KR910008712B1 - 쇼트키배리어 반도체장치 - Google Patents

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KR910008712B1 KR1019880015818A KR880015818A KR910008712B1 KR 910008712 B1 KR910008712 B1 KR 910008712B1 KR 1019880015818 A KR1019880015818 A KR 1019880015818A KR 880015818 A KR880015818 A KR 880015818A KR 910008712 B1 KR910008712 B1 KR 910008712B1
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히데유끼 이찌노사와
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산켄 덴끼 가부시끼가이샤
고타니 고오이찌
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Abstract

내용 없음.

Description

쇼트키배리어 반도체장치
제1도는 본 발명의 제1의 실시예에 관한 쇼트키배리어 다이오드를 제조공정순으로 나타낸 단면도.
제2도는 제1d도의 상태를 보여주는 평면도.
제3도는 제1e도의 쇼트키배리어 다이오드의 역전압-역전류 특성도.
제4도는 공핍층을 모형적으로 보여주는 쇼트키배리어 다이오드의 일부확대단면도.
제5도는 제2실시예의 쇼트키배리어 다이오드를 보여주는 단면도.
제6도는 제3실시예의 쇼트키배리어 다이오드를 보여주는 단면도.
제7도는 제4실시예의 쇼트키배리어 다이오드를 보여주는 단면도.
제8도는 제5실시예의 쇼트키배리어 다이오드를 보여주는 단면도.
제9도는 제6의 실시예의 쇼트키배리어 다이오드를 보여주는 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
22 : n+형 영역 23 : n형 영역
24a : Ti 박층 25a : Al층
26 : 오오믹전극 27 : 배리어금속전극
28 : 티탄산화물박층 29 : 절연층
본 발명은 고내압의 쇼트키배리어 반도체장치에 관한 것이다.
쇼트키배리어 다이오드는, 고속응답성(고속스위칭특성)의 우수성 및 저손실의 이점을 살려서 고주파 정류회로 등에 널리 이용되고 있다.
그러나, 쇼트키배리어 다이오드는 주변내압(쇼트키배리어의 주변에서의 내압)이 벌크 내압(쇼트키배리어의 중앙부에서의 내압)에 비하여 저하하는 현상이 현저하고 고내압화가 어렵다는 문제를 가지고 있다.
이 문제를 해결하기 위하여 피일드 플레이트를 설치하는 일, 또는 가아드링을 설치하는 것은 예컨데 미국의 에스.엠.지이(S.M.Sze)의 저서인「피직스 오브 세미콘딕터 디바이스」제2판 등에서 알려지고 있다.
또한, 피일드 플레이트와 가아드링의 양쪽을 사용하는 것도 이미 행하여지고 있다.
피일드 플레이트 구조의 쇼트키배리어 다이오드는 n+형 반도체 영역과 이위에 형성된 n형 반도체 영역과, 이 n형 반도체 영역의 위에 형성된 쇼트키배리어 형성 가능한 금속전극(이하 배리어 금속전극이라고칭함)과 n형 반도체 영역상에 배리어 금속전극을 포위하도록 형성된 절연층과 이 절연층상에 설치되고 또한 배리어 금속전국에 접속된 피일드 플레이트와 n+형 반도체 영역에 접속된 오오믹전극과로 이루어진다.
배리어 금속전극과 오오믹전극과의 사이에 역전압을 인가하면 배리어 금속전국과 n형 반도체 영역과의 사이에 공간층이 생기는 동시에, 피일드 플레이트의 하부의 n형 반도체 영역에도 피일드 플레이트의 전계효과에 의하여 공핍층이 발생하고, 배리어 금속전극의 주변부에 전계가 집중하는 것이 완화되고, 쇼트키배리어의 주변내압이 향상한다.
그러나 전계의 집중을 양호하게 완화하고 내압을 대폭적으로 향상시키는 것은 실제상 곤란하였다.
한편, 카아드링 구조의 쇼트키배리어 다이오드는 평면적으로 보아 배리어 금속전극의 주변에 접속되는 동시에 배리어 금속 전극을 둘러싸도록 배치된 p+형 반도체영역으로 이루어지는 가아드링을 가지고 있다.
가아드링의 p+형 반도체영역은 n형 반도체영역과 PN 접합을 형성하고, 이 PN접합에 역방향전압이 인가되면 쇼트키배리어의 주변보다도 효과적으로 공핍층이 넓어진다.
이 결과, 배리어 금속전극의 주변내압을 향상시킬 수가 있다.
