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JP2009140963A - Schottky barrier diode and manufacturing method thereof - Google Patents

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JP2009140963A
JP2009140963A JP2007312602A JP2007312602A JP2009140963A JP 2009140963 A JP2009140963 A JP 2009140963A JP 2007312602 A JP2007312602 A JP 2007312602A JP 2007312602 A JP2007312602 A JP 2007312602A JP 2009140963 A JP2009140963 A JP 2009140963A
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type semiconductor
conductivity type
schottky barrier
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Tetsuya Kitada
哲也 北田
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Panasonic Corp
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Panasonic Corp
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Abstract

【課題】逆方向のリーク電流が小さい、省電力で低電圧駆動が可能なショットキーバリアダイオードを提供する。
【解決手段】表面に第1導電型の半導体層2を有する半導体基板1と、前記第1導電型の半導体層の表面から所定の深さに設けられた複合整流領域を構成する第2導電型の半導体層7と、前記第1導電型の半導体層及び前記第2導電型の半導体層に接するように配設された金属層20とを具備したショットキーバリアダイオードであって、前記第1導電型の半導体層の前記表面が{110}面を構成することを特徴とする。
【選択図】図1
Provided is a Schottky barrier diode that has low reverse leakage current and can be driven at low voltage with low power consumption.
A semiconductor substrate having a first conductivity type semiconductor layer on its surface and a second conductivity type constituting a composite rectification region provided at a predetermined depth from the surface of the first conductivity type semiconductor layer. A Schottky barrier diode comprising a first semiconductor layer 7 and a metal layer 20 disposed in contact with the first conductive type semiconductor layer and the second conductive type semiconductor layer. The surface of the mold semiconductor layer constitutes a {110} plane.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、ショットキーバリアダイオードおよびその製造方法に係り、特に逆方向のリーク電流の低減に関するものである。   The present invention relates to a Schottky barrier diode and a method for manufacturing the same, and more particularly to reduction of reverse leakage current.

仕事関数の異なる半導体(層)と金属(層)との接触により形成されるショットキー接合は、その障壁により整流作用を有するため、ショットキーバリアダイオードとして広く用いられており、このショットキーバリアダイオードは、順方向の電圧降下が低く高速応答特性に優れていることからスイッチング電源用の整流素子として広く用いられている。また、スイッチング電源では、整流を行うショットキーバリアダイオードの順方向降下電圧とリーク電流とが電源効率を決定する大きな要因となっており、この順方向電圧の降下およびリーク電流をできる限り小さくすることが望まれている。   A Schottky junction formed by contact between a semiconductor (layer) and a metal (layer) having different work functions is widely used as a Schottky barrier diode because it has a rectifying action due to its barrier, and this Schottky barrier diode. Is widely used as a rectifier for switching power supplies because of its low forward voltage drop and excellent high-speed response characteristics. In a switching power supply, the forward voltage drop and leakage current of the Schottky barrier diode that performs rectification are the major factors that determine the power supply efficiency, and the forward voltage drop and leakage current must be minimized. Is desired.

しかしながら、順方向電圧と逆方向のリーク電流との間には相反関係があり、リーク電流が小さい材料は順方向電圧が高くなり、順方向電圧の低い材料は逆方向のリーク電流が大きくなり、リーク電流および順方向電圧の両方を共に低くすることができない。   However, there is a reciprocal relationship between the forward voltage and the reverse leakage current, a material with a small leakage current has a high forward voltage, and a material with a low forward voltage has a large reverse leakage current, Both the leakage current and the forward voltage cannot be lowered.

そこで、ショットキーバリア半導体装置の逆方向リーク電流を低くするための構造として、動作層としてのn-型の半導体層の表面に島状または短冊状に設けられるp+ 型の半導体領域で、半導体層2側に形成される空乏層により逆方向のリーク電流を減少させる構造が提案されている(特許文献1)。 Therefore, as a structure for reducing the reverse leakage current of a Schottky barrier semiconductor device, a p + type semiconductor region provided in an island shape or a strip shape on the surface of an n type semiconductor layer as an operation layer, A structure has been proposed in which a depletion layer formed on the layer 2 side reduces the leakage current in the reverse direction (Patent Document 1).

しかしながら、逆方向のリーク電流を低下させるため、前述の動作層とする半導体層の表面にその半導体層と異なる導電型(たとえばn型半導体層に対するp+ 型の半導体領域)の半導体領域を形成すると、そのp+型の半導体領域は動作領域とならないため、半導体層の動作領域の面積が小さくなる。面積が小さくなると、金属層と半導体基板の裏面に設けられる電極との間の直列抵抗が増大し、結局は順方向電圧が高くなるという問題がある。
このような状況の中で、近年の電子機器の軽薄短小化および省電力で低電圧駆動化に伴い、チップ面積を大きくすることなく、順方向電圧降下におよび逆方向リーク電流の両方をなお一層低下させ、高性能を有するショットキーバリア半導体装置が望まれている。
However, in order to reduce the leakage current in the reverse direction, when a semiconductor region having a conductivity type different from that of the semiconductor layer (for example, a p + type semiconductor region with respect to the n-type semiconductor layer) is formed on the surface of the semiconductor layer serving as the operation layer described above Since the p + type semiconductor region does not become an operation region, the area of the operation region of the semiconductor layer is reduced. When the area is reduced, there is a problem in that the series resistance between the metal layer and the electrode provided on the back surface of the semiconductor substrate increases, and eventually the forward voltage increases.
Under these circumstances, along with the recent trend toward lighter and thinner electronic devices and power-saving and low-voltage driving, both forward voltage drop and reverse leakage current are further increased without increasing the chip area. There is a demand for a Schottky barrier semiconductor device that is reduced and has high performance.

このような状況の中で、逆方向のリーク電流を減少させるとともに、順方向電圧降下の低減をはかろうとすると、第2導電型の半導体領域の深さを深くかつ幅を小さくする必要がある。   In such a situation, in order to reduce the reverse leakage current and reduce the forward voltage drop, it is necessary to increase the depth and width of the second conductivity type semiconductor region. .

特公昭59−35183号公報Japanese Patent Publication No.59-35183

このように、リーク電流の大幅な低減を実現するためには、P+型の半導体領域を深く形成する必要がある。しかし、イオン注入により、P+型の半導体領域を深く形成するためには注入エネルギーを大きくする必要があり、注入エネルギーを大きくするためには、注入マスクとして用いられる酸化膜マスクあるいはレジストマスクを厚くする必要がある。このため、アスペクト比の高いパターン形成が必要となり、微細な開口を持つ注入マスクを形成するのは困難である。順方向に通電している際はP+型の半導体領域はほとんど活用されないため、この注入マスクの開口幅を狭くし微小幅のP+型の半導体領域は狭く形成するのが望ましいが、前述のように注入マスクを厚くすると微細な開口を形成することができないという問題がある。
本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、順方向電圧降下を増大することなく、逆方向のリーク電流を低減し、省電力で低電圧駆動が可能なショットキーバリアダイオードを提供することを目的とする。
Thus, in order to realize a significant reduction in leakage current, it is necessary to form a P + type semiconductor region deeply. However, in order to deeply form a P + type semiconductor region by ion implantation, it is necessary to increase the implantation energy. To increase the implantation energy, an oxide film mask or resist mask used as an implantation mask is made thick. There is a need to. For this reason, it is necessary to form a pattern with a high aspect ratio, and it is difficult to form an implantation mask having a fine opening. Since the P + type semiconductor region is hardly utilized when energized in the forward direction, it is desirable to narrow the opening width of the implantation mask and to form the narrow P + type semiconductor region. Thus, when the implantation mask is made thick, there is a problem that a fine opening cannot be formed.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a Schottky barrier diode capable of reducing the reverse leakage current without increasing the forward voltage drop and saving power and driving at a low voltage. Objective.

そこで本発明のショットキーバリアダイオードは、表面に第1導電型の半導体層を有する半導体基板と、前記第1導電型の半導体層の表面から所定の深さに設けられた第2導電型の半導体層と、前記第1導電型の半導体層及び前記第2導電型の半導体層に接するように配設された金属層とを具備したショットキーバリアダイオードであって、前記第1の半導体層の前記表面が{110}面を構成することを特徴とする。   Therefore, the Schottky barrier diode of the present invention includes a semiconductor substrate having a first conductivity type semiconductor layer on the surface, and a second conductivity type semiconductor provided at a predetermined depth from the surface of the first conductivity type semiconductor layer. A Schottky barrier diode comprising: a layer; and a metal layer disposed in contact with the first conductive type semiconductor layer and the second conductive type semiconductor layer, wherein the Schottky barrier diode includes: The surface is a {110} plane.

{110}面からのイオン注入による<110>方向への射影飛程は、他の面よりも大きいため、浅い不純物拡散領域を形成するとともに、拡散深さを高精度に制御するという目的から通例の半導体装置の製造においては{111}面が用いられている。これに対し、本発明のショットキーバリアダイオードには深く横広がりの小さいP型領域の形成が望まれるので、素子形成面として{110}面は理想的である。<110>方向へのイオン注入の射影飛程は他の面よりも大きいので、比較的低い注入エネルギーであっても、深いP型領域が形成可能である。注入エネルギーを低くすることができれば、注入マスクを薄くしてもよいので、注入マスクに微細な開口部を設けることが可能であり、よって、横幅が狭く深いプロファイルのP型領域を形成することが可能となる。上記の理由から{110}面を素子形成面とし、PN接合による整流部とショットキー接合による整流部とを含む複合整流領域を有するショットキーバリアダイオードは、順方向電圧の降下を増大することなく、逆方向のリーク電流を低減することが可能となる。 Since the projection range in the <110> direction by ion implantation from the {110} plane is larger than the other planes, it is customary for the purpose of forming a shallow impurity diffusion region and controlling the diffusion depth with high accuracy. The {111} plane is used in the manufacture of the semiconductor device. On the other hand, in the Schottky barrier diode of the present invention, it is desired to form a P + -type region having a deep and small lateral extension, so that the {110} plane is ideal as the element formation surface. Since the projection range of ion implantation in the <110> direction is larger than that of other surfaces, a deep P-type region can be formed even with relatively low implantation energy. If the implantation energy can be lowered, the implantation mask may be thinned, so that a fine opening can be provided in the implantation mask, and therefore, a P + type region having a narrow width and a deep profile can be formed. Is possible. For the above reason, a Schottky barrier diode having a composite rectifying region including a rectifying unit by a PN junction and a rectifying unit by a Schottky junction with the {110} plane as an element formation surface does not increase the forward voltage drop. This makes it possible to reduce the reverse leakage current.

