜30上にショットキーコンタクト金属膜40を形成する工程(図9(C))と同様である。
図12(D)を参照して、ショットキーコンタクト金属膜40上に拡散防止金属膜90を形成する工程において、拡散防止金属膜90を形成する方法は、実施形態8のSBDにおける拡散防止金属膜90を形成する方法と同様である。
このようにして得られた拡散防止金属膜90は、絶縁膜30の開口部におけるIII族窒化物膜20上に形成されたショットキーコンタクト部分40aが絶縁膜30上に形成された絶縁コンタクト部分40bに比べて凹んでいるショットキーコンタクト金属膜40上に形成されることから、拡散防止金属膜90においてショットキーコンタクト金属膜40の凹部上に形成されている部分はそれ以外の部分に比べて凹んでいる。
図12(E)を参照して、拡散防止金属膜90上に、接合金属膜60を介在させて、導電性支持基板50を接合することにより接合基板100を得る工程において、接合金属膜60を介在させて導電性支持基板50を接合する工程は、実施形態6のSBDの製造方法における接合金属膜60を介在させて導電性支持基板50を接合する工程の場合と同様のサブ工程を含むことが好ましい。このとき、拡散防止金属膜90の凹部は、接合金属膜60により埋められる。特に、絶縁膜30の開口部が小さい場合は、拡散防止金属膜90の凹部は、接合金属膜60により完全に埋められる。
実施形態9のSBDの製造方法における接合基板100から下地複合基板10を除去する工程(図12(F))、およびIII族窒化物膜20上に第1の電極72を形成し、導電性支持基板50上に第2の電極75を形成する工程(図12(G))は、それぞれ実施形態6のSBDの製造方法における接合基板100から下地複合基板10を除去する工程(図9(E))、およびIII族窒化物膜20上に第1の電極72を形成し、導電性支持基板50上に第2の電極75を形成する工程(図9(F))と同様である。
(実施形態10)
図13を参照して、本発明の実施形態10であるSBDの製造方法は、実施形態5のSBDを製造する方法であって、下地支持基板11と下地支持基板11の一主面側に接合された下地III族窒化物膜13とを含む下地複合基板10の下地III族窒化物膜13上に、III族窒化物膜20を形成する工程(図13(A))と、III族窒化物膜20上に、開口部を有する絶縁膜30を形成する工程(図13(B))と、絶縁膜30の開口部におけるIII族窒化物膜20上および絶縁膜30上に、ショットキーコンタクト金属膜40を形成する工程(図13(C))と、ショットキーコンタクト金属膜40上に拡散防止金属膜90を形成する工程(図13(D))と、拡散防止金属膜90の凹部上に埋め込み金属膜80を形成する工程(図13(E))と、拡散防止金属膜90上および埋め込み金属膜80上に、接合金属膜60を介在させて、導電性支持基板50を接合することにより接合基板100を得る工程(図13(F))と、接合基板100から下地複合基板10を除去する工程(図13(G))と、III族窒化物膜20上に第1の電極72を形成し、導電性支持基板50上に第2の電極75を形成する工程(図13(H))と、を含む。ここで、ショットキーコンタクト金属膜40を形成する工程(図13(C))において、ショットキーコンタクト金属膜40の一部が絶縁膜30の一部の上に乗り上げるようにショットキーコンタクト金属膜40を形成する。
図13を参照して、本発明の実施形態10であるSBDの製造方法は、実施形態5のSBDを製造する方法であって、下地支持基板11と下地支持基板11の一主面側に接合された下地III族窒化物膜13とを含む下地複合基板10の下地III族窒化物膜13上に、III族窒化物膜20を形成する工程(図13(A))と、III族窒化物膜20上に、開口部を有する絶縁膜30を形成する工程(図13(B))と、絶縁膜30の開口部におけるIII族窒化物膜20上および絶縁膜30上に、ショットキーコンタクト金属膜40を形成する工程(図13(C))と、ショットキーコンタクト金属膜40上に拡散防止金属膜90を形成する工程(図13(D))と、拡散防止金属膜90の凹部上に埋め込み金属膜80を形成する工程(図13(E))と、拡散防止金属膜90上および埋め込み金属膜80上に、接合金属膜60を介在させて、導電性支持基板50を接合することにより接合基板100を得る工程(図13(F))と、接合基板100から下地複合基板10を除去する工程(図13(G))と、III族窒化物膜20上に第1の電極72を形成し、導電性支持基板50上に第2の電極75を形成する工程(図13(H))と、を含む。ここで、ショットキーコンタクト金属膜40を形成する工程(図13(C))において、ショットキーコンタクト金属膜40の一部が絶縁膜30の一部の上に乗り上げるようにショットキーコンタクト金属膜40を形成する。
すなわち、実施形態10のSBDの製造方法は、実施形態9のSBDの製造方法において、拡散防止金属膜90を形成する工程の後、接合基板100を得る工程の前に、拡散防止金属膜90の凹部上に、埋め込み金属膜80を形成する工程をさらに含み、接合基板100を得る工程は、拡散防止金属膜90上および埋め込み金属膜80上に、接合金属膜60を介在させて、導電性支持基板50を接合することにより行なうものである。
