JPH10125937A - ショットキーバリア半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ショットキーバリアを形成する実用的な金属
材料が限定されていても、その金属材料と異なる障壁値
を有するショットキーバリア半導体装置を提供する。 【解決手段】 半導体層２の表面に該半導体層と接触し
てショットキーバリアを形成する金属層が設けられてな
るショットキーバリア半導体装置であって、前記半導体
層に接する金属層が少なくとも２種類の金属材料からな
る金属層３ａ、３ｂにより形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体基板上の動作
層とする半導体層上にショットキーバリアを形成する金
属層が設けられるショットキーバリア半導体装置に関す
る。さらに詳しくは、金属層として異なる金属材料を組
み合わせることにより、金属材料により一義的に決まる
障壁値の２種類以上の中間的な障壁値を有するショット
キーバリア半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ショットキーバリアダイオード（以下、
ＳＢＤという）は、スイッチング特性が高速で、順方向
損失が小さいため、高周波用の整流回路に広く用いられ
ている。従来のＳＢＤは、たとえば図６（ａ）〜（ｂ）
に断面説明図およびその平面説明図がそれぞれ示される
ような構造になっている。

【０００３】すなわち、図６において、１はたとえばシ
リコンなどからなるｎ⁺ 型の半導体基板で、２は半導体
基板１の上にエピタキシャル成長された、たとえばｎ^-
型の動作層となる半導体層、３はモリブデン（Ｍｏ）な
どからなり、ショットキーバリアを形成する金属層、４
は金属層３の外周近傍の半導体層２の表面側にｐ型ドー
パントが拡散されて、ショットキー接合の周辺部での耐
圧を向上させるために形成されたガードリングである。
５は半導体層２の表面に熱酸化法またはＣＶＤ法などに
より形成された、たとえばＳｉＯ₂ などからなる絶縁膜
である。金属層３は図３（ｂ）に平面図が示されるよう
に、周囲が絶縁膜５の上にかかるように、動作領域の半
導体層２の表面の全面に一様に設けられている。

【０００４】この金属層３と半導体層２とのショットキ
ー接合により得られるＳＢＤの順方向電圧Ｖ_F や逆方向
のリーク電流Ｉ_R の特性は、金属材料と半導体層との固
有の障壁値により、図７に示されるように変化する。こ
の種のショットキー接合を得るための金属材料として
は、取扱い易さ、経済性、信頼性などの点からチタン
（Ｔｉ）とＭｏが実用的に用いられるが、このＴｉとｎ
型シリコン半導体層との障壁値は０.６±０.０２ｅＶ程
度で、Ｍｏのそれは０.７±０.０２ｅＶ程度であり、そ
の中間の特性が要求される場合に適当な金属材料がな
く、所望の特性のＳＢＤが得られない。すなわち、クロ
ムやタングステンなどの金属材料では、酸化しやすく、
また割れやすいという問題があり、実用的でない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
ショットキーバリアを形成する実用的な金属材料として
は、取扱い易さや経済性などにより、ある程度限定さ
れ、そのショットキー特性もその材料により決まり、そ
の中間の特性のショットキーバリア半導体装置を得るこ
とができないという問題がある。

【０００６】本発明はこのような問題を解決するために
なされたもので、ショットキーバリアを形成する実用的
な金属材料が限定されていても、その金属材料と異なる
障壁値を有するショットキーバリア半導体装置を提供す
ることを目的とする。

【０００７】本発明の他の目的は、前述の任意の障壁値
を得ると共に、逆方向特性である耐圧が高く、かつ、順
方向電圧の低いショットキーバリア半導体装置を提供す
ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によるショットキ
ーバリア半導体装置は、半導体層の表面に該半導体層と
接触してショットキーバリアを形成する金属層が設けら
れてなるショットキーバリア半導体装置であって、前記
半導体層に接する金属層が少なくとも２種類の金属材料
からなっている。

【０００９】この構造にすることにより、高価な白金や
酸化しやすくて割れやすいクロムなどの金属材料を使用
しなくても、所望のショットキー特性を有するショット
キーバリア半導体装置となる。しかも、２種類以上の金
属層の面積比を調整することにより、用いられる金属の
障壁値の中間のどの障壁値にもすることができ、単独の
金属では得られないショットキー特性を得ることができ
る。