また、本発明では、上記ショットキーバリアダイオードにおいて、第2導電型の半導体層を囲むように、前記半導体層の表面から層内に延びる環状の第2導電型の半導体層からなるガードリングを具備したものを含む。   In the present invention, the Schottky barrier diode includes a guard ring made of an annular second conductive type semiconductor layer extending from the surface of the semiconductor layer into the layer so as to surround the second conductive type semiconductor layer. Including

また、本発明では、上記ショットキーバリアダイオードにおいて、前記半導体層表面には、前記ガードリングの一部を覆う、環状の絶縁膜が形成されたものを含む。
なお、環状の絶縁膜に例えば燐などを含有させておくと、ナトリウムイオンやカリウムイオンといった可動イオンが半導体特性に及ぼす悪影響を防止することが可能となる。
In the present invention, the Schottky barrier diode includes a semiconductor layer having an annular insulating film that covers a part of the guard ring on the surface of the semiconductor layer.
Note that when the annular insulating film contains, for example, phosphorus or the like, it is possible to prevent adverse effects of movable ions such as sodium ions and potassium ions on semiconductor characteristics.

また、本発明では、上記ショットキーバリアダイオードにおいて、前記ガードリングは少なくとも前記金属層が前記第1および第2導電型の半導体層と当接する領域の外縁近傍で、表面から所定の深さまでは一体的に形成された第1のガードリング領域と、前記第1のガードリング領域からさらに複数に分割されて所定深さまで伸長する第2導電型の半導体層からなるスーパージャンクション構造の第2のガードリング領域とを含む。   In the present invention, in the Schottky barrier diode, the guard ring is integrated at a predetermined depth from the surface in the vicinity of the outer edge of at least the region where the metal layer is in contact with the first and second conductivity type semiconductor layers. First guard ring region, and a second guard ring having a super junction structure comprising a first conductive ring and a second conductivity type semiconductor layer that is further divided into a plurality of portions and extends to a predetermined depth from the first guard ring region Area.

この構成によれば、ガードリングにスーパージャンクション構造を構成しているため、逆バイアス印加時に空乏層の広がりが生じ易く、PN接合部の電界の緩和を図ることができ、高耐圧化が可能となる。この構成では、表面から所定の深さまでは一体的に形成された第1のガードリング領域で構成されているため、絶縁膜の内端とガードリング領域が接する構造を得るための高精度の位置決めを行う必要がないので、製造が容易である。   According to this configuration, since the guard ring has a super junction structure, the depletion layer easily spreads when a reverse bias is applied, the electric field of the PN junction can be relaxed, and a high breakdown voltage can be achieved. Become. In this configuration, since the first guard ring region is integrally formed at a predetermined depth from the surface, high-precision positioning for obtaining a structure in which the inner end of the insulating film is in contact with the guard ring region Therefore, manufacturing is easy.

また、本発明では、上記ショットキーバリアダイオードにおいて、前記ガードリングは少なくとも前記金属層が前記第1および第2導電型の半導体層と当接する領域の外縁近傍で、複数に分割されて所定深さまで伸長する第2導電型の半導体層からなるスーパージャンクション構造を構成したものを含む。   Also, in the present invention, in the Schottky barrier diode, the guard ring is divided into a plurality of portions up to a predetermined depth in the vicinity of an outer edge of a region where the metal layer is in contact with the first and second conductivity type semiconductor layers. This includes a super junction structure composed of a semiconductor layer of the second conductivity type that extends.

この構成によれば、ガードリングにスーパージャンクション構造を構成しているため、逆バイアス印加時に空乏層の拡がりが生じ易く、PN接合部の電界の緩和を図ることができ、高耐圧化が可能となる。この構成では、ガードリングが表面から複数に分割されているため、絶縁膜の内端とガードリング領域が接する構造を得るための高精度の位置決めを行う必要がある。   According to this configuration, since the guard ring has a super junction structure, the depletion layer is likely to expand when a reverse bias is applied, the electric field at the PN junction can be relaxed, and a high breakdown voltage can be achieved. Become. In this configuration, since the guard ring is divided into a plurality of parts from the surface, it is necessary to perform highly accurate positioning to obtain a structure in which the inner end of the insulating film is in contact with the guard ring region.

また、本発明では、上記ショットキーバリアダイオードにおいて、前記ガードリングは前記ガードリングの内側で複合整流領域を形成する第2導電型の半導体層と同一工程で形成されるものを含む。
この構成により、ガードリングとジャンクションバリアを形成する第2導電型の半導体層が同一工程で形成されるため、製造が容易である。
According to the present invention, in the Schottky barrier diode, the guard ring includes a guard layer formed in the same step as a second conductivity type semiconductor layer forming a composite rectification region inside the guard ring.
With this configuration, the second conductivity type semiconductor layer that forms the guard ring and the junction barrier is formed in the same process, so that the manufacturing is easy.

また、本発明では、前記複合整流領域を形成する互いに隣接する第2導電型の半導体層から、前記前記第1導電型の半導体層へ広がる空乏層が、逆方向電圧印加時につながるように、前記第1導電型の半導体層および前記第2導電型の半導体層の不純物濃度と幅が設定されたものを含む。   Further, in the present invention, the depletion layer extending from the second conductive type semiconductor layers adjacent to each other forming the composite rectifying region to the first conductive type semiconductor layer is connected when the reverse voltage is applied. Including the first conductivity type semiconductor layer and the second conductivity type semiconductor layer in which the impurity concentration and width are set.

また、本発明では、上記ショットキーバリアダイオードにおいて、前記第2導電型の半導体層を構成する不純物はボロンであるものを含む。   According to the present invention, in the Schottky barrier diode, the impurity constituting the second conductivity type semiconductor layer includes boron.

また、本発明では、上記ショットキーバリアダイオードにおいて、前記金属層は、ニッケル、モリブデン、チタンのいずれかを含むショットキーメタル層と、アルミニウムを含む電極層とで構成されるものを含む。   In the present invention, in the Schottky barrier diode, the metal layer includes a Schottky metal layer including any one of nickel, molybdenum, and titanium and an electrode layer including aluminum.

また、本発明では、上記ショットキーバリアダイオードにおいて、前記スーパージャンクション構造を構成する第2導電型の半導体層は、幅2μm以下であるものを含む。
この構成によれば、前記ガードリングを形成する第2導電型半導体層と前記第1導電型の半導体層の接合部に、逆バイアス印加時に空乏層の広がりが生じ易く、接合部の電界の緩和を図ることができ、高耐圧化が可能となる。耐圧を最も高くするための、前記ガードリングを形成する第2導電型半導体層の幅は、前記第1導電型の半導体層の不純物濃度や幅に依存するが、1μm程度の狭い幅であることが望ましい。
In the present invention, in the Schottky barrier diode, the second conductivity type semiconductor layer constituting the super junction structure includes a semiconductor layer having a width of 2 μm or less.
According to this configuration, a depletion layer is likely to spread when a reverse bias is applied to the junction between the second conductivity type semiconductor layer forming the guard ring and the first conductivity type semiconductor layer, and the electric field at the junction is reduced. Thus, a high breakdown voltage can be achieved. The width of the second conductive type semiconductor layer forming the guard ring for the highest breakdown voltage depends on the impurity concentration and width of the first conductive type semiconductor layer, but is as narrow as about 1 μm. Is desirable.

また、本発明のショットキーバリアダイオードの製造方法は、表面に第1導電型の半導体層を有し、前記第1導電型の半導体層の主表面が{110}面を構成する半導体基板を用意する工程と、第2導電型の不純物を導入することにより、前記第1導電型の半導体層の表面から所定の深さとなるように第2導電型の半導体層を形成する工程と、前記第1導電型の半導体層及び前記第2導電型の半導体層に接するように金属層を形成する工程とを含むことを特徴とする。   Also, the method for manufacturing a Schottky barrier diode of the present invention provides a semiconductor substrate having a first conductivity type semiconductor layer on a surface, and a main surface of the first conductivity type semiconductor layer constituting a {110} plane. A step of forming a second conductivity type semiconductor layer so as to have a predetermined depth from the surface of the first conductivity type semiconductor layer by introducing a second conductivity type impurity; and Forming a metal layer so as to be in contact with the conductive type semiconductor layer and the second conductive type semiconductor layer.

また、本発明では、上記ショットキーバリアダイオードの製造方法において、前記第1導電型の半導体層の表面から所定の深さまで形成された前記第2導電型の半導体層を囲むように、第2導電型の不純物を導入することにより、前記半導体層の表面から層内に延びる環状の第2導電型の半導体層からなるガードリングを形成する工程を含む。   According to the present invention, in the method for manufacturing a Schottky barrier diode, the second conductive type is formed so as to surround the second conductive type semiconductor layer formed from the surface of the first conductive type semiconductor layer to a predetermined depth. A step of forming a guard ring made of an annular second conductivity type semiconductor layer extending from the surface of the semiconductor layer into the layer by introducing a type impurity;

また、本発明では、上記ショットキーバリアダイオードの製造方法において、前記第1導電型の半導体層表面には、前記ガードリングの一部を覆うように、環状の絶縁膜を形成する工程を含む。   In the present invention, the Schottky barrier diode manufacturing method includes a step of forming an annular insulating film on the surface of the first conductivity type semiconductor layer so as to cover a part of the guard ring.

また、本発明では、上記ショットキーバリアダイオードの製造方法において、前記ガードリングを形成する工程が、少なくとも前記金属層が前記半導体層と当接する領域の外縁近傍に、第1の幅のリング状をなすように、第1の深さまで第2導電型の不純物をイオン注入する第1のイオン注入工程と、少なくとも前記第1のイオン注入工程で注入される領域を含む周辺領域に、前記注入される領域を複数に分割するように、前記第1の幅の2分の1以下である第2の幅で第2の深さまで第2導電型の不純物をイオン注入する第2のイオン注入工程とを含み、表面から所定の深さまでは一体的に形成された第1のガードリング領域と、前記第1のガードリング領域からさらに複数に分割されて所定深さまで伸長する第2導電型の半導体層からなるスーパージャンクション構造の第2のガードリング領域で構成されたガードリングを形成する。   According to the present invention, in the method for manufacturing the Schottky barrier diode, the step of forming the guard ring includes forming a ring shape having a first width at least near the outer edge of the region where the metal layer is in contact with the semiconductor layer. As described above, the first ion implantation step for implanting ions of the second conductivity type to the first depth and the peripheral region including at least the region implanted in the first ion implantation step are implanted. A second ion implantation step of ion-implanting a second conductivity type impurity to a second depth with a second width that is half or less of the first width so as to divide the region into a plurality of regions. A first guard ring region integrally formed at a predetermined depth from the surface, and a second conductivity type semiconductor layer further divided into a plurality of portions extending from the first guard ring region and extending to a predetermined depth Na Forming a component guard ring second guard ring region of the super junction structure.

