JP3622581B2

JP3622581B2 - Manufacturing method of Schottky barrier diode

Info

Publication number: JP3622581B2
Application number: JP17207399A
Authority: JP
Inventors: 賢次石原; 篤人中村
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-06-18
Filing date: 1999-06-18
Publication date: 2005-02-23
Anticipated expiration: 2019-06-18
Also published as: JP2001007350A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガードリング層をごく浅く形成することにより逆方向特性を改善したショットキバリアダイオード（以下、「ＳＢＤ」という。）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のようにＳＢＤは、金属と半導体との接触によって生じる電位障壁を利用したダイオードであり、ＰＮ接合のダイオードに比べて順方向電圧が低いという利点がある反面、一般に耐圧が低く、逆方向特性が悪いという欠点がある。
【０００３】
この欠点を解決する手段として、従来からガードリング層を設けた構造のＳＢＤが用いられている。図４に示すように、Ｎ^＋型のシリコン基板１上に形成したＮ⁻型のエピタキシャル層２の表面に環状の熱酸化膜からなる絶縁膜５を形成し、この絶縁膜５で囲まれたエピタキシャル層２と接してショットキメタルとなる金属層７を形成し、ショットキ接合面３を形成している。
【０００４】
ショットキ接合面３の周辺は電界集中がおこりやすく、耐圧が低下するなど逆方向特性が劣化する原因となる。このため、ショットキ接合面３の周囲のエピタキシャル層２の表面に金属層７と接してＰ型のガードリング層４を環状に形成し、逆バイアス時にはガードリング層４とエピタキシャル層２とのＰＮ接合から広がる空乏層９により、耐圧の低下を防いでいる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記説明したようにＳＢＤの耐圧は逆バイアス時に広がる空乏層の幅により決まる。ＳＢＤの耐圧を向上させる手段として、１つはエピタキシャル層の厚さを厚くすることが考えられるが、この方法ではシリーズ抵抗が増大し、順方向特性が劣化してしまう。そこで、別の手段としてエピタキシャル層の厚さが同じでもガードリング層を浅く形成することにより、空乏層の幅を広くして耐圧を向上させることが考えられる。しかしながら、ガードリング層を浅く形成すると次に示すような問題が起こる。図５は、従来、１．５μｍ程度の深さであったガードリング層を０．３μｍにごく浅く形成したＳＢＤの拡大断面図である。金属層７を形成する工程において、エピタキシャル層２の上方からショットキメタルとなる金属を蒸着するため、絶縁膜５の側面に金属層７が形成されにくく、ガードリング層４と絶縁膜５の界面に空隙Ａが生じることがある。このように金属層７の接触不良が発生すると、ガードリング層をごく浅く形成した場合、ＰＮ接合が破壊されてしまい、耐圧が低下して逆方向特性が劣化したり、最悪の場合にはショートすることもある。
【０００６】
本発明は上記問題点を解決するものであり、金属層の形成不良をなくすことにより、ガードリング層をごく浅く形成しても逆方向特性が劣化することがないＳＢＤ及びその製造方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】
上記課題を解決するために本発明に係るＳＢＤは、第１導電型の半導体基板上に形成したエピタキシャル層の表面に第２導電型のガードリング層を環状に設け、前記エピタキシャル層及び前記ガードリング層と接する金属層を形成したショットキバリアダイオードであって、前記ガードリング層をごく浅く形成するとともに、前記ガードリング層と前記金属層との間に第２導電型のポリシリコン膜を形成したものである。
【０００８】
また、本発明に係るショットキバリアダイオードの製造方法は、第１導電型の半導体基板上に形成したエピタキシャル層の表面に第２導電型のガードリング層を環状に設け、前記エピタキシャル層及び前記ガードリング層と接する金属層を形成したショットキバリアダイオードの製造方法であって、前記エピタキシャル層上に環状の開口部を有する絶縁膜を形成する工程と、前記開口部を含む前記絶縁膜上にポリシリコン膜を形成する工程と、前記ポリシリコン膜上から前記開口部に第２導電型の不純物を導入し、前記エピタキシャル層の表面にごく浅い環状のガードリング層を形成する工程と、前記ガードリング層の内周縁より内側の前記ポリシリコン膜及び前記絶縁膜を除去し、前記エピタキシャル層及び前記ガードリング層と接する金属層を形成する工程を含むものである。ガードリング層の深さはエピタキシャル層の表面から０．２〜０．５μｍ程度であることが好ましい。ガードリング層の深さが０．２μｍ以下であると、金属層の形成の際にシリサイド層が形成されＰＮ接合を形成することができない。０．５μｍ以上であると空乏層の幅が狭くなり耐圧を向上させることができない。
【０００９】
本発明によれば、ガードリング層及び絶縁膜上に導電性のポリシリコン膜を介して金属層を形成しているため、ガードリング層と絶縁膜の界面に金属層の接触不良が起こることがない。すなわち、ガードリング層及び絶縁膜上にＣＶＤなどの方法で結晶を生成させてポリシリコン膜を形成するため、絶縁膜の側面にも確実にポリシリコン膜を形成することができる。ポリシリコン膜は第２導電型の不純物を含む導電性であるため金属層の役目を果たし、ガードリング層と絶縁膜の界面を密着性よく接触させることができる。ポリシリコン膜への第２導電型の不純物の導入は、ガードリング層を形成する工程と同時に行うことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１１】