【００１０】前記半導体層が、該半導体層と同じ導電型
で該半導体層の不純物濃度より高い不純物濃度の高濃度
不純物領域の表面側に設けられ、前記半導体層の前記金
属層の外周部に該半導体層と異なる導電型のガードリン
グが形成され、動作領域における前記金属層と前記高濃
度不純物領域との間の前記半導体層の厚さが、前記ガー
ドリングの底面と前記高濃度不純物領域との間の前記半
導体層の厚さより小さく形成されていることが好まし
い。そのような構成にすることにより、動作領域におけ
る不純物濃度が低い半導体層は薄く、動作抵抗が小さく
なる。また、ガードリングと半導体層とのｐｎ接合部の
半導体層は不純物濃度が低く、その厚さが厚いため、空
乏層を充分に広くして大きな耐圧が得られる。

【００１１】ここに高濃度不純物領域とは、バリア金属
層と接する半導体層より不純物濃度が高く形成された半
導体基板、埋込層その他の不純物が拡散されて不純物濃
度が前記半導体層より高くされた領域を意味する。ま
た、動作領域とは、金属層と半導体層との間でショット
キーバリアが形成される領域の他、その下部の半導体基
板までを含む意味である。

【００１２】前記動作領域における前記半導体層の表面
と前記ガードリングの表面とが同一面に形成されること
により、段差に伴う金属層の段切れが生じて耐圧が低く
なったり、電極金属によるショート不良が発生するのを
防止することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】つぎに、図面を参照しながら本発
明のショットキーバリア半導体装置およびその製法につ
いて説明をする。

【００１４】図１は本発明のショットキーバリア半導体
装置の一実施形態であるＳＢＤの断面説明図である。図
１において、１はたとえば不純物濃度が１×１０¹⁹程度
のｎ ⁺ 型のシリコンからなり、厚さがたとえば２００〜
２５０μｍ程度の半導体基板で、その上に動作層となる
不純物濃度がたとえば１×１０¹⁵程度のｎ^- 型の半導体
層２が、たとえば４〜５μｍ程度の厚さに形成されてい
る。半導体層２の動作領域となる部分の外周部の表面に
ガードリング４とするｐ⁺ 型領域が２μｍ程度の深さに
設けられている。ガードリング４は、ショットキーバリ
アを形成する金属層の周辺部での逆方向特性である耐圧
が中心部のそれに比して小さくなる現象があるため、周
辺部での耐圧を向上させるために形成されている。この
ガードリング４が設けられることにより、ショットキー
接合周辺部での耐圧はガードリング４部のｐｎ接合によ
り支配され、ｐｎ接合部での耐圧を強くすることによ
り、ショットキーバリア半導体装置の耐圧を強くするこ
とができる。

【００１５】そのガードリング４上にかかるように、半
導体層２の表面にチタン（Ｔｉ）とモリブデン（Ｍｏ）
のような半導体層とショットキーバリア（ショットキー
接合）を形成する金属層３（第１の金属層であるＴｉ金
属層３ａ、第２の金属層であるＭｏ金属層３ｂ）が設け
られている。すなわち、図１に示される例では、図１
（ｂ）に平面図が示されるように、半導体層２の動作領
域の表面の外周部にＴｉ金属層３ａが設けられ、その中
心部にＭｏ金属層３ｂがそれぞれ連続するように半導体
層２の動作領域表面に設けられている。Ｔｉ金属層３ａ
およびＭｏ金属層３ｂの上には銀（Ａｇ）またはアルミ
ニウム（Ａｌ）などのオーバーメタル６が設けられ、両
金属層３ａ、３ｂが完全に電気的に接続されている。こ
のオーバーメタル６は、図１（ａ）に示されるように、
金属層３ａの側部も覆うように設けられることが、薄い
金属層３ａに傷がついてショートするなどの危険性を防
ぐ点からも好ましい。また、図示されていないが、半導
体基板１の裏面にはＮｉやＡｕなどからなる電極が形成
される。なお、５は絶縁膜である。

【００１６】以上のように、本発明のショットキーバリ
ア半導体装置では、半導体層２とショットキーバリアを
形成する金属層として、異なる２種類の材料の金属層３
ａ、３ｂが用いられ、その２種類の金属層３ａ、３ｂが
半導体層２の表面に電気的に接続して設けられているこ
とに特徴がある。