また、本発明では、上記ショットキーバリアダイオードの製造方法において、前記ガードリングを形成する工程が、少なくとも前記金属層が前記半導体層と当接する領域の外縁近傍に、第2導電型の不純物をイオン注入し、複数に分割されて所定深さまで伸長する第2導電型の半導体層からなるスーパージャンクション構造のガードリングを形成する工程である。   According to the present invention, in the manufacturing method of the Schottky barrier diode, the step of forming the guard ring ionizes impurities of the second conductivity type at least near the outer edge of the region where the metal layer is in contact with the semiconductor layer. This is a step of forming a guard ring having a super junction structure made of a second conductivity type semiconductor layer that is implanted and divided into a plurality of portions and extends to a predetermined depth.

また、本発明では、上記ショットキーバリアダイオードの製造方法において、前記ガードリングを形成する工程は、ガードリングの内側で前記複合整流領域を構成する第2導電型の半導体層と同一工程で形成される。   According to the present invention, in the method for manufacturing a Schottky barrier diode, the step of forming the guard ring is formed in the same step as the second conductivity type semiconductor layer constituting the composite rectification region inside the guard ring. The

また、本発明では、前記複合整流領域を形成する互いに隣接する第2導電型の半導体層から、前記前記第1導電型の半導体層へ広がる空乏層が、逆方向電圧印加時につながるように、前記第1導電型の半導体層および前記第2導電型の半導体層の不純物濃度と幅を設定する。   Further, in the present invention, the depletion layer extending from the second conductive type semiconductor layers adjacent to each other forming the composite rectifying region to the first conductive type semiconductor layer is connected when the reverse voltage is applied. The impurity concentration and width of the first conductive type semiconductor layer and the second conductive type semiconductor layer are set.

また、本発明では、上記ショットキーバリアダイオードの製造方法において、前記第2導電型の半導体層を構成する不純物としてはボロンを用いる。   In the present invention, boron is used as an impurity constituting the second conductivity type semiconductor layer in the Schottky barrier diode manufacturing method.

また、本発明では、上記ショットキーバリアダイオードの製造方法において、前記金属層を形成する工程は、ニッケル、モリブデン、チタンのいずれかを含むショットキーメタル層を形成する工程と、アルミニウムを含む電極層を形成する工程とを含む。   According to the present invention, in the method for manufacturing a Schottky barrier diode, the step of forming the metal layer includes a step of forming a Schottky metal layer containing any of nickel, molybdenum, and titanium, and an electrode layer containing aluminum. Forming the step.

また、本発明では、上記ショットキーバリアダイオードの製造方法において、前記スーパージャンクション構造を構成する第2導電型の半導体層は、幅2μm以下となるようにイオン注入によって形成されるものを含む。
幅2μm以下の深い第2導電型の半導体領域を形成するのは困難であるが、この構成によれば、{110}面への注入を用いることにより、横方向の広がりを抑制し、容易に深い第2導電型の半導体領域を形成することが可能となる。望ましくは1μm程度の幅で形成するのが望ましい。あるいは幅1μm以下でも所望の深さの第2導電型の半導体層を形成できる場合もある。
According to the present invention, in the above-described Schottky barrier diode manufacturing method, the second conductivity type semiconductor layer constituting the super junction structure includes one formed by ion implantation so as to have a width of 2 μm or less.
Although it is difficult to form a semiconductor region of the second conductivity type having a width of 2 μm or less, according to this configuration, by using implantation into the {110} plane, it is possible to easily suppress lateral expansion and easily It becomes possible to form a deep second conductivity type semiconductor region. It is desirable to form with a width of about 1 μm. Alternatively, the second conductivity type semiconductor layer having a desired depth can be formed even with a width of 1 μm or less.

上記構成によれば、{110}面を用いているため、横方向の拡散を抑制し、微小幅で深い注入を実現することができることから、ショットキー接合面積の減少と、直列抵抗の増大を抑制することができ、順方向電圧の降下を増大することなく、逆方向のリーク電流を低減することが可能なショットキーバリアダイオードを提供することが可能となる。   According to the above configuration, since the {110} plane is used, it is possible to suppress lateral diffusion and realize deep implantation with a very small width, thereby reducing the Schottky junction area and increasing the series resistance. It is possible to provide a Schottky barrier diode that can be suppressed and that can reduce the reverse leakage current without increasing the forward voltage drop.

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態に係るショットキーバリアダイオードを示す図であり、図1(a)は断面図、図1(b)は、図1(a)のA−A面を示す平面図である。また図1(a)は、図1(b)のB−B断面図である。本実施の形態のショットキーバリアダイオードは、{110}面を主表面とするシリコンウェハ(N型シリコン基板)を用意し、この表面にエピタキシャル成長により第1導電型の半導体層として低濃度のN型半導体層2を形成したN型半導体基板1を出発材料として用い、ショットキー接合とPN接合からなる複合整流領域20を構成するP型半導体層7を、幅が狭く深い形状に形成するために、イオン注入の射影飛程の大きい<110>方向となるようにしたことを特徴とするものである。そしてこのショットキーバリアダイオードは、上記N型半導体基板1を出発材料として用いて形成したチップサイズ2.2mm2のショットキーバリアダイオードであって、{110}表面にエピタキシャル成長により第1導電型の半導体層として低濃度であるN型半導体層2を形成したN型半導体基板1と、前記N型半導体層2の表面から所定の深さに設けられ、ガードリングの内側で複合整流領域を構成する複数の第2導電型の半導体層としてのP型半導体層7と、前記N型半導体層2の表面で複合整流領域を構成する複数のP型半導体層7を囲むように環状に形成されたP型半導体層からなるガードリング6と、前記N型半導体層2及びガードリングの内側で複合整流領域を構成する複数のP型半導体層7に接するように配設されたショットキーメタル4およびこの上層に形成された電極層5としての金属層とを具備している。
(Embodiment 1)
1A and 1B are diagrams showing a Schottky barrier diode according to an embodiment of the present invention, where FIG. 1A shows a cross-sectional view, and FIG. 1B shows an AA plane of FIG. It is a top view. Moreover, Fig.1 (a) is BB sectional drawing of FIG.1 (b). In the Schottky barrier diode of this embodiment, a silicon wafer (N + type silicon substrate) having a {110} plane as a main surface is prepared, and a low-concentration N layer is formed on the surface as a first conductivity type semiconductor layer by epitaxial growth. Using the N + type semiconductor substrate 1 on which the type semiconductor layer 2 is formed as a starting material, the P type semiconductor layer 7 constituting the composite rectifying region 20 composed of a Schottky junction and a PN junction is formed in a narrow and deep shape. Therefore, the <110> direction has a large projection range for ion implantation. The Schottky barrier diode is a Schottky barrier diode having a chip size of 2.2 mm 2 formed using the N + type semiconductor substrate 1 as a starting material, and has a first conductivity type by epitaxial growth on the {110} surface. An N + type semiconductor substrate 1 on which an N type semiconductor layer 2 having a low concentration is formed as a semiconductor layer, and a composite rectification region provided at a predetermined depth from the surface of the N type semiconductor layer 2 and inside the guard ring And a plurality of P-type semiconductor layers 7 as second conductivity type semiconductor layers constituting the N - type semiconductor layer 2 and a plurality of P-type semiconductor layers 7 constituting a composite rectification region on the surface of the N type semiconductor layer 2 The guard ring 6 made of the formed P-type semiconductor layer and the plurality of P-type semiconductor layers 7 constituting the composite rectification region inside the N -type semiconductor layer 2 and the guard ring are in contact with each other. A Schottky metal 4 provided and a metal layer as an electrode layer 5 formed thereon are provided.

本実施の形態において、{110}面を主表面とするシリコンウェハ表面にエピタキシャル成長により形成したN型半導体層2は、比抵抗2.0Ω、厚さ9.0μmとした。ここでガードリングの幅は30μm、ガードリングの内側でストライプ状に複数形成された複合整流領域を構成する複数のP型半導体層7の幅は0.5μm、P型半導体層間の間隔は2.5μmとした。このとき複合整流領域を構成する複数のP型半導体層7の深さは1.1μmとした。 In the present embodiment, the N type semiconductor layer 2 formed by epitaxial growth on the silicon wafer surface having the {110} plane as the main surface has a specific resistance of 2.0Ω and a thickness of 9.0 μm. Here, the width of the guard ring is 30 μm, the width of the plurality of P-type semiconductor layers 7 constituting the composite rectification region formed in stripes inside the guard ring is 0.5 μm, and the distance between the P-type semiconductor layers is 2. The thickness was 5 μm. At this time, the depth of the plurality of P-type semiconductor layers 7 constituting the composite rectifying region was 1.1 μm.

ここでは、N型半導体基板1の表面に形成されたN型半導体層2上に開口部を備えた酸化膜3がその開口部からN型半導体層2表面が露出するよう形成され、露出したN型半導体層2表面にモリブデン(Mo)からなるショットキーメタル4を蒸着しショットキー接触状態を構成している。またN型半導体層2の表面にはイオン注入法でボロンを注入することで形成された高濃度P型半導体層であるガードリング6が環状に形成され、アルミニウムからなる電極5がショットキーメタル4上を被覆している。さらに、N型半導体基板1のN型半導体層2と相対向する側にはオーミック接続された金からなる電極8が形成されている。
本実施の形態のショットキーバリアダイオードでは用いる半導体基板の結晶面が異なる他は従来例と同様に形成されている。
Here, an oxide film 3 having an opening is formed on the N type semiconductor layer 2 formed on the surface of the N + type semiconductor substrate 1 so that the surface of the N type semiconductor layer 2 is exposed from the opening, A Schottky metal 4 made of molybdenum (Mo) is deposited on the exposed surface of the N type semiconductor layer 2 to form a Schottky contact state. A guard ring 6, which is a high-concentration P-type semiconductor layer formed by implanting boron by ion implantation, is formed in a ring shape on the surface of the N -type semiconductor layer 2, and an electrode 5 made of aluminum is used as a Schottky metal. 4 is covered. Further, an ohmic-connected electrode 8 made of gold is formed on the side of the N + type semiconductor substrate 1 facing the N type semiconductor layer 2.
The Schottky barrier diode of the present embodiment is formed in the same manner as the conventional example except that the crystal plane of the semiconductor substrate used is different.