図１は本実施形態に係るＳＢＤの断面図、図２はこのＳＢＤの一部を拡大した断面図である。Ｎ^＋型のシリコン基板１上に形成したＮ⁻型のエピタキシャル層２上には熱酸化膜からなる絶縁膜５が環状に形成されている。この絶縁膜５で囲まれたエピタキシャル層２の表面には深さ０．２〜０．５μｍ程度のＰ型のガードリング層４が環状に形成されている。このように、ガードリング層の深さをごく浅く形成することにより、逆バイアス時に広がる空乏層９の幅が広くなるため、耐圧を向上させることができる。エピタキシャル層２及びガードリング層４と接してショットキメタルとなる金属層７が形成され、ショットキ接合面３を形成している。ショットキメタルには、例えばＴｉ、Ｍｏ、及びＣｒから選ばれる金属材料が用いられている。ガードリング層４の内周縁から絶縁膜５上にかけて金属層７との間にはＰ型のポリシリコン膜６が形成されているため、ガードリング層４及び絶縁膜５の界面に金属層の未着による接触不良が起こることがない。
【００１２】
以下、図３を用いて本実施形態に係るＳＢＤの製造方法について説明する。図３（ａ）に示すように、比抵抗が３〜５ｍΩｃｍ程度で厚さ４００μｍ程度のＮ型シリコン基板１上に、比抵抗が１〜２Ωｃｍ程度で厚さ３．０〜４．０μｍ程度のＮ型エピタキシャル層２を成長させ、Ｎ型エピタキシャル層２上に環状の開口部８を有する絶縁膜５を形成する。
【００１３】
次いで、図３（ｂ）に示すように、開口部８を含む絶縁膜５上に減圧ＣＶＤ法によりポリシリコン膜６を形成する。
【００１４】
次いで、図３（ｃ）に示すように、ポリシリコン膜６上から開口部８にＰ型の不純物を蒸着する。そして約１０００℃の温度で３０分間程度ドライブ拡散してエピタキシャル層２の表面に深さが０．２〜０．５μｍ程度のごく浅いガードリング層４を形成する。この工程でポリシリコン膜６は導電性を有するＰ型のポリシリコン膜６となる。
【００１５】
次に、図３（ｄ）に示すように、ガードリング層４の上面中間部より内側に形成された絶縁膜５及びポリシリコン膜６をエッチングにより除去し、Ｎ型エピタキシャル層２及びガードリング層４と接してショットキメタルとなる金属層７を形成し、ショットキ接合面３を形成する。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ガードリング層と絶縁膜の界面に金属層の形成不良が起こることがない。このため、耐圧を向上させるためガードリング層をごく浅く形成しても逆方向特性が劣化することがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るＳＢＤの断面図
【図２】本発明の実施形態に係るＳＢＤの拡大断面図
【図３】本発明の実施形態に係るＳＢＤの製造工程図
【図４】従来のＳＢＤの断面図
【図５】従来のＳＢＤの問題点を説明する拡大断面図
【符号の説明】
１シリコン基板
２エピタキシャル層
３ショットキ接合面
４ガードリング層
５絶縁膜
６ポリシリコン膜
７金属層
８開口部
９空乏層
Ａ空隙[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a Schottky barrier diode (hereinafter referred to as “SBD”) in which reverse characteristics are improved by forming a guard ring layer very shallowly.
[0002]
[Prior art]
As is well known, an SBD is a diode that utilizes a potential barrier generated by contact between a metal and a semiconductor, and has an advantage that the forward voltage is lower than that of a PN junction diode, but generally has a low breakdown voltage and a reverse characteristic. Has the disadvantage of being bad.
[0003]
As a means for solving this drawback, an SBD having a structure provided with a guard ring layer has been conventionally used. As shown in FIG. 4, an insulating film 5 made of an annular thermal oxide film is formed on the surface of the N ⁻ type epitaxial layer 2 formed on the N ⁺ type silicon substrate 1, and is surrounded by the insulating film 5. A metal layer 7 serving as a Schottky metal is formed in contact with the epitaxial layer 2 to form a Schottky junction surface 3.