그러나, 쇼트키배리어 다이오드와 PN 접합 다이오드를 병열배치한 구조로 되기 때문에, 순방향전압을 인가해서 순방향전류를 통하게 했을 때에 PN 접합 부분에 있어서 소수 캐리어의 주입이 발생하고, 쇼트키배리어 다이오드의 장점 중의 하나인 고속응답성이 저하한다.
따라서, 본 발명의 목적은 고속응답성을 확보하면서 고내압화가 가능한 쇼트키 배리어 반도체장치를 제공하려는 데 있다.
상기 문제점을 해결하고, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 반도체 영역과, 반도체 영역사이에 쇼트키배리어가 생길 수 있도록 반도체 영역상에 형성된 배리어 금속전극과 배리어 금속전극을 포위하도록 반도체 영역상에 배치되고 또 배리어 금속전극에 전기적으로 접속되며 또 배리어 금속전극보다 큰 시이트저항을 가지고 또한 반도체 영역사이에 쇼트키배리어가 생길 수 있도록 형성된 박층을 구비한 쇼트키 배리어 반도체장치를 제공한다.
상기 발명에 있어서, 배리어 금속전극과 반도체영역과의 사이에 역전압이 인가되었을 때에, 배리어 금속전극과 반도체영역과의 사이의 쇼트키배리어에 기인하는 공간층과, 박층과 반도체 영역 사이의 쇼트키배리어에 기인하는 공간층이 발생한다.
박층은 배리어 금속전극을 포위하고 있으므로, 티탄산화물박층이 배리어 금속전극에 인접하여 포위하고 있는 경우에는 이들에 기인하는 공간층이 서로 연속하고, 또한 후술하는 변형예에 제시하는 바와 같이 배리어 금속전극을 둘러 쌓도록 p+형영역의 가아드링이 설치되어 있는 경우에는, 이 가아드링의 PN 접합에 기인하는 공간층을 통하여 티탄산화물층과 배리어 금속전극의 2개의 공간층을 연속한다.
배리어 금속전극과 박층과의 양쪽이 반도체 영역과의 사이에 쇼트키배리어를 생성하고, 또한 박층이 저항체이기 때문에 박층의 내주쪽으로부터 외주쪽으로 향하여 전위가 서서히 변화하는 전위경사가 생긴다.
이 결과, 배리어 금속전극의 둘레 가장자리부에 전극이 집중하지 않는 공핍층의 넓이를 얻을 수 있으며, 내압이 대폭적으로 향상한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서는 역전압인시에, 박층의의주단의 미소영액에서 브페이크 다운이 생기고, 이에 기인하여 역전류가 박층중을 흐른다.
이 미소 브레이크 다운에 기인하는 역전류는 박층이 저항체이기 때문에 억압되어서 좀처럼 크게되지 않는다.
박층의의주단으로부터 내주단으로 향하여 전류가 흐르면, 박층은 저항체이기 때문에 전경사가 생기고, 전계집중을 양호하게 완화하는 공핍층이 얻어진다.
본 발명의 제1의 실시예에 관한 쇼트키배리어 다이오드 및 그의 제조방법을 제1a-e도, 제2도 및 제3동에 의거하여 설명한다.
먼저, 제1a도에서와 같이, GaAs(비화칼룸)으로 이루어지는 반도체기판(21)을 마련한다.
반도체기판(21)은, 두께 300㎛, 불순물농도 0.5-2×1018㎝-3의 n+형 영역 (22)의 위에, 두께 10-20㎛, 불순물농도 1-2×1015㎝-3의 n형 영역(23)을 에피랙셜 성장시킨 것이다.
다음에 제1b도에서와 같이, n형 GaAs로 이루어지는 n형 영역(23)의 상면전체에 Ti(티탄)의 박층(24)즉 Ti박막을 진공증착 형성하고, 더욱이 그의 상면전체에 Al(알루미늄)층(25)을 연속하여 진공층착한다.
Ti박층(24)의 두께는 50Å-200Å(0.005-0.02㎛)로서 극히 엷다.
Al층(25)의 두께는 약 2㎛로서 Ti박층(24)의 100배 이상이다.
더욱이 n+l형 영역(22)의 하면에 Au(금)-Ge(게트마늄)의 합금으로 이루어지는 오오믹접촉의 전극(26)을 진공증착에 의하여 형성하고, 그후 380℃ 10초간의 열처리를 행한다.
다음에 제1c도에서와 같이, 포오토에칭에 의하여 Al층(25)의 일부를 예칭제거하고, 주순(主順)전류통로되는 쇼트키배리어를 형성하게 되는 영역에 대응시켜서 Al층(25a)을 잔존시킨다.
다시 포오토에칭에 의하여 소자의 주변영역으로부터 Ti 박층(24)을 제거하고, Al층(25a)의 하부에 있는 Ti박층(24a)와 이것을 인접해서 포위하는 박층(24b)를 잔존시킨다.