次にこのショットキーバリアダイオードの製造方法について説明する。
図2乃至図4はこのショットキーバリアダイオードの製造工程を示す図である。なお、本実施の形態では、ガードリング6を構成するP型半導体層と複合整流領域を構成する複数のP型半導体層7とは別のイオン注入工程で形成する。
まず、図2(a)に示すように、{110}面を主表面とするシリコンウェハ(N型シリコン基板)を用意する。
そして図2(b)に示すように、このN型半導体基板1表面にエピタキシャル成長法により、比抵抗2.0Ω、厚さ9.0μmのN型半導体層2を形成する。
この後図2(c)に示すように、熱酸化により酸化膜(絶縁膜3)を形成する。
Next, a method for manufacturing this Schottky barrier diode will be described.
2 to 4 are diagrams showing the manufacturing process of this Schottky barrier diode. In the present embodiment, the P-type semiconductor layer constituting the guard ring 6 and the plurality of P-type semiconductor layers 7 constituting the composite rectification region are formed in separate ion implantation steps.
First, as shown in FIG. 2A, a silicon wafer (N + type silicon substrate) having a {110} plane as a main surface is prepared.
Then, as shown in FIG. 2B, an N type semiconductor layer 2 having a specific resistance of 2.0Ω and a thickness of 9.0 μm is formed on the surface of the N + type semiconductor substrate 1 by an epitaxial growth method.
Thereafter, as shown in FIG. 2C, an oxide film (insulating film 3) is formed by thermal oxidation.

そして、図3(a)に示すように、この上層にレジストを塗布しフォトリソグラフィによりレジストパターンを形成し、ガードリング形成領域に開口h1を形成するように、酸化膜をパターニングする。   Then, as shown in FIG. 3A, a resist is applied to the upper layer, a resist pattern is formed by photolithography, and the oxide film is patterned so as to form an opening h1 in the guard ring formation region.

この後図3(b)に示すように、この酸化膜3をマスクとして、ガードリング6を形成するためのイオン注入を行う。このとき、イオン種としてはボロンを用い、注入エネルギー50keV、ドーズ量2e13cm−2とした。そして1100℃、30分のドライブイン拡散を行い、所望の拡散長を得る。 Thereafter, as shown in FIG. 3B, ion implantation for forming the guard ring 6 is performed using the oxide film 3 as a mask. At this time, boron was used as the ion species, the implantation energy was 50 keV, and the dose amount was 2e13 cm −2 . Then, drive-in diffusion is performed at 1100 ° C. for 30 minutes to obtain a desired diffusion length.

そして、図3(c)に示すように、この上層にレジストを塗布しフォトリソグラフィによりレジストパターンR1を形成し、複合整流領域を構成するP型半導体層形成領域に開口h2を形成するように、このレジストパターンをマスクとして、酸化膜3をパターニングする。   Then, as shown in FIG. 3C, a resist is applied to the upper layer, a resist pattern R1 is formed by photolithography, and an opening h2 is formed in the P-type semiconductor layer forming region constituting the composite rectifying region. Using this resist pattern as a mask, the oxide film 3 is patterned.

この後、図3(d)に示すように、この酸化膜3およびレジストパターンR1をマスクとして、ガードリングの内側で複合整流領域を構成する複数のP型半導体層7を形成するためのイオン注入を行う。このときの基板表面の要部拡大断面図を図5に示す。このとき、イオン種としてはボロンを用い、注入エネルギー80keV、ドーズ量5e12cm−2として第1回目のイオン注入を行い、続いて、注入エネルギー20keV、ドーズ量1e13cm−2として第2回目のイオン注入を行う。ここで第2回目のイオン注入を行うのは、比較的低エネルギーで高濃度のイオン注入を行い、複合整流領域を構成するP型半導体層と、ショットキーメタル4とのオーミック接触性を高めるためである。そして1025℃、20秒のRTA(高速アニール)を行い、ボロンを活性化させる。このようにして、活性化のためのアニール工程を経て、ガードリング6と、このガードリング6の内側で複合整流領域を構成する複数のP型半導体層7とを形成する。ここで複合整流領域を構成する複数のP型半導体層7は幅0.5μm深さ1.1μm、不純物濃度1×1016/cm3〜3×1017/cm3、高濃度のP型シリコン層であるガードリング6は幅30μm深さ1.4μm、不純物濃度1×1016/cm3〜2×1017/cm3、としている。 Thereafter, as shown in FIG. 3D, ion implantation for forming a plurality of P-type semiconductor layers 7 constituting the composite rectification region inside the guard ring using the oxide film 3 and the resist pattern R1 as a mask. I do. FIG. 5 shows an enlarged cross-sectional view of the main part of the substrate surface at this time. At this time, boron is used as the ion species, the first ion implantation is performed with an implantation energy of 80 keV and a dose amount of 5e12 cm −2 , and then the second ion implantation with an implantation energy of 20 keV and a dose amount of 1e13 cm −2 . Do. Here, the second ion implantation is performed in order to enhance the ohmic contact between the P-type semiconductor layer constituting the composite rectification region and the Schottky metal 4 by performing ion implantation at a relatively low energy and high concentration. It is. Then, RTA (high-speed annealing) is performed at 1025 ° C. for 20 seconds to activate boron. In this way, through the annealing process for activation, the guard ring 6 and the plurality of P-type semiconductor layers 7 constituting the composite rectification region inside the guard ring 6 are formed. Here, the plurality of P-type semiconductor layers 7 constituting the composite rectifying region have a width of 0.5 μm, a depth of 1.1 μm, an impurity concentration of 1 × 10 16 / cm 3 to 3 × 10 17 / cm 3 , and a high concentration of P-type silicon. The guard ring 6 as a layer has a width of 30 μm and a depth of 1.4 μm, and an impurity concentration of 1 × 10 16 / cm 3 to 2 × 10 17 / cm 3 .

さらに図4(a)に示すように、CVD法により表面に酸化膜3Sを形成しこれをフォトリソグラフィによりパターニングし、図4(b)に示すように、開口を形成しガードリング6と複合整流領域を構成する複数のP型半導体層7の形成された、N型半導体層2にコンタクトするようにショットキーメタル4および電極5を形成し(図4(c))パターニングする(図4(d))。そして必要に応じて保護膜(図示せず)を形成し、ショットキーバリアダイオードを完成した。 Further, as shown in FIG. 4A, an oxide film 3S is formed on the surface by a CVD method and patterned by photolithography, and an opening is formed as shown in FIG. A Schottky metal 4 and an electrode 5 are formed so as to contact the N type semiconductor layer 2 in which a plurality of P type semiconductor layers 7 constituting the region are formed (FIG. 4C) and patterned (FIG. 4 ( d)). Then, a protective film (not shown) was formed as necessary to complete the Schottky barrier diode.

{111}面を主表面としたシリコンウウェハと{110}面を主表面としたシリコンウェハに前述の工程によって、複合整流領域を構成するP型半導体層7を形成した場合の深さ方向に対する不純物プロファイルを図6に示す。本実施の形態の{110}面を主表面としたショットキーバリアダイオードの複合整流領域を構成するP型半導体層7の不純物プロファイルを示す曲線aと従来例である{111}面を主表面としたショットキーバリアダイオードの不純物プロファイルを示す曲線bとの比較から明らかなように、注入深さ方向を<110>方向とした本実施の形態のショットキーバリアダイオードの複合整流領域を構成するP型半導体層7の方が注入深さ方向を<111>方向とした従来例の複合整流領域を構成するP型半導体層7よりも深く形成されていることがわかる。このように本発明によれば、幅が狭く深いP型半導体層を有するショットキーバリアダイオードを得ることが可能となる。   With respect to the depth direction when the P-type semiconductor layer 7 constituting the composite rectification region is formed on the silicon wafer having the {111} plane as the main surface and the silicon wafer having the {110} plane as the main surface by the above-described process. The impurity profile is shown in FIG. The curve a showing the impurity profile of the P-type semiconductor layer 7 constituting the composite rectification region of the Schottky barrier diode having the {110} plane as the main surface in the present embodiment and the {111} plane as a conventional example as the main surface As is apparent from comparison with the curve b indicating the impurity profile of the Schottky barrier diode, the P type constituting the composite rectification region of the Schottky barrier diode of the present embodiment in which the implantation depth direction is the <110> direction. It can be seen that the semiconductor layer 7 is formed deeper than the P-type semiconductor layer 7 constituting the conventional composite rectification region in which the implantation depth direction is the <111> direction. Thus, according to the present invention, a Schottky barrier diode having a narrow and deep P-type semiconductor layer can be obtained.

また、上記ショットキーバリアダイオードによって得られる電気的特性を測定した結果を図7に示す。図7(a)は順方向電気特性を測定した結果を示す図であり、注入深さ方向を<110>方向とした本実施の形態のショットキーバリアダイオードも、注入深さ方向を<111>方向とした従来例のショットキーバリアダイオードも、10Aのときの順方向電圧の電圧降下はそれぞれ、0.92V,0.93Vであり、本実施の形態のショットキーバリアダイオードの方が若干特性低下となっているが、ほぼ同程度である。
一方、図7(b)は逆方向電気特性を測定した結果を示す図であり、注入深さ方向を<110>方向とした本実施の形態のショットキーバリアダイオードの100V印加時のリーク電流は、8.3μA,注入深さ方向を<111>方向とした従来例のショットキーバリアダイオードの100V印加時のリーク電流は、13.6μAであり、本実施の形態のショットキーバリアダイオードは大幅に逆方向特性が改善されていることがわかる。
FIG. 7 shows the result of measuring the electrical characteristics obtained by the Schottky barrier diode. FIG. 7A is a diagram showing the results of measuring the forward electrical characteristics. The Schottky barrier diode according to the present embodiment in which the injection depth direction is the <110> direction also has the injection depth direction of <111>. As for the conventional Schottky barrier diode in the direction, the voltage drop of the forward voltage at 10 A is 0.92 V and 0.93 V, respectively, and the characteristics of the Schottky barrier diode of this embodiment are slightly degraded. It is almost the same.
On the other hand, FIG. 7B is a diagram showing the results of measuring the reverse electrical characteristics, and the leakage current when 100 V is applied to the Schottky barrier diode of the present embodiment in which the injection depth direction is the <110> direction is , 8.3 μA, and the leakage current when applying 100 V of the conventional Schottky barrier diode with <111> direction as the injection depth direction is 13.6 μA, and the Schottky barrier diode of this embodiment is It can be seen that the reverse direction characteristics are improved.

なお前記実施の形態では、複合整流領域を構成するP型半導体層7は、複数のストライプ状を形成するようにしたが、所定幅でかつ所定間隔をなす複数の円状、あるいは所定幅でかつ所定間隔をなす渦巻き状または角型の渦巻き状となるように形成してもよい。   In the above embodiment, the P-type semiconductor layer 7 constituting the composite rectifying region is formed in a plurality of stripes, but a plurality of circles having a predetermined width and a predetermined interval, or a predetermined width and You may form so that it may become the spiral shape which makes a predetermined space | interval, or a square-shaped spiral shape.

また前記実施の形態では、複合整流領域を構成するP型半導体層とガードリングとを別途形成する方法について説明したが、ジャンクションバリアとガードリングとを同時形成するようにしてもよい。これにより、工数の低減が可能となる。   In the above-described embodiment, the method of separately forming the P-type semiconductor layer and the guard ring constituting the composite rectifying region has been described. However, the junction barrier and the guard ring may be formed simultaneously. Thereby, the man-hour can be reduced.