[0004]
Electric field concentration is likely to occur around the Schottky junction surface 3, which causes reverse characteristics to deteriorate, such as a decrease in breakdown voltage. Therefore, a P-type guard ring layer 4 is formed in an annular shape in contact with the metal layer 7 on the surface of the epitaxial layer 2 around the Schottky junction surface 3, and a PN junction between the guard ring layer 4 and the epitaxial layer 2 at the time of reverse bias. The depletion layer 9 extending from the bottom prevents a decrease in breakdown voltage.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the breakdown voltage of the SBD is determined by the width of the depletion layer that spreads during reverse bias. One means for improving the breakdown voltage of the SBD is to increase the thickness of the epitaxial layer. However, this method increases the series resistance and degrades the forward characteristics. Therefore, as another means, it is conceivable to increase the breakdown voltage by increasing the width of the depletion layer by forming the guard ring layer shallow even if the epitaxial layer has the same thickness. However, when the guard ring layer is formed shallowly, the following problems occur. FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of an SBD in which a guard ring layer having a depth of about 1.5 μm is formed as shallow as 0.3 μm. In the step of forming the metal layer 7, since the metal that becomes Schottky metal is deposited from above the epitaxial layer 2, the metal layer 7 is not easily formed on the side surface of the insulating film 5, and the interface between the guard ring layer 4 and the insulating film 5 The air gap A may occur. When the contact failure of the metal layer 7 occurs in this way, when the guard ring layer is formed very shallow, the PN junction is destroyed, the breakdown voltage is lowered and the reverse characteristic is deteriorated, or in the worst case, the short circuit is caused. Sometimes.
[0006]
The present invention solves the above-described problems, and provides an SBD that eliminates the formation failure of the metal layer, and does not deteriorate the reverse characteristics even when the guard ring layer is formed very shallow, and a method for manufacturing the same. For the purpose.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the SBD according to the present invention is provided with a second conductivity type guard ring layer on the surface of an epitaxial layer formed on a first conductivity type semiconductor substrate, and the epitaxial layer and the guard ring. A Schottky barrier diode having a metal layer in contact with a layer, wherein the guard ring layer is formed very shallow, and a second conductivity type polysilicon film is formed between the guard ring layer and the metal layer It is.
[0008]
Also, in the method for manufacturing a Schottky barrier diode according to the present invention, a second conductivity type guard ring layer is provided in a ring shape on the surface of the epitaxial layer formed on the first conductivity type semiconductor substrate, and the epitaxial layer and the guard ring are provided. A method of manufacturing a Schottky barrier diode having a metal layer in contact with a layer, the step of forming an insulating film having an annular opening on the epitaxial layer, and a polysilicon film on the insulating film including the opening Forming a very shallow annular guard ring layer on the surface of the epitaxial layer, introducing a second conductivity type impurity into the opening from above the polysilicon film, and forming the guard ring layer The polysilicon film and the insulating film inside the inner periphery are removed, and the gold in contact with the epitaxial layer and the guard ring layer It is intended to include a step of forming a layer. The depth of the guard ring layer is preferably about 0.2 to 0.5 μm from the surface of the epitaxial layer. When the guard ring layer has a depth of 0.2 μm or less, a silicide layer is formed when the metal layer is formed, and a PN junction cannot be formed. If it is 0.5 μm or more, the width of the depletion layer becomes narrow and the breakdown voltage cannot be improved.
[0009]
According to the present invention, since the metal layer is formed on the guard ring layer and the insulating film via the conductive polysilicon film, contact failure of the metal layer may occur at the interface between the guard ring layer and the insulating film. Absent. That is, since the polysilicon film is formed by generating crystals on the guard ring layer and the insulating film by a method such as CVD, the polysilicon film can be reliably formed also on the side surface of the insulating film. Since the polysilicon film is conductive containing impurities of the second conductivity type, it functions as a metal layer, and can contact the interface between the guard ring layer and the insulating film with good adhesion. The introduction of the second conductivity type impurity into the polysilicon film can be performed simultaneously with the step of forming the guard ring layer.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0011]
FIG. 1 is a sectional view of an SBD according to the present embodiment, and FIG. 2 is an enlarged sectional view of a part of the SBD. On the N ⁻ type epitaxial layer 2 formed on the N ⁺ type silicon substrate 1, an insulating film 5 made of a thermal oxide film is formed in a ring shape. On the surface of the epitaxial layer 2 surrounded by the insulating film 5, a P-type guard ring layer 4 having a depth of about 0.2 to 0.5 μm is formed in an annular shape. As described above, by forming the guard ring layer so as to have a very small depth, the width of the depletion layer 9 that spreads at the time of reverse biasing is widened, so that the breakdown voltage can be improved. A metal layer 7 serving as a Schottky metal is formed in contact with the epitaxial layer 2 and the guard ring layer 4 to form a Schottky junction surface 3. For the Schottky metal, for example, a metal material selected from Ti, Mo, and Cr is used. Since a P-type polysilicon film 6 is formed between the inner peripheral edge of the guard ring layer 4 and the insulating film 5 between the guard ring layer 4 and the metal layer 7, the metal layer is not formed at the interface between the guard ring layer 4 and the insulating film 5. Contact failure due to wearing does not occur.