Ti박층(24b)는, Ti자체는 도체일지라도 극히 얇은 막이이 때문에 시트저항 20-400Ω/□의 저항층으로 되어 있으며, Al층(25a)에 비하면 자리수를 달리할 정도로 고저항이다.
다음에, 공기증에서 300℃, 5-30분간의 열처리를 함으로써, 제1d도에서와 같이, Al층(25a)로 피복되어 있지 않는 Ti박층(24b)산화되어 치탄의 산화물의 박층(28)으로 되지만, Al(25a)의 하부의 Ti박층(24a)는 Al층(25a)에 가리워져 있으므로 산화되지 않는다.
Al과 Ti의 양쪽이 모두 GaAs와의 사이에 쇼트키배리어를 형성하는 금속이므로, 이들을 합쳐서 배리어 금속전극(27)이라고 칭하도록 한다.
Ti박층(24a)은 극히 엷은 막이므로 Ti박층(24a)와 Al층(25a)가 쇼트키배리어의 형성에 각기 어떻게 관여하고 있는가는 반드시 명백하지 않다.
더욱이, 쇼트키 배리어의 형성이의의 역할로서, Ti박층(24a)은 Al층(25a)의 n형 영역(23)에로의 밀착성의 향상에 기여하고, 나아가서, 배리어 금속전극(27)을 링형상으로 둘러싼 티탄산화물 박층(28)과 Al층 (25a)와의 전기적 접속에 기여한다.
배리어 금속전극(27)의 시이트 저항은 1Ω/□이하임이 바람직하며, 이 실시예에서는 약 0.05Ω/□이다.
제1d도 및 제2도에서와 같이 Al층(25a)를 포위하도록 설치된 본 발명에 따르는 티탄산화물 박층(28)은 Ti박층(24b)의 두께보다도 증대하여 개략적으로 75Å-300Å이며, 시이트저항이 50MΩ-500MΩ/□라는 반절연성의 고저항층이다.
즉, 티탄산화물 박층(28)은 완전한 절연물이라고 간주되는 Tio2(2산화티탄)가 아니라, Tio2보다도 산소가 적은소위 산소가 결핍된 티탄산화물 Tiox(단, X는 2보다도 적은수)로 되어 잇는 것으로 생각된다.
다음에 제1e도에서와 같이 티탄산화물 박층(28)의 윗쪽을 절연층(29)으로 피복해서 쇼트키배리어를 갖는 반도체칩 즉 전력용 쇼트키배리어 다이오드 칩을 완성시킨다.
더욱이 절연층(29)은 플라스마 CVD(chemical vapor deposition)법에 의하여 형성한 실리콘 산화학으로 형성된다.
절연층(29)은 폴라스마CVD 또는 광CVD법으로 형성한 실리콘 질화막이나 도포법에 의하여 형성한 플리이미드(polyimide)계수지막등으로 대치할 수도 있으나, 플라스마 CVD법 또는 광 CVD법에 의하여 형성한 실리콘 산화막이 적합하였다.
도시하지 않았지만, Al층(25a)의 상면에 예컨대 Ti층과 Au층과를 순차로 설치하여 이것을 리드부재에 대한 접속용 전극이 되게 하는 것이 보통이다.
제2도의 각부의 치수를 예시하면 다음과 같다.
배리어 금속 전극(27)의 폭 a는 약9000㎛, 티탄산화물박층(28)의 폭 b는 약 150㎛, 티탄산화물박층(28)과 n형영역(23)의 끝가장자리와의 사이의 폭 c는 약 150㎛이다.
더욱이 티탄산화물박층의 폭b를 약10㎛이상이 되게 함으로써 내입향상효과가 나타나며, 30㎛이상이 되게 함으로써 그의 효과가 현저하게 된다.
그러나 소정의 내압의 얻어지는 효과를 높이기 위해서는 100㎛ 이상으로 설계하는 것이 한층 바람직하다.
폭b를 500㎛ 또는 이것보다도 크게 설정해도 내압향상효과를 충분히 얻을 수가 있다. 따라서, 폭b의 상한은 없지만, 폭b를 50㎛ 이상으로 해도 내압의 비례적 증대를 기대할 수 없을 뿐 아니라, 반도체칩이 대형화된다는 문제가 생긴다.
따라서, 폭 b를 30-500㎛의 범위로 되게 하는 것이 바람직하다.
이 쇼트키배리어 다이오드에 있어서는, 배리어 금속전극(27)과 n형영역(23) 사이에 제1의 쇼트키배리어가 생길 뿐 아니라, 티탄산화물박층(28)과 n형영역(23)과의 사이에 제2의 쇼트키배리어가 생긴다.
