JP5047596B2 - ショットキバリア半導体装置 - Google Patents
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Description
本実施形態は、本発明のショットキバリア半導体装置をショットキバリアダイオードに適用した場合を説明するための実施形態である。
実施形態に係るショットキバリアダイオード100は、図1に示すように、n++型シリコン基体110(第1導電型の第1半導体層)と、n++型シリコン基体110の上面に形成され、n++型シリコン基体110が含有するn型不純物よりも低濃度のn型不純物を含有するn−型エピタキシャル層112(第1導電型の第2半導体層)と、n−型エピタキシャル層112の上面に形成されたバリア金属層118とを備え、n−型エピタキシャル層112の表面にp+型ガードリング114(第2導電型のガードリング)が形成されたショットキバリアダイオードである。
実施形態に係るショットキバリアダイオード100は、図2及び図3に示すように、以下の工程(a)〜工程(h)を行うことによって製造することができる。
n++型シリコン基体110(厚さ:400μm、不純物濃度:2×1019cm−3)の上面にn−型エピタキシャル層112(厚さ:30μm、不純物濃度:8.86×1014cm−3)が形成されたシリコン基板を準備する(図2(a)参照。)。
n−型エピタキシャル層112の所定領域にp型不純物としてのボロンイオンを打ち込み、その後所定の熱処理を行ってp+型ガードリング114(深さ:7.0μm、表面不純物濃度:1.0×1018cm−3を形成する(図2(b)参照。)。
n−型エピタキシャル層112の所定領域にn型不純物としてのリンイオンを打ち込み、その後所定の熱処理を行ってn+型半導体領域124(深さ:1.0μm、表面不純物濃度:1.09×1016cm−3)を形成する(図2(c)参照。)。
n−型エピタキシャル層112の上面にシリコン酸化膜等からなる絶縁層を形成し、その後所定の開口部を形成して絶縁層116を形成する(図2(d)参照。)。
絶縁層116の開口部に、白金膜からなるバリア金属層118を形成する(図3(a)参照。)。
バリア金属層118を覆うように、蒸着法により、モリブデン膜及びニッケル膜等の積層膜からなるアノード電極層120を形成する(図3(b)参照。)。
フォトリソグラフィ及びエッチングにより、アノード電極層120の所定部分(チップ周辺部)を除去して、アノード電極層120を整形する(図3(c)参照。)。
n++型シリコン基体110の下面にチタン膜、ニッケル膜及び銀膜の積層膜からなるカソード電極層122を形成する(図3(d)参照。)。
実施形態に係るショットキバリアダイオード100によれば、n−型エピタキシャル層112の表面におけるp+型ガードリング114に囲まれた領域には、n−型エピタキシャル層112が含有するn型不純物よりも高濃度のn型不純物を含有するn+型半導体領域124が形成されているため、ショットキ接合から注入されるホールの量を減少させることにより、逆回復時間を短くすることが可能となる。
試験例1は、220V耐圧構造のショットキバリアダイオードにn+型半導体領域を形成しても逆方向耐圧に影響を与えないことを示す試験例である。試験は、220V耐圧構造のショットキバリアダイオードにn+型半導体領域を形成してあるもの(試験例1)及び220V耐圧構造のショットキバリアダイオードにn+型半導体領域を形成していないもの(比較例1)で、逆バイアス電圧を印加したときの逆方向リーク電流をシミュレーションすることによって行った。
試験例2は、150V耐圧構造のショットキバリアダイオードにn+型半導体領域を形成しても逆方向耐圧に影響を与えないことを示す試験例である。試験は、150V耐圧構造のショットキバリアダイオードにn+型半導体領域を形成してあるもの(試験例2)及び150V耐圧構造のショットキバリアダイオードにn+型半導体領域を形成していないもの(比較例2)で、逆バイアス電圧を印加したときの逆方向リーク電流をシミュレーションすることによって行った。