【００１７】つぎに、このショットキーバリア半導体装
置の作用について説明をする。前述のように、半導体層
２と接する金属層の材料によって半導体との間の障壁値
が異なり、順方向電圧Ｖ_F や逆方向リーク電流Ｉ_R など
のショットキー特性が異なる。したがって、図１に示さ
れるように、Ｔｉ金属層３ａと、Ｍｏ金属層３ｂとから
なるショットキーバリア半導体装置では、図１（ｃ）に
等価回路が示されるように、Ｔｉからなる金属層のＳＢ
Ｄ１とＭｏからなる金属層のＳＢＤ２とが並列に接続さ
れたショットキーバリア半導体装置と同様に作用する。
したがって、ショットキー特性はその中間の特性とな
り、両金属層３ａ、３ｂの面積が等しければ、 Ｖ_F ＝（Ｖ_F1＋Ｖ_F2）／２、Ｉ_R ＝（Ｉ_R1＋Ｉ_R2）／２ の特性となる。なお、添字の１はＳＢＤ１の特性、添字
の２はＳＢＤ２の特性をそれぞれ示す。障壁値も両者の
平均値になり、たとえば前述のＭｏとＴｉとをそれぞれ
等面積になるように形成すると、障壁値φ_b はＭｏとＴ
ｉとの平均の０.６５ｅＶ付近となり、この障壁値の順
方向電圧Ｖ_F および逆方向のリーク電流Ｉ _R の特性が得
られる。

【００１８】両金属層の面積が等しくなければ、それぞ
れの面積比に応じて面積の大きい方の金属層の特性に近
くなり、その中間の所望の特性のショットキーバリア半
導体装置が得られる。すなわち、一方のＳＢＤ１の金属
層の面積をＳ１、他方のＳＢＤ２の面積をＳ２とする
と、そのショットキーバリア半導体装置の特性は、 Ｖ_F ＝Ｖ_F1・Ｓ１／（Ｓ１＋Ｓ２）＋Ｖ_F2・Ｓ２／（Ｓ
１＋Ｓ２） Ｉ_R ＝Ｉ_R1・Ｓ１／（Ｓ１＋Ｓ２）＋Ｉ_R2・Ｓ２／（Ｓ
１＋Ｓ２） の特性となる。その結果、それぞれの面積Ｓ１、Ｓ２を
調整することにより、２つの金属のショットキー特性の
間の所望の特性のショットキーバリア半導体装置が得ら
れる。

【００１９】図１に示される例では、第１の金属層（Ｔ
ｉ金属層３ａ）の中心部に第２の金属層（Ｍｏ金属層３
ｂ）が設けられるパターンであるが、この第１の金属層
と第２の金属層とのパターンはこの例に限定されるもの
ではなく、単純に縦または横に２分したパターンで形成
されてもよいし、格子状に区切って１つの矩形ごとに第
１および第２の金属を交互に設ける構造にしてもよい。
また２種類以上の金属層が分離して半導体層上に設けら
れてその両者が電気的に接続されてもよい。第１および
第２の金属層のそれぞれの全面積により前述のように特
性が定まり、そのパターン形状には影響を受けない。ま
た、以上の例では、２種類の金属の組み合わせであった
が、３種類以上の金属を組み合わせても同様に中間の特
性を有するショットキーバリア半導体装置が得られる。

【００２０】つぎに、このショットキーバリア半導体装
置の製法について、図２を参照しながら説明をする。

【００２１】まず、図２（ａ）に示されるように、不純
物濃度が１×１０¹⁹程度と高く、厚さが５００μｍ程度
のｎ型の半導体基板１の表面に不純物濃度が１×１０¹⁴
〜１×１０¹⁶程度のｎ^- 型半導体層２を４〜５μｍ程度
エピタキシャル成長して堆積する。その後、熱酸化法な
どにより動作領域の外周部に開口部を有するマスク１１
を形成し、ボロンなどのｐ型不純物をたとえば１１８０
℃程度で１〜５時間程度拡散しガードリング４を形成す
る。