実施形態10のSBDの製造方法は、上記の工程を含むことにより、実施形態9のSBDの製造方法と同様に、高耐圧で大電流を流すことができるショットキーバリアダイオードを低コストで製造するとともに、拡散防止金属膜90がショットキーコンタクト金属膜40と接合金属膜60との間に形成されることから、接合金属膜60からのショットキーコンタクト金属膜40への接合金属膜60中の金属原子の拡散を防止できるため、SBDの順方向閾値電圧、オン抵抗、耐圧などが改善する。
さらに、実施形態10のSBDの製造方法においては、拡散防止金属膜90は、絶縁膜30の開口部におけるIII族窒化物膜20上に形成されたショットキーコンタクト部分40aが絶縁膜30上に形成された絶縁コンタクト部分40bに比べて凹んでいるショットキーコンタクト金属膜40上に形成される。このため、拡散防止金属膜90のうちショットキーコンタクト金属膜40の凹部上に形成された部分はそれ以外の部分上に形成された部分に比べて凹んでいるため、そのまま拡散防止金属膜90と導電性支持基板50とを接合金属膜60を介在させて接合すると、絶縁膜30の開口部が大きい場合、すなわち、ショットキーコンタクト金属膜40の凹部が大きい場合は拡散防止金属膜90の凹部と接合金属膜60との間に空隙が発生する可能性がある。このため、拡散防止金属膜90の凹部上に埋め込み金属膜80を形成する工程と、拡散防止金属膜90上および埋め込み金属膜80上に、接合金属膜60を介在させて、導電性支持基板50を接合することにより接合基板100を得る工程とにより、埋め込み金属膜80で拡散防止金属膜90の凹部と接合金属膜60との間を完全に埋め込むことにより、それらの間に空隙が発生することを防止できるため、SBDのオン抵抗、耐圧、III族窒化物膜20の剥がれの有無などの外観歩留などを改善できる。
実施形態10のSBDの製造方法における下地複合基板10の下地III族窒化物膜13上にIII族窒化物膜20を形成する工程(図13(A))、III族窒化物膜20上に開口部を有する絶縁膜30を形成する工程(図13(B))、絶縁膜30の開口部におけるIII族窒化物膜20上および絶縁膜30上にショットキーコンタクト金属膜40を形成する工程(図13(C))、およびショットキーコンタクト金属膜40上に拡散防止金属膜90を形成する工程(図13(D))は、それぞれ実施形態9のSBDの製造方法における下地複合基板10の下地III族窒化物膜13上にIII族窒化物膜20を形成する工程(図12(A))、III族窒化物膜20上に開口部を有する絶縁膜30を形成する工程(図12(B))、絶縁膜30の開口部におけるIII族窒化物膜20上および絶縁膜30上にショットキーコンタクト金属膜40を形成する工程(図12(C))、およびショットキーコンタクト金属膜40上に拡散防止金属膜90を形成する工程(図12(D))と同様である。
図13(E)を参照して、拡散防止金属膜90の凹部上に、埋め込み金属膜80を形成する工程において、埋め込み金属膜80を形成する方法は、実施形態7のSBDの製造方法における埋め込み金属膜80を形成する方法と同様である。拡散防止金属膜90の凹部上に埋め込み金属膜80を形成する工程により、拡散防止金属膜90の凹部が低減または平坦化される。
図13(F)を参照して、拡散防止金属膜90上および埋め込み金属膜80上に、接合金属膜60を介在させて、導電性支持基板50を接合することにより接合基板100を得る工程において、埋め込み金属膜80の形成により拡散防止金属膜90の凹部が低減または平坦化されているため、接合金属膜60により空隙なく接合される。なお、接合金属膜60を介在させて導電性支持基板50を接合する工程は、実施形態6のSBDの製造方法における接合金属膜60を介在させて導電性支持基板50を接合する工程の場合と同様のサブ工程を含むことが好ましい。
実施形態10のSBDの製造方法における接合基板100から下地複合基板10を除去する工程(図13(G))、およびIII族窒化物膜20上に第1の電極72を形成し、導電性支持基板50上に第2の電極75を形成する工程(図13(H))は、それぞれ実施形態6のSBDの製造方法における接合基板100から下地複合基板10を除去する工程(図9(E))、およびIII族窒化物膜20上に第1の電極72を形成し、導電性支持基板50上に第2の電極75を形成する工程(図9(F))と同様である。
図9(F)、図10(G)、図11(H)、図12(G)、および図13(H)を参照して、上記の実施形態6〜実施形態10のSBDの製造方法において、チップ化の際のアライメントを容易にする観点から、第1の電極72がIII族窒化物膜20の主面の一部上に位置するように、第1の電極72をパターニングすることが好ましい。第1の電極72をパターニングする方法は、特に制限はないが、効率よくパターニングする観点から、フォトリソグラフィー法などが好適である。
(実施例1)