티탄산화물박층(28)과 n형 영역(23)과의 사이에 쇼트키배리어가 생긴다는 것은 쇼트키배리어 다이오드의 정류특성, 용량특성, 포화전류특성, 용량특성, 포화전류특성 등에 의하여 확인하였다.
예컨데 티탄산화물박층(28)의 면적을 영으로부터 증가하면, 포화전류Is가 탄산화물박층(28)의 면적과 배리어 금속전극(27)의 면적과의 합계에 거의 비례해서 증가한다.
이 비례관계는 쇼트키배리어 다이오드의 가종 온도에서 얻어지는 것이 확인되어 있다.
티탄산화물박층(28)과 배리어 금속전극(27)과의 합계의 면적에 대해서 포화전류 Is가 거의 비례적으로 변화한다는 것은 배리어 금속전극(27)과 거의 동일한 전류밀도로 티탄산화물박층(28)역전류가 흐르는 것을 의미한다.
이 현상은 티탄산화물 박층(28)이 배리어 금속층(27)과 거의 동일한 배리어 높이 øB를 갖는 쇼트키배리어를 형성하고 있다는 것을 단적으로 표시하고 있다.
제3도의 실선의 특성곡선은 본 발명에 따르는 제1e도의 쇼트키배리어 다이오드의 역전압-역전류 특성을 보여주고 있으며, 파선의 특성곡선은 비교를 위하여 제1e도의 쇼트키배리어 다이오드로부터 티탄산화물박층(28)을 제거한 구조의 쇼트키배리어 다이오드의 역접압-역전류 특성을 보여준다.
2개의 특성곡선의 비교로부터 명백한 바와 같이, 본 발명에 따르는 티탄산화물박층(28)을 갖는 쇼트키배리어 다이오드의 브레이크 다운 전압은 약 250V이며, 티탄산화물박층(28)을 갖지 않는 종래의 쇼트키배리어 다이오드의 브레이크다운 전압은 약 60V이며, 티탄산화물박층(28)이 브레이크 다운 전압의 대폭적인 향상에 관여하고 있다는 것을 알 수 있다. 더우기 티탄산화물박층(28)을 갖는 쇼트키배리어 다이오드의 브레이크 다운 전압의 값(약 250V)은 벌크에 거의 같은 레벨에 달하고 있는 것으로 생각된다.
다음에, 본 발명에 다른 쇼트키배리어 다이오드의 역전압-역전류 특성을 더욱 상세히 설명한다.
쇼트키배리어 다이오드에 인가하는 역방향전압을 영볼트로부터 서서히 높이면 먼저, 제3도의 영역 I에서와 같이 극히 미소한 포화전류 Is가 흐른다.
이때 배리어 금속전극(27)에 기인하는 제1의 쇼트키배리어를 통해서 역전류가 흐르는 동시에 티탄산화물박층(28)에 기인하는 제2의 쇼트키배리어를 통하는 역전류도 흐른다.
역전압 인가회로는 배리어 금속전극(27) 즉 애노드와 오오믹전극(26), 즉 캐소드에 접속되고, 티탄산화물박층(28)에는 직접으로 접속되어 있지 않다.
따라서, 티탄산화물박층(28)을 통하는 전류는 배리어 금속전극(27)으로 흘러 들어간다.
제3도의 영역I에서는, 티탄산화물박층(28)으로 흐르는 전류의 값이 적으므로, 티탄산화물박층(28)의 배리어 급속전극(27)에 가까운 점과 면점 사이의 전위치는 그리 크지 않다.
즉, 티탄산화물박층(28)의 횡방향의 전위경사가 작으며, 티탄산화물박층(28)의 각부의 전위가 배리어 금속전극(27)의 전위가 거의 같다.
다시 역전압을 높여 60-100V정도로 되게 하면, 티탄산화물박층(28)의 의주연에서의 복수의 미소영역에서 브레이크 다운이 일어나고, 제3도의 영역Ⅱ에서와 같이 역전류가 단계형상으로 증가한다.
이 단계의 1단분이 티탄산화물박층(28)의 의주연1개소의 브레이크 다운에 상당한다.
종래의 쇼트키배리어 다이오드에서는 미소 영역의 브레이크다운이 기폭제가 되어 큰 역전류가 흐르지만, 본 발명에 따른 쇼트키 배리어 다이오드에서는 큰 역전류가 흐르지 않는다.
즉 티탄산화물박층(28)이 반절연성의 고저항층이기 때문에 티탄산화물박층 (28)의 저항분에 의한 전류제한이 움직이고, 역전류의 큰 증대가 억제된다.