【００２２】つぎに、図２（ｂ）に示されるように、動
作領域の半導体層２およびガードリング４の一部が露出
するように、絶縁膜５をパターニングし、全面に第１の
金属であるＴｉを、たとえば真空蒸着により、０.０１
〜１μｍ程度成膜する。そして、その周囲がガードリン
グ４上にかかり、また中心部に矩形状の貫通孔１２が形
成されるようにパターニングをし、Ｔｉ金属層３ａを形
成する。

【００２３】つぎに、図２（ｃ）に示されるように、全
面に第２の金属であるＭｏを、たとえば同様の真空蒸着
により０.０１〜１μｍ程度成膜し、前述のＴｉ金属層
３ａの貫通孔１２により露出した半導体層２の表面にの
み残るようにパターニングする。この際、エッチング液
としてＭｏを腐食するが、Ｔｉを腐食しないエッチング
液を使用することにより、Ｍｏの膜のみがパターニング
されてＭｏ金属層３ｂがＴｉ金属層３ａの中心部の貫通
孔１２内に形成される。その後、全面にＡｇまたはＡｌ
を真空蒸着などにより成膜し、両金属層３ａ、３ｂを覆
うようにパターニングすることにより、図１（ａ）に示
されるような断面構造のＳＢＤが得られる。この後、半
導体基板１の裏面を研磨して薄くし、その裏面にＡｕま
たはＮｉなどの電極材料を蒸着し各チップにダイシング
することにより、ＳＢＤのチップが形成される。

【００２４】図３〜５に示される例は、前述のショット
キーバリアを形成する金属層を２種類以上使用してその
障壁値を調整しながら、耐圧が高く、かつ、順方向電圧
を低くすることができるショットキーバリア半導体装置
の構造例である。

【００２５】図３に示される例は、図１に示される構造
の動作領域部で半導体基板１と半導体層２との境界部か
ら半導体層２の表面近傍までの領域に同じ導電型で不純
物濃度が高い埋込層７が設けられている。その結果、動
作領域においては第１および第２の金属層、すなわちＴ
ｉ金属層３ａおよびＭｏ金属層３ｂと高濃度不純物領域
（埋込層７）との距離ｄ₂ が、ガードリング４の底面と
高濃度不純物領域（半導体基板１）との距離ｄ₁ より小
さく形成されていることに特徴がある。他の構造は図１
に示される構造と同じで、図１と同じ符号を付してその
説明を省略する。なお、オーバーメタルは図示されてい
ない。

【００２６】この構造にすることにより、動作領域にお
ける不純物濃度が低い半導体層２の厚さｄ₂ が、たとえ
ば１μｍ程度と薄くでき、その下の図示しない電極に至
るまでは不純物濃度が高い埋込層７および半導体基板１
であるため順方向電圧を非常に低くすることができる。
すなわち、ショットキーバリアを形成する半導体層２の
不純物濃度が高いとオーミック接触となってショットキ
ーバリアが得られないが、接触部以外は不純物濃度を低
くする必要がなく、その半導体層２を薄くすることによ
り、動作抵抗を下げている。一方、耐圧はとくにその周
囲が弱く、ガードリング４が設けられることにより、そ
の周囲における耐圧はｐｎ接合部における耐圧で支配さ
れている。このｐｎ接合部の耐圧は不純物濃度が低い半
導体層２の半導体基板１までの厚さｄ₁ が大きいほど空
乏層が広がって高い耐圧が得られるが、図３に示される
例では、この部分には埋込層７が設けられていないた
め、充分に高い耐圧が得られる。その結果、高耐圧で順
方向電圧の低いショットキーバリア半導体装置が得られ
る。

【００２７】図４に示される例は、構造的には図３に示
される例と同じで、動作領域においてはＴｉ金属層３ａ
およびＭｏ金属層３ｂと高濃度不純物領域１ａとの距離
ｄ₂が、ガードリング４の底面の低濃度不純物領域（半
導体基板１ｂ）の厚さより小さく形成されている。この
例は、あらかじめ不純物濃度の低いｎ^- 型半導体基板１
の動作領域部に基板の両面から基板と同じ導電型の不純
物を導入して高濃度不純物領域（ｎ⁺ 型半導体領域）１
ａを形成し、その上に不純物濃度が低いｎ^- 型の半導体
層２をエピタキシャル成長することにより、前述の構造
としたものである。こうすることにより、エピタキシャ
ル成長する半導体層２を薄くして動作領域部での金属層
と高濃度不純物領域との間隔を小さくすることができる
と共に、ガードリング４部は拡散領域がなく、不純物濃
度が低い半導体基板１ｂに形成される。その結果、図３
の例と同様に、高耐圧で順方向電圧の低いショットキー
バリア半導体装置が得られる。