実施例1は、実施形態1のSBDおよび実施形態6のSBDの製造方法に対応する実施例である。
実施例1は、実施形態1のSBDおよび実施形態6のSBDの製造方法に対応する実施例である。
1.III族窒化物膜の形成
まず、図9(A)を参照して、厚さ450μmの下地支持基板11と、その一主面上に配置された厚さ400nmのSiO2膜からなる下地接合膜12と、その上に配置された厚さ150nmのGaN膜からなる下地III族窒化物膜13と、を含む下地複合基板10を準備した。下地III族窒化物膜の主面は、(0001)面であるGa原子面であった。かかる下地複合基板10は、図14に示すように、下地支持基板11とイオン注入領域が形成された下地III族窒化物膜母材基板13Dとを下地接合膜12を介在させて貼り合わせた後、下地III族窒化物膜母材基板13Dをイオン注入領域13iにおいて下地III族窒化物膜13と残りの下地III族窒化物膜母材基板30Eとに分離することにより得られたものであり、下地III族窒化物膜13は、その転位密度が1×105cm-2台と低く高い結晶性を有していた。
まず、図9(A)を参照して、厚さ450μmの下地支持基板11と、その一主面上に配置された厚さ400nmのSiO2膜からなる下地接合膜12と、その上に配置された厚さ150nmのGaN膜からなる下地III族窒化物膜13と、を含む下地複合基板10を準備した。下地III族窒化物膜の主面は、(0001)面であるGa原子面であった。かかる下地複合基板10は、図14に示すように、下地支持基板11とイオン注入領域が形成された下地III族窒化物膜母材基板13Dとを下地接合膜12を介在させて貼り合わせた後、下地III族窒化物膜母材基板13Dをイオン注入領域13iにおいて下地III族窒化物膜13と残りの下地III族窒化物膜母材基板30Eとに分離することにより得られたものであり、下地III族窒化物膜13は、その転位密度が1×105cm-2台と低く高い結晶性を有していた。
ここで、下地複合基板10としては、下地支持基板11として以下の3種類の基板をそれぞれ含む3種類の下地複合基板を準備した。下地支持基板11は、モリブデン基板、ムライト基板、およびイットリア安定化ジルコニア−ムライト基板の3種類の基板であった。ここで、ムライト基板の化学組成はAl2O3およびSiO2がそれぞれ64モル%および36モル%であった。イットリア安定化ジルコニア−ムライト基板の化学組成はイットリア安定化ジルコニアおよびムライトがそれぞれ30質量%および70質量%であり、イットリア安定化ジルコニアの化学組成はY2O3およびZrO2がそれぞれ10モル%および90モル%であり、ムライトの化学組成はAl2O3およびSiO2がそれぞれ60モル%および40モル%であった。これらの下地支持基板11は、いずれも、直径が2インチ(5.08cm)、厚さが450μm、主面がその粗さRa(ここで、粗さRaは、JIS B0601:2001で規定する算術平均粗さRaを意味する。以下同じ。)が10nm未満に精密鏡面研磨されていた。また、モリブデン基板およびイットリア安定化ジルコニア−ムライト基板の熱膨張係数は、室温(25℃)から1200℃まで、GaNの熱膨張係数と同じであった。また、ムライト基板の熱膨張係数は、室温(25℃)から1200℃まで、GaNの熱膨張係数の80%であった。
次に、下地複合基板10の下地III族窒化物膜13上に、MOCVD法により、III族窒化物膜20として、厚さ1μmのドナー濃度が1.5×1018cm-3であるn+−GaN層からなるn+−III族窒化物層21と、厚さ7μmのドナー濃度が5.5×1015cm-3であるn−GaN層からなるn−III族窒化物層22と、を形成した。得られたIII族窒化物膜20について、割れは発生せず、転位密度はCL(カソードルミネッセンス)により測定したところ105cm-2台と低かった。
2.開口部を有する絶縁膜の形成
次に、図9(B)を参照して、III族窒化物膜20上に、プラズマCVD法により、シランガスとアンモニアガスを原料ガスとして用いて、厚さ500nmのSi3N4膜からなる絶縁膜30を形成した。次いで、RTA(高速アニール炉)を用いて、窒素雰囲気下600℃で3分間アニールした。
次に、図9(B)を参照して、III族窒化物膜20上に、プラズマCVD法により、シランガスとアンモニアガスを原料ガスとして用いて、厚さ500nmのSi3N4膜からなる絶縁膜30を形成した。次いで、RTA(高速アニール炉)を用いて、窒素雰囲気下600℃で3分間アニールした。
次に、絶縁膜30上にフォトリソグラフィー法で形成したレジストマスクを用いて、バッファードフッ酸(50質量%フッ化水素酸水溶液と40質量%フッ化アンモニウム水溶液とを1:5の質量比で混合したものをいう。)で15分間エッチングし、レジストマスク開口部における絶縁膜30を除去した。エッチング後、アセトンを用いてレジストマスクを除去した。こうして、フィールドプレートとして、平面形状が200μm×5000μmで頂点部の曲率半径が50μmの弧状の長方形状の開口部を有する絶縁膜30を形成した。
3.ショットキーコンタクト金属膜の形成