次に本実施の形態1の変形例として、複合整流領域を構成する第2導電型の半導体層(P型領域)とガードリングを構成する第2導電型の半導体層(P型領域)とを同時形成する方法について説明する。
{110}面を主表面としたシリコンウェハを用いる点については前記実施の形態の方法と同様である。
Next, as a modification of the first embodiment, a second conductivity type semiconductor layer (P type region) constituting the composite rectification region and a second conductivity type semiconductor layer (P type region) constituting the guard ring are provided. A method for simultaneous formation will be described.
The point of using a silicon wafer having the {110} plane as the main surface is similar to the method of the above embodiment.

{110}面を主表面とするシリコンウェハ(N型シリコン基板)を用意し、エピタキシャル成長法により、比抵抗2.0Ω、厚さ9.0μmのN型半導体層2を形成し、さらに、熱酸化により酸化膜(絶縁膜3)を形成する工程までは前記実施の形態1における図2と同様であるため説明を省略する。
ついで、図8(a)に示すように、酸化膜3の形成されたN型半導体層2の主表面である{110}面にレジストを塗布しフォトリソグラフィによりレジストパターンR2を形成し、ガードリング形成領域および、ガードリング形成領域の内側の複合整流領域を構成するP型半導体層形成領域に開口hを形成するように、酸化膜をパターニングする。
A silicon wafer (N + type silicon substrate) having a {110} plane as a main surface is prepared, and an N type semiconductor layer 2 having a specific resistance of 2.0Ω and a thickness of 9.0 μm is formed by an epitaxial growth method. Since the process up to the formation of the oxide film (insulating film 3) by thermal oxidation is the same as that in FIG.
Next, as shown in FIG. 8 (a), a resist is applied to the {110} surface, which is the main surface of the N type semiconductor layer 2 on which the oxide film 3 is formed, and a resist pattern R2 is formed by photolithography. The oxide film is patterned so that the opening h is formed in the ring formation region and the P-type semiconductor layer formation region that forms the composite rectification region inside the guard ring formation region.

この後図8(b)に示すように、この酸化膜3をマスクとして、複合整流領域を構成するP型半導体層7およびガードリング6を形成するためのイオン注入を行う。イオン種としてはボロンを用い、注入エネルギー80keV、ドーズ量5e12cm−2として第1回目のイオン注入を行い、続いて、注入エネルギー20keV、ドーズ量1e13cm−2として第2回目のイオン注入を行う。ここでも第2回目のイオン注入を行うのは、比較的低エネルギーで高濃度のイオン注入を行い、P型半導体層と、ショットキーメタル4とのオーミック接触性を高めるためである。そして1025℃、20秒のRTA(高速アニール)を行い、ボロンを活性化する。このようにして、活性化のためのアニール工程を経て、ガードリング6と、このガードリング6の内側で複合整流領域を構成するP型半導体層7とを形成する。複合整流領域を構成するP型半導体層7およびガードリングの不純物濃度の幅は、それぞれ0.5μmと30μmであり、深さはいずれも1.1μm、不純物濃度はいずれも1×1016/cm3〜3×1017/cm3としている。 Thereafter, as shown in FIG. 8B, ion implantation for forming the P-type semiconductor layer 7 and the guard ring 6 constituting the composite rectification region is performed using the oxide film 3 as a mask. Boron is used as the ion species, and the first ion implantation is performed with an implantation energy of 80 keV and a dose amount of 5e12 cm −2 , and then a second ion implantation is performed with an implantation energy of 20 keV and a dose amount of 1e13 cm −2 . Here again, the second ion implantation is performed in order to increase the ohmic contact between the P-type semiconductor layer and the Schottky metal 4 by relatively high energy ion implantation at a relatively low energy. Then, RTA (high-speed annealing) is performed at 1025 ° C. for 20 seconds to activate boron. In this manner, the guard ring 6 and the P-type semiconductor layer 7 constituting the composite rectification region are formed inside the guard ring 6 through an annealing process for activation. The widths of impurity concentrations of the P-type semiconductor layer 7 and the guard ring constituting the composite rectification region are 0.5 μm and 30 μm, respectively, the depth is 1.1 μm, and the impurity concentration is 1 × 10 16 / cm. 3 to 3 × 10 17 / cm 3 .

さらに図8(c)に示すように、CVD法により表面に酸化シリコン膜3Sを形成しこれを、フォトリソグラフィによりパターニングし、図9(a)に示すように、開口を形成しガードリング6と、このガードリングの内側で複合整流領域を構成するP型半導体層7の形成された、N型半導体層2にコンタクトするようにショットキーメタル4および電極5を形成し(図9(b))パターニングする(図9(c))。そして必要に応じて保護膜(図示せず)を形成し、ショットキーバリアダイオードを完成した。 Further, as shown in FIG. 8C, a silicon oxide film 3S is formed on the surface by the CVD method, and this is patterned by photolithography. As shown in FIG. Then, the Schottky metal 4 and the electrode 5 are formed so as to contact the N type semiconductor layer 2 in which the P type semiconductor layer 7 constituting the composite rectifying region is formed inside the guard ring (FIG. 9B). ) Patterning is performed (FIG. 9C). Then, a protective film (not shown) was formed as necessary to complete the Schottky barrier diode.

この方法によれば、ガードリングとジャンクションバリアを形成するp型シリコン層とを同一工程で形成することができるため、製造が容易である。   According to this method, since the guard ring and the p-type silicon layer forming the junction barrier can be formed in the same process, the manufacturing is easy.

また、前記実施の形態では、ショットキーメタル層としてモリブデンを用いたがこのほか、チタン、ニッケル、バナジウム、クロム、タングステン、パラジウム、白金等の各種金属から選択可能であり、また成膜方法についても、真空蒸着やスパッタリングなどの方法が適用可能である。   In the above embodiment, molybdenum is used as the Schottky metal layer. In addition, various metals such as titanium, nickel, vanadium, chromium, tungsten, palladium, and platinum can be selected. A method such as vacuum deposition or sputtering is applicable.

また、前記実施の形態では、ショットキーメタル4と電極5との2層構造で構成したが、材料の選択により、低抵抗でかつ最適範囲の仕事関数を持つ材料を選択することができれば単層構造で構成することも可能である。   In the above-described embodiment, the two-layer structure of the Schottky metal 4 and the electrode 5 is used. However, if a material having a low resistance and an optimal work function can be selected by selecting a material, a single layer may be used. It is also possible to configure with a structure.

(実施の形態2)
図10は、本発明の実施の形態2に係るショットキーバリアダイオードの要部を示す図である。本実施の形態のショットキーバリアダイオードは、前記実施の形態1と同様、{110}面を主表面とするシリコンウェハ(N型シリコン基板)を用意し、この表面にエピタキシャル成長により第1導電型の半導体層として低濃度であるN型半導体層2を形成したN型半導体基板1を出発材料として用い、イオン注入方向を射影飛程の大きい<110>方向となるようにしたことを特徴とするものであるが、ガードリング6を、モリブデン(金属層)4がN型半導体層2と当接する領域の外縁近傍で、表面から所定の深さまでは一体的に形成された第2導電型の半導体層としてP型半導体層からなる第1のガードリング領域6aと、第1のガードリング領域6aからさらに複数に分割されて所定深さまで伸長する第2のガードリング領域6bとで構成したことを特徴とするものである。このガードリング6の構造にスーパージャンクション構造を用いた以外は前記実施の形態1のショットキーバリアダイオードと同様である。なお、ガードリング6の外周部に、スーパージャンクション構造のp型シリコン層からなるフローティングリング(補助ガードリング)6Fが形成されている。
(Embodiment 2)
FIG. 10 is a diagram showing a main part of the Schottky barrier diode according to the second embodiment of the present invention. For the Schottky barrier diode of this embodiment, a silicon wafer (N + type silicon substrate) having a {110} plane as a main surface is prepared as in the first embodiment, and the first conductivity type is formed on this surface by epitaxial growth. An N + type semiconductor substrate 1 on which an N type semiconductor layer 2 having a low concentration is formed as a semiconductor layer is used as a starting material, and an ion implantation direction is set to a <110> direction having a large projection range. However, the guard ring 6 is formed as a second conductive body integrally formed at a predetermined depth from the surface in the vicinity of the outer edge of the region where the molybdenum (metal layer) 4 is in contact with the N type semiconductor layer 2. First guard ring region 6a made of a P-type semiconductor layer as a type semiconductor layer, and a second guard ring that is further divided into a plurality of portions from first guard ring region 6a and extends to a predetermined depth It is characterized in that is constituted by a band 6b. The guard ring 6 is the same as the Schottky barrier diode of the first embodiment except that a super junction structure is used. A floating ring (auxiliary guard ring) 6F made of a p-type silicon layer having a super junction structure is formed on the outer periphery of the guard ring 6.

本実施の形態のショットキーバリアダイオードについても、実施の形態1と同様、N型半導体基板1を出発材料として用いてチップサイズ2.2mmのショットキーバリアダイオードであって、{110}表面にエピタキシャル成長により第1導電型の半導体層として低濃度であるN型半導体層2を形成したN型半導体基板1と、前記N型半導体層2の表面から所定の深さに設けられた複合整流領域を構成するP型半導体層7と、前記N型半導体層2の表面で複合整流領域を構成するP型半導体層7を囲むように環状に形成され、下部をスーパージャンクション構造としたP型半導体層からなるガードリング6と、前記N型半導体層2及び複合整流領域を構成するP型半導体層7に接するように配設されたショットキーメタル4およびこの上層に形成された電極層5としての金属層とを具備している。 The Schottky barrier diode of the present embodiment is also a Schottky barrier diode having a chip size of 2.2 mm 2 using the N + type semiconductor substrate 1 as a starting material, as in the first embodiment, and the {110} surface An N + type semiconductor substrate 1 on which a low concentration N type semiconductor layer 2 is formed as a first conductivity type semiconductor layer by epitaxial growth, and a predetermined depth from the surface of the N type semiconductor layer 2 is provided. A P-type semiconductor layer 7 constituting a composite rectification region and a P-type semiconductor layer 7 constituting the composite rectification region on the surface of the N -type semiconductor layer 2 are formed in an annular shape, and the lower portion has a super junction structure. a guard ring 6 made of P-type semiconductor layer, the N - arranged so as to be in contact with the P-type semiconductor layer 7 constituting the type semiconductor layer 2 and the composite rectified areas are Schottky meta 4 and are provided with a metal layer as an electrode layer 5 formed on the upper layer.