영역Ⅱ의 마지막이 되면 티탄산화물박층(28)의 배리어 금속전극(27)에 접히는 내주쪽의 끝단 Pl 각 배리어 금속전극(27)로부터 먼 의주쪽의 끝단 P2와의 사이의 전위차가 비교적 크게 되고, 그 결과로서 티탄산화물박층(28)의 둘레 가장자리 끝단 P2와 오오믹전극(26)과의사이의 전위차는 인가 역전압을 증가시켜도 그리 증대하지 않게 된다.
이 때문에, 둘레 가장자리 끝단 P2에 있어서 새로운 브레이크 다운이 발생하지 않게 된다.
그러나, 이미 둘레 가장자리 끝단 P2에서 발생한 브레이크 다운은 그대로 유지되고, 이 브레이크 다운에 기인하는 역전류가 티탄산화물박층(28)을 통해서 계속 흐른다.
영역Ⅲ에 있어서는, 티탄산화물박층(28)의 둘레 가장자리 끝단 P2에서의 새로운 브레이크 다운이 생기지 않기 때문에, 역전압의 증대에 따라서 배리어금속전극(27)에 기인하는 제1의 쇼트키배리어 및 티탄산화물박층(38)에 기인하는 제2의 쇼트키배리어를 통하는 역전류가 서서히 증대한다.
만약 티탄산화물박층(28)의 부분을 쇼트키배리어를 형성하지 않는 저항체층(예컨대 n-형 고저항 GaAs)으로 바꾸어놓고, 또한 이저항체층의 단부와 배리어 금속전극(27)과를 오오믹접촉시키면, 역전압의 증가에 따라 역전류(누출전류)도 대폭 크게 되고, 결국 내압도 낮아진다.
본 발명에 따른 티탄산화물박층(28)은 높은 저항을 갖는 것 뿐 아니라 쇼트키배리어도 형성하므로 상술한 저항체층의 경우보다도 누출전류 억제효과가 크다
배리어 금속전극(27) 뿐만 아니라 티탄산화물박층(28)에도 전압이 인가되므로, 제4도에서와 같은 공간층(30)이 배리어 금속전극(27)과 티탄산화물박층(28)하의 n+형 영역(22)사이의 전위차는 내주 끝단P1으로부터 외주끝단P2로 향함에 따라 작아지므로, 공간층(30)의 넓이(수직방향의 두께)도 외주끝단P2으로 향함에 따라 작아진다.
또한, 배리어 금속전극(27)으로부터 티탄산화물박층(28)에 이르기 까지의 n형 영역(23)의 표면은 쇼트키배리어로서 연속하고 있다.
이와 같은 결과, 전계집중을 완화할 수 있는 완만한 공간층(30)이 얻어지고, 배리어 금속전극(27)의 둘레 가장자리 끝단에 전계가 집중하지 않게 된다.
따라서 Ⅲ으로서 제시하는 바와 같이 전극(26), (27)사이에 인가되는 역전압이 증가하여도 브레이크 다운이 생기지 않는 영역이 널리 계속되도록 된다.
역전압이 약 250V로 되면, 배리어 금속전극(27)의 둘레가장자리와 오오믹전극(26)과의 사이에 임계전계 E crit를 초과하는 곳이 생겨서 브레이크 다운이 발생하고, 영역TV에서와 같이 역전류가 증대한다.
더욱이, 비로를 위해 제1c도에 보여주는 Ti박가층(24b)을 산화하기 전의 상태에서 역전압-역전류 특성을 측정한 바, Ti박층(24b)가 충분한 고저항층으로 되어 있지 않기 때문에, 제3도의 영역Ⅱ에서와 같이 역전류를 억제할 수가 없으며, 종래와 같이 거의 파선으로 보여주는 바와 같은 브레이크 다운이 발생하였다.
본 실시예의 쇼트키배리어 다이오드를 스위칭 주파수 500KHz의 스위칭 레글레이터의 정류 다이오드로서 사용해본 결과 노이즈가 발생하는 극히 근소한 정류동작이 확인되었다.
더욱이 티탄산화물박층(28)을 설치함으로써 스위칭속도(고속응답성)의 저하는 인정되지 않았다.
본 실실예의 잇점을 요약하면 다음과 같다.
(1) 티탄산화물박층(28)은 저항체인 동시에 쇼트키배리어 생성가능물체이므로 배리어 금속전극(27)의 둘레 가장자리에서의 전극의 집중을 완화하는 공간층을 양호하게 발생시키고, 내압을 대폭적으로 높일 수가 있다.