次に、図9(C)を参照して、開口部を有する絶縁膜30上にフォトリソグラフィー法でレジストマスクを形成し、絶縁膜30の開口部におけるIII族窒化物膜20上および絶縁膜30上に、EB蒸着法により、厚さ500ÅのNi層、厚さ3000ÅのAu層を順次形成し、アセトンを用いてリフトオフすることにより、パターンニングした。次に、RTA(高速アニール炉)を用い、窒素雰囲気下400℃で3分間アニールすることにより、合金化して、ショットキーコンタクト金属膜40の一部が絶縁膜30の一部の上に乗り上げたショットキーコンタクト金属膜40を形成した。ショットキーコンタクト金属膜40の一部が絶縁膜30の一部の上に乗り上げている部分の幅(以下、ショットキーコンタクト金属膜40の絶縁コンタクト部分40bの幅という)は、15μmであった。
次に、図9(C)を参照して、開口部を有する絶縁膜30上にフォトリソグラフィー法でレジストマスクを形成し、絶縁膜30の開口部におけるIII族窒化物膜20上および絶縁膜30上に、EB蒸着法により、厚さ500ÅのNi層、厚さ3000ÅのAu層を順次形成し、アセトンを用いてリフトオフすることにより、パターンニングした。次に、RTA(高速アニール炉)を用い、窒素雰囲気下400℃で3分間アニールすることにより、合金化して、ショットキーコンタクト金属膜40の一部が絶縁膜30の一部の上に乗り上げたショットキーコンタクト金属膜40を形成した。ショットキーコンタクト金属膜40の一部が絶縁膜30の一部の上に乗り上げている部分の幅(以下、ショットキーコンタクト金属膜40の絶縁コンタクト部分40bの幅という)は、15μmであった。
4.接合基板の形成
次に、図9(D)を参照して、導電性支持基板50として、厚さ2インチ(5.08cm)で厚さ320μmのSi基板を準備した。このSi基板は、抵抗率が0.001Ωcm未満であり、p型にドープされていた。
次に、図9(D)を参照して、導電性支持基板50として、厚さ2インチ(5.08cm)で厚さ320μmのSi基板を準備した。このSi基板は、抵抗率が0.001Ωcm未満であり、p型にドープされていた。
次に、導電性支持基板50上に、接合金属膜60として、EB蒸着法により、厚さ500ÅのNi層、厚さ4000ÅのPt層、および厚さ500ÅのAu層を形成し、さらにその上に、抵抗加熱蒸着法により、厚さ5μmのAu−Sn層(化学組成はAuが70質量%でSnが30質量%)を形成した。
次に、ショットキーコンタクト金属膜40のAu層と接合金属膜60のAu−Sn層とをウエハボンダーを用いて接合することにより、接合基板100が得られた。接合条件は、1Pa未満の真空雰囲気下、温度は300℃で、接合時間は10分間とした。接合後は超音波顕微鏡で接合面に不良(空隙の残留)などが無いことを確認した。
5.接合基板からの下地複合基板の除去
次に、図9(E)を参照して、接合基板100から、下地支持基板11、下地接合膜12、および下地III族窒化物膜13を除去することにより、下地複合基板10を除去した。
次に、図9(E)を参照して、接合基板100から、下地支持基板11、下地接合膜12、および下地III族窒化物膜13を除去することにより、下地複合基板10を除去した。
下地支持基板11がモリブデン基板の場合は、直径3インチ(7.62cm)で厚さ500μmのサファイア基板(図示せず)を準備した。このサファイア基板にワックスを介在させて接合基板100の導電性支持基板50のSi基板側を貼り付けて、外周側面もワックスで保護した。次に、35質量%硝酸水溶液を準備した。200rpmで撹拌されている硝酸水溶液中に、サファイア基板に貼り合わされた接合基板100を40分間浸漬することにより、下地支持基板であるモリブデン基板をエッチング除去した。得られた基板を塩酸および純水で洗浄した。次いで、バッファードフッ酸に10分間浸漬することにより、下地接合膜12であるSiO2膜をエッチング除去した。こうして得られた基板は、下地III族窒化物膜13である下地GaN膜が露出していた。
また、下地支持基板11がムライト基板の場合は、接合基板100の下地支持基板11であるムライト基板を平面研削機を用いて厚さが40μmになるまで研削した。次に、直径3インチ(7.62cm)で厚さ500μmのサファイア基板(図示せず)を準備した。このサファイア基板にワックスを介在させて接合基板100の導電性支持基板50のSi基板側を貼り付けて、外周側面もワックスで保護した。次に、50質量%フッ化水素酸水溶液を準備した。200rpmで撹拌したフッ化水素酸水溶液中に、サファイア基板に貼り合わされた接合基板100を30分間浸漬することにより、下地接合膜12であるSiO2膜をエッチング除去することにより、下地支持基板11であるムライト基板をリフトオフした。このようにして得られた基板は、下地III族窒化物膜13である下地GaN膜が露出していた。