試験例3は、高耐圧ショットキバリアダイオードに形成するn+型半導体領域の深さが、逆方向耐圧に与える影響を明らかにするための試験例である。試験は、220V耐圧構造のショットキバリアダイオードに深さを変化させてn+型半導体領域を形成してあるもの(試験例3−1)及び150V耐圧構造のショットキバリアダイオードに深さを変化させてn+型半導体領域を形成してあるもの(試験例3−2)における逆方向耐圧をシミュレーションすることによって行った。
試験例4は、高耐圧ショットキバリアダイオードに形成するn+型半導体領域の不純物濃度が、逆方向耐圧に与える影響を明らかにするための試験例である。試験は、220V耐圧構造のショットキバリアダイオードに表面不純物濃度を変化させてn+型半導体領域を形成してあるもの(試験例4−1)及び150V耐圧構造のショットキバリアダイオードに表面不純物濃度を変化させてn+型半導体領域を形成してあるもの(試験例4−2)における逆方向耐圧をシミュレーションすることによって行った。
試験例5は、高耐圧ショットキバリアダイオードに形成するn+型半導体領域の不純物濃度が、逆回復時間に与える影響を明らかにするための試験例である。試験例5においては、逆回復時間を推定する指標として単位整流面積当たりのホール量(単位整流面積当たりのホール量が少なくなれば逆回復時間は短くなる。)を用いた。試験は、高耐圧のショットキバリアダイオードにn+型半導体領域を形成してあるもの(試験例5−1〜試験例5−3)及び高耐圧のショットキバリアダイオードにn+型半導体領域を形成していないもの(比較例5−1〜比較例5−3)の両方について、n+型半導体領域の表面不純物濃度を変化させたときの単位整流面積当たりのホール量をシミュレーションすることによって行った。また、試験は、バリア金属層として、バリアハイトΦBが0.72eV、0.78eV及び0.84eVのものについて行った。
試験例5−2に係るショットキバリアダイオードにおいては、試験例5−1に係るショットキバリアダイオードにおけるバリア金属層を、バリアハイトΦBが0.78eVのバリア金属層(例えば、白金・ニッケル合金や白金シリサイドからなるバリア金属層。)に代えたものを用いた。
試験例5−3に係るショットキバリアダイオードにおいては、試験例5−1に係るショットキバリアダイオードにおけるバリア金属層を、バリアハイトΦBが0.72eVのバリア金属層(例えば、パラジウムからなるバリア金属層。)に代えたものを用いた。
比較例5−2に係るショットキバリアダイオードは、試験例5−2に係るショットキバリアダイオードからn+型半導体領域を除いたものである。
比較例5−3に係るショットキバリアダイオードは、試験例5−3に係るショットキバリアダイオードからn+型半導体領域を除いたものである。
Claims (3)
- シリコンを半導体材料として用いたショットキバリア半導体装置であって、
第1導電型の第1半導体層と、
前記第1導電型の第1半導体層の上面に形成され、前記第1導電型の第1半導体層が含有する第1導電型の不純物よりも低濃度の第1導電型の不純物を含有する第1導電型の第2半導体層と、
前記第1導電型の第2半導体層の上面に形成された、白金膜からなるバリア金属層と、
前記バリア金属層の上方に形成された、モリブデン膜及びニッケル膜の積層膜からなるアノード電極層とを備え、
前記第1導電型の第2半導体層の表面には、第2導電型のガードリングが形成され、
前記第1導電型の第2半導体層の表面における前記第2導電型のガードリングに囲まれた領域には、前記第1導電型の第2半導体層が含有する第1導電型の不純物よりも高濃度の第1導電型の不純物を含有する第1導電型の半導体領域が形成され、
前記第1導電型の半導体領域の深さは、0.5μm〜1μmの範囲内にあり、
前記第1導電型の半導体領域の表面不純物濃度は、1.4×10 16 cm −3 以下であることを特徴とするショットキバリア半導体装置。 - 請求項1に記載のショットキバリア半導体装置において、
前記第1導電型の半導体領域の深さは、前記第2導電型のガードリングの深さよりも浅いことを特徴とするショットキバリア半導体装置。 - 請求項1又は2に記載のショットキバリア半導体装置において、
前記ショットキバリア半導体装置は、150V以上の逆方向耐圧を有するショットキバリアダイオードであることを特徴とするショットキバリア半導体装置。
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