(2) 종래의 가아드링을 갖는 쇼트키배리어 다이오드와 비교하여 고속응답성이 좋다.
(3) 종래의 절연층을 통한 피일드 플레이드를 갖는 쇼트키배리어 다이오드에서 볼 수 있는 특성인 열적불 안정성은 해소되어 있다.
(4) A1층(25a)의 바로 밑에 설치한 Ti(24a)이 뻗어나가고 있는 Ti박층(24b)를 산화시켜서 티탄산화물박층(28)을 용이하게 얻을 수 있다.
또한 배리어 금속전극(27)과 티탄산화물박층(28)과의 전기적 접속을 용이하고 확실하게 달성할 수 있다.
다음에 제5도에 제시하는 본 발명의 제2의 실시예에 관한 쇼트키배리어 다이오드를 설명한다.
다만, 제5도 및 후에 설명하는 제2-제6의 실시예를 보여주는 제6도-제9도에 있어서, 제1도와 공통하는 부분에는 동일부호를 부가해서 그의 설명을 생략한다.
제5도의 쇼트키배리어 다이오드는, 제1e도와 같이 형 영역(23)위에 Ti박층 (24a)과, Al층(25a)와 티탄산화물박층(28)를 가지고 있다.
그러나, 티탄산화물박층(28)은 Al층(25a)에 직접 접속되어 있지 않고, Ti박층 (24c)를 통해서 접속되어 있다.
이 Ti박층(24c)는 티탄산화물박층(28)을 얻기 위한 산화처리공정후에 포오토에칭에 의하여 Al층(25a)의 일부를 제거함으로써 얻는다.
Ti박층(24c)는 Ti박층(24a)에 연속하고 n형 영역(23)사이에 쇼트키배리어를 형성하므로 이것도 배리어 금속전극(27)의 일부에 포함하도록 한다.
이와 같이 Ti박층(24c)을 설치하면, 내압이 가일층 높아진다.
즉, Al층(25a) n형 영역(23)은 서로 이질의 물체이므로, Al층(25a)을 설치한 것에 기인한 응력집중점(31)이 Al층(25a)의 둘레가장자리의 하부에 생긴다.
이 응력집중점(31)에서의 브레이크 다운을 야기하는 임계전계 E crit는 다른 부분에 비해서 저하하고 있다.
따라서, 이 응력집중점(31)에 진계가 집중하면 다시 브레이크 다운이 쉽게 생긴다.
따라서, 이 실시예에서는 Ti박층(24c)를 설치함으로써 티탄산화물박층(28)의 내주단을 응력집중점(31)으로부터 이간시키고 있다.
제1e도의 경우에는 배리어금속전극(27)과 이와는 이질의 티탄산화물박층(28)과의 경계부분의 하부에 진계가 집중하였지만, 제5도에서는 상대적으로 도전성이 높은 Ti박층(24c)와 도전성이 낮은 티탄산화물박층(28)과의 경계부의 하부에 전계집중점 (32)이 생긴다
이와 같이 전계집중점(32)이 응력집중점(31)으로부터 떨어짐으로써, 제1e도의 구조의 쇼트키배리어 다이오드보다도 브레이크 다운이 일어나기 어렵게 되고, 내압이 높아진다.
제6도에 제시하는 제3의 실시예의 쇼트키배리어 다이오드에서는, 배리어 금속전극(27)의 의주쪽에, 제1의 티탄산호학박층(28a), 제1의 등전위화용 Ti박층(24d), 제2의 티탄산학물박층(28b), 제2의 등전위화용 Ti박층(24e), 제3의 티탄산화물박층 (28c)가 링형상으로 순차로 배치되고, 이들이 서로 전기적으로 접속되어 있다.
즉, 제1b도에 보여주는 Al층(25)의 포토에칭시에 제6도의 Ti박층(24d), (24e)에 대응하도록 Al층(25b), (25c)잔존되고, 이것이 Ti박층(24d), (24e)의 산화방지의 마스크로서 사용되고 있다.
Ti박층(24d), (24e) 및 Al층(25b), (25c)로 이루어지는 환형상영역은 도전상이 높으므로, 등전위분포영역으로 될 수 있다.
이 결과, n형영역(23)의 표면상에서 평면적으로 본 전위 분포의 불균일성을 수정하여 균일한 공간층을 형성하고, 내압을 향상시킬 수 있다.
더욱이 Ti박층(24d), (24e)의 부분을 티탄산화물박층으로서 Al층(25b), (25c)에 상당하는 부분에 설치한 도전체만으로 등전위영역을 형성해도 좋다.
또한 Ti박층(24d), (24e)의 하부에 가아드링과 동일한 p+형 영역을 단독 또는 보조적인 등전위화영역으로서 형성해도 좋다.