また、下地支持基板11がイットリア安定化ジルコニア−ムライト基板の場合は、接合基板100の下地支持基板11であるイットリア安定化ジルコニア−ムライト基板を平面研削機を用いて厚さが40μmになるまで研削した。次に、直径3インチ(7.62cm)で厚さ500μmのサファイア基板(図示せず)を準備した。このサファイア基板にワックスを介在させて接合基板100の導電性支持基板50のSi基板側を貼り付けて、外周側面もワックスで保護した。次に、50質量%フッ化水素酸水溶液を準備した。200rpmで撹拌したフッ化水素酸水溶液中に、サファイア基板に貼り合わされた接合基板100を8時間浸漬することにより、下地接合膜12であるSiO2膜をエッチング除去することにより、下地支持基板11であるムライト基板をリフトオフした。このようにして得られた基板は、下地III族窒化物膜13である下地GaN膜が露出していた。
次に、得られた基板に露出していた下地III族窒化物膜13である下地GaN膜を、塩素ガスをエッチングガスとして用いたICP−RIE法により、エッチング除去した。
6.第1の電極および第2の電極の形成
次に、図9(F)を参照して、得られた基板のIII族窒化物膜20上に、フォトリソグラフィー法によりレジストマスクを形成し、その上からEB蒸着法により、厚さ200ÅのTi層、厚さ300ÅのAl層、ふたたび厚さ200ÅのTi層、最後に厚さ3000ÅのAu層を順に形成することにより、平面形状が300μm×5100μmの長方形状の第1の電極72を形成した。また、得られた基板の導電性支持基板50上に、EB蒸着法により、厚さ200ÅのTi層、厚さ300ÅのPt層、および厚さ3000ÅのAu層を順に形成することにより、第2の電極75を形成した。次に、RTAを用いて、第1の電極72および第2の電極75を、窒素雰囲気下250℃で3分間アニールした。
次に、図9(F)を参照して、得られた基板のIII族窒化物膜20上に、フォトリソグラフィー法によりレジストマスクを形成し、その上からEB蒸着法により、厚さ200ÅのTi層、厚さ300ÅのAl層、ふたたび厚さ200ÅのTi層、最後に厚さ3000ÅのAu層を順に形成することにより、平面形状が300μm×5100μmの長方形状の第1の電極72を形成した。また、得られた基板の導電性支持基板50上に、EB蒸着法により、厚さ200ÅのTi層、厚さ300ÅのPt層、および厚さ3000ÅのAu層を順に形成することにより、第2の電極75を形成した。次に、RTAを用いて、第1の電極72および第2の電極75を、窒素雰囲気下250℃で3分間アニールした。
次に、このようにして得られたSBDを、III族窒化物膜20に形成された第1の電極72を下にしてUV硬化性ダイシングテープ上に貼り付け、ダイサーでチップパターンに合わせて導電性支持基板50であるSi基板をその主面から300μmの深さまでカットした。次いで、ブレーク装置でカット部をブレークすることにより、残った部分を分離して、主面が400μm×5200μmのSBDチップにチップ化した。
このようにして得られたSBDチップをカーブトレーサで測定したところ、逆バイアスに対する耐圧が600V以上を示し、順バイアス動作時には1mm2の電極パターンチップで5A以上を流すことに成功した。
(実施例2)
実施例2は、実施形態2のSBDおよび実施形態7のSBDの製造方法に対応する実施例である。
実施例2は、実施形態2のSBDおよび実施形態7のSBDの製造方法に対応する実施例である。
1.III族窒化物膜の形成、開口部を有する絶縁膜の形成、およびショットキーコンタクト金属膜の形成
図10(A)〜(C)を参照して、実施例1と同様にして、III族窒化物膜20の形成、平面形状が1000μm×1000μmで頂点部の曲率半径が100μmの弧状の正方形状の開口部を有する絶縁膜30の形成、および絶縁膜30の開口部におけるIII族窒化物膜上および絶縁膜の一部上へのショットキーコンタクト金属膜40の絶縁コンタクト部分40bの幅が30μmであるショットキーコンタクト金属膜40の形成を行なった。
図10(A)〜(C)を参照して、実施例1と同様にして、III族窒化物膜20の形成、平面形状が1000μm×1000μmで頂点部の曲率半径が100μmの弧状の正方形状の開口部を有する絶縁膜30の形成、および絶縁膜30の開口部におけるIII族窒化物膜上および絶縁膜の一部上へのショットキーコンタクト金属膜40の絶縁コンタクト部分40bの幅が30μmであるショットキーコンタクト金属膜40の形成を行なった。
2.埋め込み金属膜の形成
図10(D)を参照して、ショットキーコンタクト金属膜40の凹部上に、フォトリソグラフィー法でレジストマスク(図示せず)を形成し、その上からEB(電子線)蒸着法により、厚さ4500ÅのNi層および厚さ500ÅのAu層を順次形成することにより、平面形状が990μm×990μmで頂点部の曲率半径が95μmの弧状の正方形状の埋め込み金属膜80を形成した。
図10(D)を参照して、ショットキーコンタクト金属膜40の凹部上に、フォトリソグラフィー法でレジストマスク(図示せず)を形成し、その上からEB(電子線)蒸着法により、厚さ4500ÅのNi層および厚さ500ÅのAu層を順次形成することにより、平面形状が990μm×990μmで頂点部の曲率半径が95μmの弧状の正方形状の埋め込み金属膜80を形成した。