本実施の形態においても、{110}面を主表面とするシリコンウェハ表面にエピタキシャル成長により形成したN型半導体層2は、比抵抗2.0Ω、厚さ9.0μmとした。ここでガードリング領域全体の幅は30μm、第1のガードリング領域の深さは0.5μm、ストライプ状に複数形成された第2のガードリング領域の幅は0.5μm、深さは1.1μm、第2のガードリング領域間の間隔は2.5μmとした。このとき複合整流領域を構成するP型半導体層の深さは1.1μmとした。 Also in the present embodiment, the N type semiconductor layer 2 formed by epitaxial growth on the silicon wafer surface having the {110} plane as the main surface has a specific resistance of 2.0Ω and a thickness of 9.0 μm. Here, the width of the entire guard ring region is 30 μm, the depth of the first guard ring region is 0.5 μm, the width of the plurality of second guard ring regions formed in stripes is 0.5 μm, and the depth is 1. The distance between the 1 μm and second guard ring regions was 2.5 μm. At this time, the depth of the P-type semiconductor layer constituting the composite rectifying region was 1.1 μm.

ここでも、N型半導体基板1の表面に形成された 型半導体層2上に開口部を備えた酸化膜3がその開口部からN型半導体層2表面が露出するよう形成され、露出したnシリコン層2表面にモリブデン(Mo)からなるショットキーメタル4を蒸着しショットキー接触状態を構成している。またN型半導体層2の表面にはイオン注入法でボロンを注入することで形成された高濃度P型半導体層であるガードリング6が環状に形成され、アルミニウムからなる電極5がショットキーメタル4上を被覆している。さらに、N型半導体基板1のN型半導体層2と相対向する側にはオーミック接続された金からなる電極8が形成されている。 Also here, an oxide film 3 having an opening is formed on the N type semiconductor layer 2 formed on the surface of the N + type semiconductor substrate 1 so that the surface of the N type semiconductor layer 2 is exposed from the opening, A Schottky metal 4 made of molybdenum (Mo) is deposited on the exposed n - silicon layer 2 surface to form a Schottky contact state. A guard ring 6, which is a high-concentration P-type semiconductor layer formed by implanting boron by ion implantation, is formed in a ring shape on the surface of the N -type semiconductor layer 2, and an electrode 5 made of aluminum is used as a Schottky metal. 4 is covered. Further, an ohmic-connected electrode 8 made of gold is formed on the side of the N + type semiconductor substrate 1 facing the N type semiconductor layer 2.

この構成によれば、ガードリングにスーパージャンクション構造を構成しているため、逆バイアス印加時に空乏層の拡がりが生じ易く、PN接合部の電界の緩和を図ることができ、高耐圧化が可能となる。この構成では、表面から所定の深さまでは一体的に形成された第1のガードリング領域で構成されているため、酸化膜の内端とガードリング領域が接する構造を得るための高精度の位置決めを行う必要がないため、製造が容易である。また、電気的に浮遊状態にある補助ガードリング6Fを形成することにより、逆バイアス印加時に、この補助ガードリング6Fから空乏層が延びることで、降伏が抑制され、降伏電圧を高くすることができる。   According to this configuration, since the guard ring has a super junction structure, the depletion layer is likely to expand when a reverse bias is applied, the electric field at the PN junction can be relaxed, and a high breakdown voltage can be achieved. Become. In this configuration, since the first guard ring region is integrally formed at a predetermined depth from the surface, high-precision positioning for obtaining a structure in which the inner end of the oxide film is in contact with the guard ring region Therefore, manufacturing is easy. Further, by forming the auxiliary guard ring 6F in an electrically floating state, when a reverse bias is applied, a depletion layer extends from the auxiliary guard ring 6F, thereby suppressing breakdown and increasing the breakdown voltage. .

次にこのショットキーバリアダイオードの製造方法について説明する。
図10乃至図11はこのショットキーバリアダイオードの製造工程を示す図である。なお、{110}面を主表面としたシリコンウェハを用いる点については前記実施の形態の方法と同様である。
Next, a method for manufacturing this Schottky barrier diode will be described.
10 to 11 are diagrams showing the manufacturing process of this Schottky barrier diode. It is to be noted that the method using the silicon wafer having the {110} plane as the main surface is the same as the method of the above embodiment.

すなわち、{110}面を主表面とするシリコンウェハ(Nシリコン基板)を用意し、エピタキシャル成長法により、比抵抗2.0Ω、厚さ9.0μmのN型半導体層2を形成し、さらに、熱酸化により酸化膜(絶縁膜3)を形成する工程までは前記実施の形態1における図2と同様であるため説明を省略する。
ついで、図11(a)に示すように、酸化膜3の形成されたN型半導体層2の主表面である{110}面にレジストを塗布しフォトリソグラフィによりレジストパターンを形成し、ガードリング形成領域に開口h1を形成するように、酸化膜3をパターニングする。
That is, a silicon wafer (N + silicon substrate) having a {110} plane as a main surface is prepared, and an N type semiconductor layer 2 having a specific resistance of 2.0Ω and a thickness of 9.0 μm is formed by an epitaxial growth method. The steps up to the step of forming the oxide film (insulating film 3) by thermal oxidation are the same as those in FIG.
Next, as shown in FIG. 11A, a resist is applied to the {110} surface, which is the main surface of the N type semiconductor layer 2 on which the oxide film 3 is formed, and a resist pattern is formed by photolithography. The oxide film 3 is patterned so as to form the opening h1 in the formation region.

この後図11(b)に示すように、この酸化膜3をマスクとして、第1のガードリング領域6aを形成するためのイオン注入を行う。このとき、イオン種としてはボロンを用い、注入エネルギー20keV、ドーズ量5e12cm−2とした。そして1025℃、20秒のRTA(高速アニール)を行い、所望の拡散長を得る。なおこの熱処理はジャンクションバリア形成のための熱処理と同時に行うようにしてもよい。 Thereafter, as shown in FIG. 11B, ion implantation for forming the first guard ring region 6a is performed using the oxide film 3 as a mask. At this time, boron was used as the ion species, the implantation energy was 20 keV, and the dose amount was 5e12 cm −2 . Then, RTA (high-speed annealing) is performed at 1025 ° C. for 20 seconds to obtain a desired diffusion length. This heat treatment may be performed simultaneously with the heat treatment for forming the junction barrier.

そして、図11(c)に示すように、この上層にレジストを塗布しフォトリソグラフィにより複合整流領域を構成するP型半導体層形成領域および第2のガードリング形成領域に、開口h2を形成するように、レジストパターンR3を形成する。   Then, as shown in FIG. 11C, a resist is applied to the upper layer, and an opening h2 is formed in the P-type semiconductor layer forming region and the second guard ring forming region constituting the composite rectifying region by photolithography. Next, a resist pattern R3 is formed.

この後、このレジストパターンをマスクとして、図11(d)に示すように、酸化膜3をパターニングし、この酸化膜3およびレジストパターンR3をマスクとして、第2のガードリング形成領域6b、第2のガードリング形成領域6bの内側で複合整流領域を構成するP型半導体層7を形成するためのイオン注入を行う。このときの基板表面の要部拡大断面図は図10に示すとおりである。このとき、イオン種としてはボロンを用い、注入エネルギー80keV、ドーズ量5e12cm−2として第1回目のイオン注入を行い、続いて、注入エネルギー20keV、ドーズ量1e13cm−2として第2回目のイオン注入を行う。ここで第2回目のイオン注入を行うのは、比較的低エネルギーで高濃度のイオン注入を行い、複合整流領域を構成するP型半導体層と、ショットキーメタル4とのオーミック接触性を高めるためである。そして1025℃、20秒のRTA(高速アニール)を行い、ボロンを活性化させる。このようにして、活性化のためのアニール工程を経て、ガードリング6とガードリング6の内側で複合整流領域を構成するP型半導体層7とを形成する。ここで複合整流領域を構成するP型半導体層7は幅0.5μm深さ1.1μm、不純物濃度1×1016/cm3〜3×1017/cm3、第1のガードリング領域6aは幅30μm深さ0.5μm、ストライプ状に複数形成された第2のガードリング領域は幅0.5μm深さ1.1μm、第2のガードリング領域間の間隔は2.5μmとした。 Thereafter, using this resist pattern as a mask, as shown in FIG. 11D, the oxide film 3 is patterned. Using this oxide film 3 and the resist pattern R3 as a mask, the second guard ring formation region 6b, the second Ion implantation is performed to form the P-type semiconductor layer 7 constituting the composite rectification region inside the guard ring formation region 6b. An enlarged cross-sectional view of the main part of the substrate surface at this time is as shown in FIG. At this time, boron is used as the ion species, the first ion implantation is performed with an implantation energy of 80 keV and a dose amount of 5e12 cm −2 , and then the second ion implantation with an implantation energy of 20 keV and a dose amount of 1e13 cm −2 . Do. Here, the second ion implantation is performed in order to enhance the ohmic contact between the P-type semiconductor layer constituting the composite rectification region and the Schottky metal 4 by performing ion implantation at a relatively low energy and high concentration. It is. Then, RTA (high-speed annealing) is performed at 1025 ° C. for 20 seconds to activate boron. In this way, through the annealing process for activation, the guard ring 6 and the P-type semiconductor layer 7 constituting the composite rectification region are formed inside the guard ring 6. Here, the P-type semiconductor layer 7 constituting the composite rectifying region has a width of 0.5 μm and a depth of 1.1 μm, an impurity concentration of 1 × 10 16 / cm 3 to 3 × 10 17 / cm 3 , and the first guard ring region 6 a The second guard ring region having a width of 30 μm and a depth of 0.5 μm, and a plurality of stripes formed in a stripe shape has a width of 0.5 μm and a depth of 1.1 μm, and the interval between the second guard ring regions is 2.5 μm.

さらに図12(a)に示すように、CVD法により表面に酸化シリコン膜3Sを形成しこれをフォトリソグラフィによりパターニングし、図12(b)に示すように、開口を形成しガードリング6とガードリング6の内側で複合整流領域を構成するP型半導体層7の形成された、N型半導体層2にコンタクトするようにショットキーメタル4および電極5を形成し(図12(c))パターニングする(図12(d))。そして必要に応じて保護膜(図示せず)を形成し、ショットキーバリアダイオードを完成した。 Further, as shown in FIG. 12A, a silicon oxide film 3S is formed on the surface by the CVD method and patterned by photolithography. As shown in FIG. 12B, an opening is formed and the guard ring 6 and the guard ring 6 are guarded. A Schottky metal 4 and an electrode 5 are formed so as to contact the N type semiconductor layer 2 in which the P type semiconductor layer 7 constituting the composite rectifying region is formed inside the ring 6 (FIG. 12C). (FIG. 12D). Then, a protective film (not shown) was formed as necessary to complete the Schottky barrier diode.