그리고, 등전위 영역을 1중 또는 3중 이상으로 설치해도 좋다.
제7도에 제시하는 쇼트키배리어 다이오드는 제6도와 실질적으로 똑같이, Al층(25a)과 Ti박층(24a), (24c)로 이루어지는 배리어 금속전극(27)의 둘레에 티탄산화물 박층(28a), (28b) 및 Ti박층(24d)를 링형상에 갖는 위에, 제2의 티탄하는 단락전극(33)을 갖는다.
이 단락전극(33)은, Au-Ge 합금측위에 Ni(니켈)층과 Au층과를 순차로 쌓아올린 것이며, GaAs로 이루어지는 n형 영역(23)에 오오믹 접촉하고 있다.
이와 같이 단락전극(33)을 설치하면, 역전압을 인가했을 때의 티탄산화물박층 (28b)의 의주 가장자리의 전위가 n형 영역(23)과 실질적으로 동일하게 되므로, 이 의주 가장자리에서 브레이크 다운이 발생하지 않는다.
따라서 제1e도의 쇼트키배리어 다이오드가 제3도의 영역Ⅱ에서 동작할 때에 발생하는 노이즈는 제7도의 다이오드에서는 발생하지 않는다.
티탄산화박층(28b)의 둘레 가장자리는 n형 영역(23)에서 전극(33)으로 접속되어 있기 때문에, 이곳을 통하여 전류가 비교적 쉽게 흐른다.
이 때문에, 제3도의 영역Ⅱ에서의 전류에 상당하는 전류를 단락전극(33)과 티탄산화물박층(28b)과 Ti박층(24d)와 티탄산화물박층(28a)와 배리어 금속전극(27)으로 이루어지는 통로에 의하여 얻을 수 있다.
제8도에 제시하는 제5의 실시예의 쇼트키 배리어 다이오드 n형 영역(23)의 표면에 티탄산화물박층(28g)을 가지고 있으며, 다시 이 위에 링형상 티탄산화물박층(28d), (28e), (28f) 및 링형상 등전위화용 Ti박층(24h), (24i)를 갖는다.
윗쪽의 티탄산화물박층(28d), (28e), (28f)는 Ti박층(24g), (24h), (24i)에 연속하고 잇던 Ti박층을 산화한 것이다.
아래쪽의 티탄산화물박층(28g)는, 윗쪽의 티탄산화물 박층(28d), (28e), (28f) 윗쪽의 티탄산화물박층(28d), (28e), (28f)보다도 시이트 저항이 크다.
따라서, 윗쪽의 티탄산화물박층(28d), Ti박층(24h), 티탄산화물박층(28e), Ti박층(24i), 티탄산화물박층(28f)통하여 전류가 아랫쪽의 티탄산화물작층(28g)를 통하는 전류보다도 크게 되고, 윗쪽의 층에 의하여 주고 전위경사가 결정된다.
아랫쪽의 티탄산화물박층(28g)은 높은 배리어 하이드 øB를 갖도록 되므로, 포화전류 Is의 적은 쇼트키배리어 다이오드를 제공할 수가 있다.
즉, 제3의 영역Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ의 역전류레벨을 작게 할 수 있다.
더욱이, 윗쪽의 티탄산화물박층(28f)의 일부는 n형 영역(23)에 접히고 있지만, 이곳에 접촉하고 있지 않아도 좋다.
또한 아랫쪽의 티탄산화물박층(28g)에도 제6도 및 제7도에서와 같은 등전위화용의 Ti박층(24d), (24e)를 설치하여도 좋다.
또한 Ti박층(24h), (24i)의 위에, 제6도 및 제7도와 같이 A1층을 잔존시켜도 좋다.
제9도는 제시하는 제6의 실시예의 쇼트키배리어 다이오드는, 제5도와 동일한 구성의 배리어 금속전극(27) 및 절연층(29) 위에 진공증착에 의하여 전극층(34)을 설치한 것이다.
이 전극층(34)의 둘레가장자리부(34a)는 절연층(29)과 티탄산화물박층(28)과를 통하여 n형 영역(23)에 대항해 있으므로, 피일드 플레이트로서 기능한다.
이 결과, 티탄산화물박층(28)에 기인하는 내압개선작용과 피알드 플레이트에 기인하는 내압개선작용과의 양쪽을 얻을 수가 있다.
본 발명은 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라, 예컨대 다음과 같이 변형할 수 있는 것이다.
(1) 티탄산화물박층(28), (28a-28f)의 시이트 저항은 반도체칩구조나 규모에 따라서 효과적인 범위가 변하지만, 10KΩ/□-5000MΩ/□, 바람직하기는 10MΩ/□-1000MΩ에서 선정하는 것이 좋다.