3.接合基板の形成、接合基板からの下地複合基板の除去、ならびに第1の電極および第2の電極の形成
図10(E)〜(G)を参照して、実施例1と同様にして、接合基板100の形成、接合基板100からの下地複合基板10の除去、ならびに第1の電極72および第2の電極75の形成を行ない、さらにチップ化を行なうことにより、主面が1500μm×1500μmのSBDチップを得た。
図10(E)〜(G)を参照して、実施例1と同様にして、接合基板100の形成、接合基板100からの下地複合基板10の除去、ならびに第1の電極72および第2の電極75の形成を行ない、さらにチップ化を行なうことにより、主面が1500μm×1500μmのSBDチップを得た。
このようにして得られたSBDチップをカーブトレーサで測定したところ、逆バイアスに対する耐圧が600V以上を示し、順バイアス動作時には1mm2の電極パターンチップで5A以上を流すことに成功した。
(実施例3)
実施例3は、実施形態3のSBDおよび実施形態8のSBDの製造方法に対応する実施例である。
実施例3は、実施形態3のSBDおよび実施形態8のSBDの製造方法に対応する実施例である。
1.III族窒化物膜の形成、開口部を有する絶縁膜の形成、ショットキーコンタクト金属膜の形成、および埋め込み金属膜の形成
図11(A)〜(D)を参照して、実施例2と同様にして、III族窒化物膜20の形成、平面形状が1000μm×1000μmで頂点部の曲率半径が100μmの弧状の正方形状の開口部を有する絶縁膜30の形成、絶縁膜30の開口部におけるIII族窒化物膜上および絶縁膜の一部上へのショットキーコンタクト金属膜40の絶縁コンタクト部分40bの幅が30μmであるショットキーコンタクト金属膜40の形成、および平面形状が990μm×990μmで頂点部の曲率半径が95μmの弧状の正方形状の埋め込み金属膜80の形成を行なった。
図11(A)〜(D)を参照して、実施例2と同様にして、III族窒化物膜20の形成、平面形状が1000μm×1000μmで頂点部の曲率半径が100μmの弧状の正方形状の開口部を有する絶縁膜30の形成、絶縁膜30の開口部におけるIII族窒化物膜上および絶縁膜の一部上へのショットキーコンタクト金属膜40の絶縁コンタクト部分40bの幅が30μmであるショットキーコンタクト金属膜40の形成、および平面形状が990μm×990μmで頂点部の曲率半径が95μmの弧状の正方形状の埋め込み金属膜80の形成を行なった。
2.拡散防止金属膜の形成
図11(E)を参照して、ショットキーコンタクト金属膜40上および埋め込み金属膜80上に、EB(電子線)蒸着法により、厚さ500ÅのNi層、厚さ4000ÅのPt層、および厚さ500ÅのAu層を順次形成することにより、拡散防止金属膜90を形成した。
図11(E)を参照して、ショットキーコンタクト金属膜40上および埋め込み金属膜80上に、EB(電子線)蒸着法により、厚さ500ÅのNi層、厚さ4000ÅのPt層、および厚さ500ÅのAu層を順次形成することにより、拡散防止金属膜90を形成した。
3.接合基板の形成、接合基板からの下地複合基板の除去、ならびに第1の電極および第2の電極の形成
図11(F)〜(H)を参照して、実施例1と同様にして、接合基板100の形成、接合基板100からの下地複合基板10の除去、ならびに第1の電極72および第2の電極75の形成を行ない、さらにチップ化を行なうことにより、主面が1500μm×1500μmのSBDチップを得た。
図11(F)〜(H)を参照して、実施例1と同様にして、接合基板100の形成、接合基板100からの下地複合基板10の除去、ならびに第1の電極72および第2の電極75の形成を行ない、さらにチップ化を行なうことにより、主面が1500μm×1500μmのSBDチップを得た。
このようにして得られたSBDチップをカーブトレーサで測定したところ、逆バイアスに対する耐圧が600V以上を示し、順バイアス動作時には1mm2の電極パターンチップで5A以上を流すことに成功した。
(実施例4)
実施例4は、実施形態4のSBDおよび実施形態9のSBDの製造方法に対応する実施例である。
実施例4は、実施形態4のSBDおよび実施形態9のSBDの製造方法に対応する実施例である。
1.III族窒化物膜の形成、開口部を有する絶縁膜の形成、およびショットキーコンタクト金属膜の形成
図12(A)〜(C)を参照して、実施例1と同様にして、III族窒化物膜20の形成、平面形状が200μm×5000μmで頂点部の曲率半径が50μmの弧状の長方形状の開口部を有する絶縁膜30の形成、および絶縁膜30の開口部におけるIII族窒化物膜上および絶縁膜の一部上へのショットキーコンタクト金属膜40の絶縁コンタクト部分40bの幅が15μmであるショットキーコンタクト金属膜40の形成を行なった。