[0012]
Hereinafter, the manufacturing method of the SBD according to the present embodiment will be described with reference to FIG. Figure 3 (a), the ratio in resistance on 3～5Emuomega cm approximately at a thickness of approximately 400 [mu] m N-type silicon substrate 1, the resistivity thickness 3.0~4.0μm about at about 1~2Ωcm The N type epitaxial layer 2 is grown, and an insulating film 5 having an annular opening 8 is formed on the N type epitaxial layer 2.
[0013]
Next, as shown in FIG. 3B, a polysilicon film 6 is formed on the insulating film 5 including the opening 8 by low pressure CVD.
[0014]
Next, as shown in FIG. 3C, a P-type impurity is deposited from above the polysilicon film 6 into the opening 8. Then, drive diffusion is performed at a temperature of about 1000 ° C. for about 30 minutes to form a very shallow guard ring layer 4 having a depth of about 0.2 to 0.5 μm on the surface of the epitaxial layer 2. In this step, the polysilicon film 6 becomes a P-type polysilicon film 6 having conductivity.
[0015]
Next, as shown in FIG. 3 (d), an insulating film 5 and the polysilicon film 6 formed on the inner side than the portion between in the upper surface of the guard ring layer 4 is removed by etching, N-type epitaxial layer 2 and the guard A metal layer 7 serving as a Schottky metal is formed in contact with the ring layer 4 to form a Schottky junction surface 3.
[0016]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the formation failure of the metal layer does not occur at the interface between the guard ring layer and the insulating film. For this reason, even if the guard ring layer is formed to be extremely shallow in order to improve the breakdown voltage, the reverse characteristics are not deteriorated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of an SBD according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of an SBD according to an embodiment of the present invention. ] Cross-sectional view of a conventional SBD [FIG. 5] Enlarged cross-sectional view explaining the problems of a conventional SBD [Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon substrate 2 Epitaxial layer 3 Schottky junction surface 4 Guard ring layer 5 Insulating film 6 Polysilicon film 7 Metal layer 8 Opening 9 Depletion layer A Void

Claims

第１導電型の半導体基板上に形成した第１導電型のエピタキシャル層の表面から層内に延在した第２導電型のガードリング層を環状に設け、前記第１導電型のエピタキシャル層及び前記第２導電型のガードリング層と接する金属層を形成したショットキバリアダイオードの製造方法であって、
前記第１導電型のエピタキシャル層上に環状の開口部を有する絶縁膜を形成する工程と、
前記開口部を含む前記絶縁膜上にポリシリコン膜を形成する工程と、
前記ポリシリコン膜上から前記開口部に第２導電型の不純物を導入し、前記ポリシリコン膜を導電性を有する第２導電型のポリシリコン膜として且つ該ポリシリコン膜と前記第１導電型のエピタキシャル層の界面から該第１導電型のエピタキシャル層の層内へ０．２μｍ〜０．５μｍの深さに延在した環状の前記第２導電型のガードリング層を形成する工程と、
前記第２導電型のガードリング層の上面中間部より内側に形成された前記ポリシリコン膜及び前記絶縁膜を除去し、前記第１導電型のエピタキシャル層及び前記第２導電型のガードリング層と前記ポリシリコン膜に接する金属層を形成する工程を含むことを特徴とするショットキバリアダイオードの製造方法。A second conductivity type guard ring layer extending in a layer from the surface of the first conductivity type epitaxial layer formed on the first conductivity type semiconductor substrate is provided in an annular shape, and the first conductivity type epitaxial layer and the A method of manufacturing a Schottky barrier diode in which a metal layer in contact with a second conductivity type guard ring layer is formed,
Forming an insulating film having an annular opening on the first conductive type epitaxial layer;
Forming a polysilicon film on the insulating film including the opening;
A second conductivity type impurity is introduced into the opening from above the polysilicon film, and the polysilicon film is used as a second conductivity type polysilicon film having conductivity, and the polysilicon film and the first conductivity type. Forming an annular second conductivity type guard ring layer extending from the interface of the epitaxial layer to a depth of 0.2 μm to 0.5 μm into the layer of the first conductivity type epitaxial layer ;
Removing the polysilicon film and the insulating film formed on the inner side from the upper surface intermediate portion of the second conductivity type guard ring layer, and the first conductivity type epitaxial layer and the second conductivity type guard ring layer; A method for manufacturing a Schottky barrier diode, comprising: forming a metal layer in contact with the polysilicon film .