(2) 제1b도의 Ti박층(24)의 막두께는 막두께제어, 산화온도, 산화시간 등을 감안해서 20이상이 되도록 해야한다.
상한에 대해서는, 상기 소정의 시이트 저항이 얻어진다면 제한은 없지만, Ti박막을 열산화해서 치탄산화물박층을 형성할 때에는 산화온도와 산화시간을 감안해서 300이하가 되도록 해야 한다.
플라스마 산화와 같은 강력한 산화를 행한다면, 이 상한은 가일층 확대할 수 있다.
(3) Ti박층(24)을 산화해서 치탄산화물박층(28)을 얻을 때의 산화온도는 500℃이하로 해두는 것이 바람직하며, Au계의 전극을 사용할 때에는 380℃이하로 되게 한다.
산화온도의 하한치에 대해서는, 열산화법에 의거한 때에는 실내온도 이하의 저온으로 할 수도 있다.
산화시간은 Ti박층(24)의 두께, 산화온도, 산화분위기에 의하여 변하지만, 5초-2시간의 범위에서 이루어지는 것이 바람직하다.
(4) 티탄산화물박층(28), (28a-28g)에 대응하는 것을 티탄산화물의 증착이나 스퍼터링으로 형성하고, Ti박층(24c-24e), (24g-24i)을 도전성이 비교적 높은 티탄질화물층으로 바꾸어 놓아도 좋다.
티탄질화물층은, Al층을 마스크로서 Ti박층을 질화함으로써 형성할 수 있다.
(5) 시이트저항이 높고 또한 쇼트키배리어를 생성하는 박층으로서 티탄산화물박층이 저격이지만, Ta(탄탈)계재료의 산화물박층 등으로 할 수도 있다.
또한 Ti층(24) 및 티탄산화물박층(28)은 In이나 Sn등을 첨가한 것이라도 좋다.
(6) p+형 영역으로 이루어지는 가아드링과 조합할 수도 있다. 제5도의 예에서 설명하면 p+형 영역은 전계집중점(32)에 대응해서 Ti박막(24c)에서 티탄산화물박층 (28)에 이르는 위치에 형성하고, A1층(25a)으로부터는 기간시킨다.
이와 같이 하면, Ti박막(24c)의 저항분에 의하여 p+형 영역에 순전류가 흐르는 일은 거의 없고, 고속응답성의 저하는 야기되지 않는다.
더욱이, 이 경우에는 티탄산화물박층(28) 및 배리어 금속전극(27)과 p+형영역으로 이루어지는 가아드링과의 사이에 쇼트키배리어는 형성되지 않지만, 가아드링의 p+형영역과 기판(21)의n형 영역(23)과의 사이의 PN접합에 기인하는 공핍층이 형성되고, 이 PN접합의 공간층과 배리어 금속전극(27)의 공간층이 연속하여 내압이 향상하게 된다.
(7) GaAs 대신에 InP(인화인듐) 등의 Ⅲ-V족 화합물이나 실리콘을 사용하는 쇼트키배리어 반도체장치에도 적용 가능하다.
(8) 집적회로 중에 쇼트키배리어 반도체장치를 형성하는 경우에는 N형 영역(23)을 둘러싸는 n+형 영역(22)를 설치하여 오오믹전극(26)을 n형 영역(23)의 표면측에 설치하는 플래너구조로 하여도 좋다.
(9) n형 영역(23)-n+형영역(22)을 P형영역으로 바꾸어 놓을 수도 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 쇼트키배티어 반도체장치의 최대의 이정인 고속응답성의 저하를 초래하지 않고, 내압을 대폭적으로 향상할 수가 있다.

Claims (3)

  1. 반도체 영역과, 반도체 영역 사이에 쇼트키배티어가 생길 수 있도록 반도체 영역상에 형성된 배리어 금속전극과, 배리어 금속전극을 포위하도록 반도체 영역상에 배치되고, 또한 배리어 금속전극에 전기적으로 접속되고, 또한 배리어 금속전극보다도 큰 시이트저항을 가지며, 또한 반도체 영역과의 사이에 쇼트키배리어를 생기게 할 수 있도록 형성된 박층을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 쇼트키배리어 반도체장치.
  2. 제1항에 있어서, 박층은 시이트저항이 10KΩ/□-5000MΩ/□의 막으로 되는 것을 특징으로 하는 쇼트키배리어 반도체장치.
  3. 제2항에 있어서, 박층은 티탄산화물층인 것을 특징으로 하는 쇼트키배리어 반도체장치.
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