図12(A)〜(C)を参照して、実施例1と同様にして、III族窒化物膜20の形成、平面形状が200μm×5000μmで頂点部の曲率半径が50μmの弧状の長方形状の開口部を有する絶縁膜30の形成、および絶縁膜30の開口部におけるIII族窒化物膜上および絶縁膜の一部上へのショットキーコンタクト金属膜40の絶縁コンタクト部分40bの幅が15μmであるショットキーコンタクト金属膜40の形成を行なった。
2.拡散防止金属膜の形成
図12(D)を参照して、ショットキーコンタクト金属膜40上に、EB(電子線)蒸着法により、厚さ500ÅのNi層、厚さ4000ÅのPt層、および厚さ500ÅのAu層を順次形成することにより、拡散防止金属膜90を形成した。
図12(D)を参照して、ショットキーコンタクト金属膜40上に、EB(電子線)蒸着法により、厚さ500ÅのNi層、厚さ4000ÅのPt層、および厚さ500ÅのAu層を順次形成することにより、拡散防止金属膜90を形成した。
3.接合基板の形成、接合基板からの下地複合基板の除去、ならびに第1の電極および第2の電極の形成
図12(E)〜(G)を参照して、実施例1と同様にして、接合基板100の形成、接合基板100からの下地複合基板10の除去、ならびに第1の電極72および第2の電極75の形成を行ない、さらにチップ化を行なうことにより、主面が400μm×5200μmのSBDチップを得た。
図12(E)〜(G)を参照して、実施例1と同様にして、接合基板100の形成、接合基板100からの下地複合基板10の除去、ならびに第1の電極72および第2の電極75の形成を行ない、さらにチップ化を行なうことにより、主面が400μm×5200μmのSBDチップを得た。
このようにして得られたSBDチップをカーブトレーサで測定したところ、逆バイアスに対する耐圧が600V以上を示し、順バイアス動作時には1mm2の電極パターンチップで5A以上を流すことに成功した。
(実施例5)
実施例5は、実施形態5のSBDおよび実施形態10のSBDの製造方法に対応する実施例である。
実施例5は、実施形態5のSBDおよび実施形態10のSBDの製造方法に対応する実施例である。
1.III族窒化物膜の形成、開口部を有する絶縁膜の形成、ショットキーコンタクト金属膜の形成、および拡散防止金属膜の形成
図13(A)〜(D)を参照して、実施例4と同様にして、III族窒化物膜の20形成、平面形状が1000μm×1000μmで頂点部の曲率半径が100μmの弧状の正方形状の開口部を有する絶縁膜30の形成、絶縁膜30の開口部におけるIII族窒化物膜上および絶縁膜の一部上へのショットキーコンタクト金属膜40の絶縁コンタクト部分40bの幅が30μmであるショットキーコンタクト金属膜40の形成、および拡散防止金属膜90の形成を行なった。
図13(A)〜(D)を参照して、実施例4と同様にして、III族窒化物膜の20形成、平面形状が1000μm×1000μmで頂点部の曲率半径が100μmの弧状の正方形状の開口部を有する絶縁膜30の形成、絶縁膜30の開口部におけるIII族窒化物膜上および絶縁膜の一部上へのショットキーコンタクト金属膜40の絶縁コンタクト部分40bの幅が30μmであるショットキーコンタクト金属膜40の形成、および拡散防止金属膜90の形成を行なった。
2.埋め込み金属膜の形成
図13(E)を参照して、拡散防止金属膜90の凹部上に、フォトリソグラフィー法でレジストマスク(図示せず)を形成し、その上からEB(電子線)蒸着法により、厚さ4500ÅのNi層および厚さ500ÅのAu層を順次形成することにより、平面形状が990μm×990μmで頂点部の曲率半径が95μmの弧状の正方形状の埋め込み金属膜80を形成した。
図13(E)を参照して、拡散防止金属膜90の凹部上に、フォトリソグラフィー法でレジストマスク(図示せず)を形成し、その上からEB(電子線)蒸着法により、厚さ4500ÅのNi層および厚さ500ÅのAu層を順次形成することにより、平面形状が990μm×990μmで頂点部の曲率半径が95μmの弧状の正方形状の埋め込み金属膜80を形成した。
3.接合基板の形成、接合基板からの下地複合基板の除去、ならびに第1の電極および第2の電極の形成
図13(F)〜(H)を参照して、実施例1と同様にして、接合基板100の形成、接合基板100からの下地複合基板10の除去、ならびに第1の電極72および第2の電極75の形成を行ない、さらにチップ化を行なうことにより、主面が1500μm×1500μmのSBDチップを得た。
図13(F)〜(H)を参照して、実施例1と同様にして、接合基板100の形成、接合基板100からの下地複合基板10の除去、ならびに第1の電極72および第2の電極75の形成を行ない、さらにチップ化を行なうことにより、主面が1500μm×1500μmのSBDチップを得た。
このようにして得られたSBDチップをカーブトレーサで測定したところ、逆バイアスに対する耐圧が600V以上を示し、順バイアス動作時には1mm2の電極パターンチップで5A以上を流すことに成功した。
今回開示された実施形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明でなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内のすべての変更が含まれることが意図される。