(実施の形態3)
図13は、本発明の実施の形態3に係るショットキーバリアダイオードの要部を示す図である。本実施の形態のショットキーバリアダイオードは、前記実施の形態1および2と同様、{110}面を主表面とするシリコンウェハ(Nシリコン基板)を用意し、この表面にエピタキシャル成長により第1導電型の半導体層として低濃度であるN型半導体層2を形成したN型半導体基板1を出発材料として用い、イオン注入方向を射影飛程の大きい<110>方向となるようにしたことを特徴とするものであるが、ガードリング6を、複数に分割されて所定深さまで伸長するいわゆるスーパージャンクション構造の超微小ガードリング領域6Sの集合体で構成したことを特徴とするものである。このガードリング6の構造にスーパージャンクション構造を用いた以外は前記実施の形態1および2のショットキーバリアダイオードと同様である。
(Embodiment 3)
FIG. 13 is a diagram showing a main part of the Schottky barrier diode according to the third embodiment of the present invention. In the Schottky barrier diode of this embodiment, a silicon wafer (N + silicon substrate) having a {110} plane as a main surface is prepared as in the first and second embodiments, and the first conductive layer is epitaxially grown on this surface. The N + type semiconductor substrate 1 on which the low concentration N type semiconductor layer 2 is formed as the type semiconductor layer is used as a starting material, and the ion implantation direction is set to the <110> direction having a large projection range. As a feature, the guard ring 6 is composed of an aggregate of ultra-fine guard ring regions 6S having a so-called super junction structure that is divided into a plurality of portions and extends to a predetermined depth. The guard ring 6 is the same as the Schottky barrier diode of the first and second embodiments except that a super junction structure is used.

本実施の形態のショットキーバリアダイオードについても、実施の形態1および2と同様、N型半導体基板1を出発材料として用いてチップサイズ2.2mmのショットキーバリアダイオードであって、{110}表面にエピタキシャル成長により第1導電型の半導体層として低濃度であるN型半導体層2を形成したN型半導体基板1と、前記N型半導体層2の表面から所定の深さに設けられた複合整流領域を構成するP型半導体層7と、前記N型半導体層2の表面で複合整流領域を構成するP型半導体層7を囲むように環状に形成されたスーパージャンクション構造のP型半導体層からなるガードリング6と、前記N型半導体層2及び複合整流領域を構成するP型半導体層7に接するように配設されたショットキーメタル4およびこの上層に形成された電極層5としての金属層とを具備している。 The Schottky barrier diode of this embodiment is also a Schottky barrier diode having a chip size of 2.2 mm 2 using the N + type semiconductor substrate 1 as a starting material, as in the first and second embodiments, and {110 An N + type semiconductor substrate 1 having a low concentration N type semiconductor layer 2 formed as a first conductivity type semiconductor layer by epitaxial growth on the surface, and a predetermined depth from the surface of the N type semiconductor layer 2 P of the super junction structure formed in an annular shape so as to surround the P-type semiconductor layer 7 constituting the composite rectification region and the P-type semiconductor layer 7 constituting the composite rectification region on the surface of the N type semiconductor layer 2. type guard ring 6 made of a semiconductor layer, wherein the N - type arranged in contact with the semiconductor layer 2 and the P-type semiconductor layer 7 of the composite rectified areas are Schottky metal And it is provided with a metal layer as an electrode layer 5 formed on the upper layer.

本実施の形態においても、{110}面を主表面とするシリコンウェハ表面にエピタキシャル成長により形成したN型半導体層2は、比抵抗2.0Ω、厚さ9.0μmとした。ここでガードリング全体の幅は30μm、スーパージャンクション構造のストライプ状に複数形成された超微小ガードリング領域の幅は0.5μm、間隔は2.5μm、深さは1.1μmとした。このとき複合整流領域を構成するP型半導体層の深さは1.1μmとした。 Also in the present embodiment, the N type semiconductor layer 2 formed by epitaxial growth on the silicon wafer surface having the {110} plane as the main surface has a specific resistance of 2.0Ω and a thickness of 9.0 μm. Here, the width of the entire guard ring was 30 μm, the width of the ultra-fine guard ring region formed in a plurality of super junction structure stripes was 0.5 μm, the interval was 2.5 μm, and the depth was 1.1 μm. At this time, the depth of the P-type semiconductor layer constituting the composite rectifying region was 1.1 μm.

ここでも、N型半導体基板1の表面に形成されたN型半導体層2上に開口部を備えた酸化膜3がその開口部からN型半導体層2表面が露出するよう形成され、露出したN型半導体層2表面にモリブデン(Mo)からなるショットキーメタル4を蒸着しショットキー接触状態を構成している。またN型半導体層2の表面にはイオン注入法でボロンを注入することで形成された高濃度P型半導体層であるガードリング6が環状に形成され、アルミニウムからなる電極5がショットキーメタル4上を被覆している。さらに、N型半導体基板1のN型半導体層2と相対向する側にはオーミック接続された金からなる電極8が形成されている。 Also here, an oxide film 3 having an opening is formed on the N type semiconductor layer 2 formed on the surface of the N + type semiconductor substrate 1 so that the surface of the N type semiconductor layer 2 is exposed from the opening, A Schottky metal 4 made of molybdenum (Mo) is deposited on the exposed surface of the N type semiconductor layer 2 to form a Schottky contact state. A guard ring 6, which is a high-concentration P-type semiconductor layer formed by implanting boron by ion implantation, is formed in a ring shape on the surface of the N -type semiconductor layer 2, and an electrode 5 made of aluminum is used as a Schottky metal. 4 is covered. Further, an ohmic-connected electrode 8 made of gold is formed on the side of the N + type semiconductor substrate 1 facing the N type semiconductor layer 2.

この構成によれば、ガードリングにスーパージャンクション構造を構成しているため、逆バイアス印加時に空乏層の拡がりが生じ易く、電界の緩和を図ることができ、高耐圧化が可能となる。この構成では、ガードリングが超微小ガードリングで構成されているため、酸化膜の内端とガードリング領域が接する構造を得るための高精度の位置決めを行う必要がある。   According to this configuration, since the guard ring has a super junction structure, the depletion layer easily spreads when a reverse bias is applied, the electric field can be relaxed, and a high breakdown voltage can be achieved. In this configuration, since the guard ring is composed of an ultra-fine guard ring, it is necessary to perform highly accurate positioning to obtain a structure in which the inner end of the oxide film is in contact with the guard ring region.

次にこのショットキーバリアダイオードの製造方法について説明する。
図14乃至図15はこのショットキーバリアダイオードの製造工程を示す図である。なお、{110}面を主表面としたシリコンウェハを用いる点については前記実施の形態の方法と同様である。
Next, a method for manufacturing this Schottky barrier diode will be described.
14 to 15 are diagrams showing the manufacturing process of this Schottky barrier diode. It is to be noted that the method using the silicon wafer having the {110} plane as the main surface is the same as the method of the above embodiment.

すなわち、{110}面を主表面とするシリコンウェハ(Nシリコン基板)を用意し、エピタキシャル成長法により、比抵抗2.0Ω、厚さ9.0μmのN型半導体層2を形成し、さらに、熱酸化により酸化膜(絶縁膜3)を形成する工程までは前記実施の形態1における図2と同様であるため説明を省略する。
ついで、図14(a)に示すように、酸化膜3の形成されたN型半導体層2の主表面である{110}面にレジストを塗布しフォトリソグラフィによりレジストパターンR4を形成し、複合整流領域を構成するP型半導体層形成領域および、ガードリング形成領域に開口hを形成するように、酸化膜3をパターニングする。
That is, a silicon wafer (N silicon substrate) having a {110} plane as a main surface is prepared, and an N type semiconductor layer 2 having a specific resistance of 2.0Ω and a thickness of 9.0 μm is formed by an epitaxial growth method. Since the process up to the formation of the oxide film (insulating film 3) by thermal oxidation is the same as that in FIG.
Next, as shown in FIG. 14 (a), a resist is applied to the {110} plane which is the main surface of the N type semiconductor layer 2 on which the oxide film 3 is formed, and a resist pattern R4 is formed by photolithography. The oxide film 3 is patterned so as to form the opening h in the P-type semiconductor layer forming region and the guard ring forming region constituting the rectifying region.

この後図14(b)に示すように、この酸化膜3をマスクとして、超微小ガードリング6Sからなるガードリング6、およびガードリングの内側で複合整流領域を構成するP型半導体層7を形成するためのイオン注入を行う。このとき、イオン種としてはボロンを用い、注入エネルギー80keV、ドーズ量5e12cm−2として第1回目のイオン注入を行い、続いて、注入エネルギー20keV、ドーズ量1e13cm−2として第2回目のイオン注入を行う。ここでも第2回目のイオン注入を行うのは、比較的低エネルギーで高濃度のイオン注入を行い、複合整流領域を構成するP型半導体層と、ショットキーメタル4とのオーミック接触性を高めるためである。そして1025℃、20秒のRTA(高速アニール)を行い、ボロンを活性化させる。このようにして、活性化のためのアニール工程を経て、ガードリング6と複合整流領域を構成するP型半導体層7とを形成する。ここで超微小ガードリング6Sおよび複合整流領域を構成するP型半導体層7はいずれも幅0.5μm深さ1.1μm、不純物濃度1×1016/cm3〜3×1017/cm3としている。 Thereafter, as shown in FIG. 14B, with the oxide film 3 as a mask, the guard ring 6 composed of the ultrafine guard ring 6S and the P-type semiconductor layer 7 constituting the composite rectification region inside the guard ring are formed. Ion implantation for forming is performed. At this time, boron is used as the ion species, the first ion implantation is performed with an implantation energy of 80 keV and a dose amount of 5e12 cm −2 , and then the second ion implantation with an implantation energy of 20 keV and a dose amount of 1e13 cm −2 . Do. Again, the second ion implantation is performed in order to improve the ohmic contact between the P-type semiconductor layer constituting the composite rectification region and the Schottky metal 4 by performing ion implantation at a relatively low energy and high concentration. It is. Then, RTA (high-speed annealing) is performed at 1025 ° C. for 20 seconds to activate boron. In this manner, the guard ring 6 and the P-type semiconductor layer 7 constituting the composite rectification region are formed through an annealing process for activation. Here, each of the ultrafine guard ring 6S and the P-type semiconductor layer 7 constituting the composite rectifying region has a width of 0.5 μm and a depth of 1.1 μm, and an impurity concentration of 1 × 10 16 / cm 3 to 3 × 10 17 / cm 3. It is said.

さらに、CVD法により表面に酸化膜3Sを形成しこれをフォトリソグラフィによりパターニングし、図15(a)に示すように、開口を形成しガードリング6とガードリング6の内側で複合整流領域を構成するP型半導体層7の形成された、N型半導体層2にコンタクトするようにショットキーメタル4および電極5を形成し(図15(b))パターニングする(図15(c))。そして必要に応じて保護膜(図示せず)を形成し、ショットキーバリアダイオードを完成した。 Further, an oxide film 3S is formed on the surface by the CVD method, and this is patterned by photolithography. As shown in FIG. 15A, an opening is formed and a composite rectification region is formed inside the guard ring 6 and the guard ring 6. A Schottky metal 4 and an electrode 5 are formed so as to contact the N type semiconductor layer 2 on which the P type semiconductor layer 7 to be formed is formed (FIG. 15B) and patterned (FIG. 15C). Then, a protective film (not shown) was formed as necessary to complete the Schottky barrier diode.