【００２８】図５に示される例は、金属層３ａ、３ｂと
接する半導体層に必要な低い不純物濃度のｎ^- 型半導体
基板の裏面からｎ型の不純物を動作領域部で深く、両端
部で浅く拡散されるように選択拡散をし、高濃度不純物
領域１と半導体層２とを形成したものである。その結
果、半導体層２は動作領域部では浅く、その外周部では
深く形成され、その深く形成された半導体層２にガード
リング４が形成されている。そのため、動作領域部での
金属層３ａ、３ｂと高濃度不純物領域１との間隔ｄ₂ が
ガードリング４の下面と高濃度不純物領域１との間隔ｄ
₁ より小さく形成され、図３〜４と同様の構造になり、
高耐圧で順方向電圧の低いショットキーバリア半導体装
置が得られる。

【００２９】図３〜５に示される構造は、いずれも動作
領域部の半導体基板の表面をエッチングすることにより
半導体層を薄くしていないため、動作領域における半導
体層２の表面とガードリング４の表面とが同一面に形成
され、段差に伴う金属層の段切れが生じて耐圧が低くな
ったり、電極金属によるショート不良が発生するのを防
止することができる。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、半導体層とショットキ
ーバリアを形成する金属層として２種類以上の金属が半
導体層とそれぞれ接するように設けられているため、そ
れぞれの金属層と半導体層とが接触する面積比を変える
ことにより、それぞれの金属層固有の障壁値の中間的な
障壁値が得られる。

【００３１】その結果、白金のような高価な金属材料を
使用しなくて、しかも酸化しにくく、応力にも強くて扱
いやすい金属材料を使用しながら所望のショットキー特
性が得られ、安価で信頼性の高い高性能のショットキー
バリア半導体装置が得られる。

【００３２】さらに、バリア金属層と接する半導体層を
動作領域部で浅く、ガードリング部で深くなるように形
成することにより、前述の所望の障壁値が得られると共
に、高耐圧で順方向電圧の低いショットキーバリア半導
体装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のショットキーバリア半導体装置の一実
施形態の説明図である。

【図２】図１のショットキーバリア半導体装置の製造工
程を示す図である。

【図３】図１のショットキーバリア半導体装置の半導体
層部の変形例を示す図である。

【図４】図１のショットキーバリア半導体装置の半導体
層部の変形例を示す図である。

【図５】図１のショットキーバリア半導体装置の半導体
層部の変形例を示す図である。

【図６】従来のショットキーバリア半導体装置の説明図
である。

【図７】半導体層と金属層との間の障壁値と順方向電圧
Ｖ_F および逆方向のリーク電流Ｉ_R との関係図である。

【符号の説明】

１ 半導体基板 ２ 半導体層 ３ａ 第１の金属層（Ｔｉ金属層） ３ｂ 第２の金属層（Ｍｏ金属層） ４ ガードリング

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体層の表面に該半導体層と接触して
   ショットキーバリアを形成する金属層が設けられてなる
   ショットキーバリア半導体装置であって、前記半導体層
   に接する金属層が少なくとも２種類の金属材料からなる
   ショットキーバリア半導体装置。
2. 【請求項２】 前記半導体層が、該半導体層と同じ導電
   型で該半導体層の不純物濃度より高い不純物濃度の高濃
   度不純物領域の表面側に設けられ、前記半導体層の前記
   金属層の外周部に該半導体層と異なる導電型のガードリ
   ングが形成され、動作領域における前記金属層と前記高
   濃度不純物領域との間の前記半導体層の厚さが、前記ガ
   ードリングの底面と前記高濃度不純物領域との間の前記
   半導体層の厚さより小さく形成されてなる請求項１記載
   のショットキーバリア半導体装置。
3. 【請求項３】 前記動作領域における前記半導体層の表
   面と前記ガードリングの表面とが同一面に形成されてな
   る請求項２記載のショットキーバリア半導体装置。