10 下地複合基板、11 下地支持基板、11m,13n 主面、12,12a,12b 下地接合膜、13 下地III族窒化物膜、13D 下地III族窒化物膜母材基板、13i イオン注入領域、20 III族窒化物膜、21 n+−GaN層、22 n−GaN層、30 絶縁膜、40 ショットキーコンタクト金属膜、40a ショットキーコンタクト部分、40b 絶縁コンタクト部分、50 導電性支持基板、60 接合金属膜、72 第1の電極、75 第2の電極、80 埋め込み金属膜、90 拡散防止金属膜、100 接合基板。
Claims (14)
- 第1の主面側から第2の主面側への一方向に順に配置されている、第1の電極と、III族窒化物膜と、開口部を有する絶縁膜と、ショットキーコンタクト金属膜と、接合金属膜と、導電性支持基板と、第2の電極と、を含むショットキーバリアダイオード。
- 前記ショットキーコンタクト金属膜の一部が前記絶縁膜の一部の上に乗り上げている請求項1に記載のショットキーバリアダイオード。
- 前記絶縁膜が前記開口部を有することにより存在する前記ショットキーコンタクト金属膜の凹部と前記接合金属膜との間に配置されている埋め込み金属膜をさらに含む請求項2に記載のショットキーバリアダイオード。
- 前記ショットキーコンタクト金属膜および前記埋め込み金属膜と前記接合金属膜との間に配置されている拡散防止金属膜をさらに含む請求項3に記載のショットキーバリアダイオード。
- 前記ショットキーコンタクト金属膜と前記接合金属膜との間に配置されている拡散防止金属膜をさらに含む請求項2に記載のショットキーバリアダイオード。
- 前記絶縁膜が開口部を有することにより存在する前記拡散防止金属膜の凹部と前記接合金属膜との間に配置されている埋め込み金属膜をさらに含む請求項5に記載のショットキーバリアダイオード。
- 前記第1の電極が前記III族窒化物膜の主面の一部上に位置する請求項2に記載のショットキーバリアダイオード。
- 下地支持基板と前記下地支持基板の一主面側に接合された下地III族窒化物膜とを含む下地複合基板の前記下地III族窒化物膜上に、III族窒化物膜を形成する工程と、
前記III族窒化物膜上に、開口部を有する絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜の開口部における前記III族窒化物膜上および前記絶縁膜上に、ショットキーコンタクト金属膜を形成する工程と、
前記ショットキーコンタクト金属膜上に、接合金属膜を介在させて、導電性支持基板を接合することにより接合基板を得る工程と、
前記接合基板から前記下地複合基板を除去する工程と、
前記III族窒化物膜上に第1の電極を形成し、前記導電性支持基板上に第2の電極を形成する工程と、を含むショットキーバリアダイオードの製造方法。 - 前記ショットキーコンタクト金属膜を形成する工程において、前記ショットキーコンタクト金属膜の一部が前記絶縁膜の一部の上に乗り上げるように前記ショットキーコンタクト金属膜を形成する請求項8に記載のショットキーバリアダイオードの製造方法。
- 前記ショットキーコンタクト金属膜を形成する工程の後、前記接合基板を得る工程の前に、前記ショットキーコンタクト金属膜の凹部上に、埋め込み金属膜を形成する工程をさらに含み、
前記接合基板を得る工程は、前記ショットキーコンタクト金属膜上および前記埋め込み金属膜上に、前記接合金属膜を介在させて、前記導電性支持基板を接合することにより行なう請求項9に記載のショットキーバリアダイオードの製造方法。 - 前記埋め込み金属膜を形成する工程の後、前記接合基板を得る工程の前に、前記ショットキーコンタクト金属膜上および前記埋め込み金属膜上に、拡散防止金属膜を形成する工程をさらに含み、
前記接合基板を得る工程は、前記拡散防止金属膜上に、前記接合金属膜を介在させて、前記導電性支持基板を接合することにより行なう請求項10に記載のショットキーバリアダイオードの製造方法。 - 前記ショットキーコンタクト金属膜を形成する工程の後、前記接合基板を得る工程の前に、前記ショットキーコンタクト金属膜上に拡散防止金属膜を形成する工程をさらに含み、
前記接合基板を得る工程は、前記拡散防止金属膜上に、前記接合金属膜を介在させて、前記導電性支持基板を接合することにより行なう請求項9に記載のショットキーバリアダイオードの製造方法。 - 前記拡散防止金属膜を形成する工程の後、前記接合基板を得る工程の前に、前記拡散防止金属膜の凹部上に、埋め込み金属膜を形成する工程をさらに含み、
前記接合基板を得る工程は、前記拡散防止金属膜上および前記埋め込み金属膜上に、前記接合金属膜を介在させて、前記導電性支持基板を接合することにより行なう請求項12に記載のショットキーバリアダイオードの製造方法。 - 前記第1の電極は、前記III族窒化物膜の主面の一部上に形成する請求項9に記載のショットキーバリアダイオードの製造方法。
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