この方法によれば、スーパージャンクション構造のガードリングを構成するP型半導体層と、複合整流領域を構成するP型半導体層とが同一のイオン注入工程で実現できるため、極めて容易に製造可能である。   According to this method, the P-type semiconductor layer constituting the super junction structure guard ring and the P-type semiconductor layer constituting the composite rectification region can be realized in the same ion implantation step, and therefore can be manufactured very easily. .

以上、本発明の実施例を示したが、本発明の実施の形態は上述した図面及び記述に限定されるものではない。   As mentioned above, although the Example of this invention was shown, Embodiment of this invention is not limited to drawing and description which were mentioned above.

本発明は、逆方向リーク電流を低減することができるショットキーバリアダイオードとして有用である。   The present invention is useful as a Schottky barrier diode that can reduce reverse leakage current.

本発明の実施の形態1に係るショットキーバリアダイオードの構成を示す図The figure which shows the structure of the Schottky barrier diode which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係るショットキーバリアダイオードの製造工程を示す断面図Sectional drawing which shows the manufacturing process of the Schottky barrier diode which concerns on Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態1に係るショットキーバリアダイオードの製造工程を示す断面図Sectional drawing which shows the manufacturing process of the Schottky barrier diode which concerns on Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態1に係るショットキーバリアダイオードの製造工程を示す断面図Sectional drawing which shows the manufacturing process of the Schottky barrier diode which concerns on Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態1に係るショットキーバリアダイオードの要部拡大説明図Explanatory drawing of the principal part of the Schottky barrier diode according to the first embodiment of the present invention 本発明の実施の形態に係るショットキーバリアダイオードと従来例のショットキーバリアダイオードの不純物プロファイルを示す比較図Comparison diagram showing impurity profiles of a Schottky barrier diode according to an embodiment of the present invention and a conventional Schottky barrier diode 本発明の実施の形態に係るショットキーバリアダイオードと従来例のショットキーバリアダイオードの電気的特性を示す比較図Comparison diagram showing electrical characteristics of a Schottky barrier diode according to an embodiment of the present invention and a conventional Schottky barrier diode 本発明の実施の形態1に係るショットキーバリアダイオードの製造工程の変形例を示す断面図Sectional drawing which shows the modification of the manufacturing process of the Schottky barrier diode which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係るショットキーバリアダイオードの製造工程の変形例を示す断面図Sectional drawing which shows the modification of the manufacturing process of the Schottky barrier diode which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2に係るショットキーバリアダイオードの構成を示す図The figure which shows the structure of the Schottky barrier diode which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2に係るショットキーバリアダイオードの製造工程を示す断面図Sectional drawing which shows the manufacturing process of the Schottky barrier diode which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2に係るショットキーバリアダイオードの製造工程を示す断面図Sectional drawing which shows the manufacturing process of the Schottky barrier diode which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3に係るショットキーバリアダイオードの構成を示す図The figure which shows the structure of the Schottky barrier diode which concerns on Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3に係るショットキーバリアダイオードの製造工程を示す断面図Sectional drawing which shows the manufacturing process of the Schottky barrier diode which concerns on Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3に係るショットキーバリアダイオードの製造工程を示す断面図Sectional drawing which shows the manufacturing process of the Schottky barrier diode which concerns on Embodiment 3 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 N型半導体基板
2 N型半導体層
3 酸化膜
4 ショットキーメタル
5 電極
6 ガードリング
6a 第1のガードリング領域
6b 第2のガードリング領域
6S 超微小ガードリング領域
7 複合整流領域を構成するP型半導体層
8 電極
20 複合整流領域
1 N + type semiconductor substrate 2 N type semiconductor layer 3 Oxide film 4 Schottky metal 5 Electrode 6 Guard ring 6 a First guard ring region 6 b Second guard ring region 6 S Ultra fine guard ring region 7 Composite rectification region Constructing P-type semiconductor layer 8 Electrode 20 Composite rectification region

Claims (20)

表面に第1導電型の半導体層を有する半導体基板と、
前記第1導電型の半導体層の表面から所定の深さに設けられた第2導電型の半導体層と、
前記第1導電型の半導体層及び前記第2導電型の半導体層に接するように配設された金属層とを具備したショットキーバリアダイオードであって、
前記第1導電型の半導体層の前記表面が{110}面を構成するショットキーバリアダイオード。
A semiconductor substrate having a first conductivity type semiconductor layer on a surface;
A second conductivity type semiconductor layer provided at a predetermined depth from the surface of the first conductivity type semiconductor layer;
A Schottky barrier diode comprising a semiconductor layer of the first conductivity type and a metal layer disposed in contact with the semiconductor layer of the second conductivity type,
A Schottky barrier diode in which the surface of the first conductivity type semiconductor layer forms a {110} plane.
請求項1に記載のショットキーバリアダイオードであって、
複合整流領域を形成する前記第2導電型の半導体層を囲むように、
前記第1導電型の半導体層の表面から層内に延びる環状の第2導電型の半導体層からなるガードリングを具備したショットキーバリアダイオード。
The Schottky barrier diode according to claim 1,
Surrounding the semiconductor layer of the second conductivity type that forms the composite rectification region,
A Schottky barrier diode comprising a guard ring made of an annular second conductivity type semiconductor layer extending from the surface of the first conductivity type semiconductor layer into the layer.
請求項2に記載のショットキーバリアダイオードであって、
前記第1導電型の半導体層表面には、前記ガードリングの一部から前記第1導電型の半導体層の周縁までを覆う、環状の絶縁膜が形成されたショットキーバリアダイオード。
The Schottky barrier diode according to claim 2,
A Schottky barrier diode in which an annular insulating film is formed on a surface of the first conductivity type semiconductor layer so as to cover a part of the guard ring to a periphery of the first conductivity type semiconductor layer.
請求項2または3に記載のショットキーバリアダイオードであって、
前記ガードリングは少なくとも前記金属層が第1導電型の半導体層および第2導電型の半導体層と当接する領域の外縁近傍で、表面から所定の深さまでは一体的に形成された第1のガードリング領域と、前記第1のガードリング領域からさらに複数に分割されて所定深さまで伸長する第2導電型の半導体層からなるスーパージャンクション構造の第2のガードリング領域とを含むショットキーバリアダイオード。
The Schottky barrier diode according to claim 2 or 3,
The guard ring is a first guard integrally formed at a predetermined depth from the surface in the vicinity of an outer edge of a region where at least the metal layer contacts the first conductivity type semiconductor layer and the second conductivity type semiconductor layer. A Schottky barrier diode including a ring region and a second guard ring region having a super junction structure made of a semiconductor layer of a second conductivity type, which is further divided into a plurality of portions from the first guard ring region and extends to a predetermined depth.
請求項2または3に記載のショットキーバリアダイオードであって、
前記ガードリングは少なくとも前記金属層が前記第1導電型の半導体層および第2導電型の半導体層と当接する領域の外縁近傍で、複数に分割されて所定深さまで伸長する第2導電型の半導体層からなるスーパージャンクション構造を構成したショットキーバリアダイオード。
The Schottky barrier diode according to claim 2 or 3,
The guard ring is a second conductivity type semiconductor that is divided into a plurality of portions and extends to a predetermined depth in the vicinity of an outer edge of a region where at least the metal layer is in contact with the first conductivity type semiconductor layer and the second conductivity type semiconductor layer. A Schottky barrier diode with a super junction structure consisting of layers.
請求項2乃至5のいずれかに記載のショットキーバリアダイオードであって、
前記ガードリングは、その内側で前記複合整流領域を形成する第2導電型の半導体層と同一工程で形成されるショットキーバリアダイオード。
A Schottky barrier diode according to any one of claims 2 to 5,
The guard ring is a Schottky barrier diode formed in the same process as a semiconductor layer of a second conductivity type that forms the composite rectification region inside.
請求項1乃至6のいずれかに記載のショットキーバリアダイオードであって、
互いに隣接する前記複合整流領域を形成する第2導電型の半導体層から、前記第1導電型の半導体層へ広がる空乏層が逆方向電圧印加時につながるように、前記第1導電型半導体層および前記第2導電型半導体層の不純物濃度と幅が設定されたショットキーバリアダイオード。
The Schottky barrier diode according to any one of claims 1 to 6,
The first conductive semiconductor layer and the first conductive semiconductor layer and the depletion layer extending from the second conductive semiconductor layer forming the composite rectifying region adjacent to each other to the first conductive semiconductor layer are connected when a reverse voltage is applied. A Schottky barrier diode in which the impurity concentration and width of the second conductivity type semiconductor layer are set.
請求項1乃至7のいずれかに記載のショットキーバリアダイオードであって、
前記第2導電型の半導体層を構成する不純物はボロンであるショットキーバリアダイオード。
The Schottky barrier diode according to any one of claims 1 to 7,
The Schottky barrier diode, wherein the impurity constituting the second conductivity type semiconductor layer is boron.
請求項1乃至8のいずれかに記載のショットキーバリアダイオードであって、
前記金属層は、ニッケル、モリブデン、チタンのいずれかを含むショットキーメタル層と、アルミニウムを含む電極層とで構成されるショットキーバリアダイオード。
A Schottky barrier diode according to any one of claims 1 to 8,
The metal layer is a Schottky barrier diode including a Schottky metal layer containing any of nickel, molybdenum, and titanium and an electrode layer containing aluminum.
請求項4乃至9のいずれかに記載のショットキーバリアダイオードであって、
前記スーパージャンクション構造を構成する第2導電型の半導体層は、幅2μm以下であるショットキーバリアダイオード。
A Schottky barrier diode according to any one of claims 4 to 9,
The second conductivity type semiconductor layer constituting the super junction structure is a Schottky barrier diode having a width of 2 μm or less.
表面に第1導電型の半導体層を有し、前記第1導電型の半導体層の主表面が{110}面を構成する半導体基板を用意する工程と、
第2導電型の不純物を導入することにより、前記第1導電型の半導体層の表面から所定の深さとなるように第2導電型の半導体層を形成する工程と、
前記第1導電型の半導体層及び前記第2導電型の半導体層に接するように金属層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。
Providing a semiconductor substrate having a semiconductor layer of a first conductivity type on the surface, wherein a main surface of the first conductivity type semiconductor layer forms a {110} plane;
Forming a second conductivity type semiconductor layer so as to have a predetermined depth from the surface of the first conductivity type semiconductor layer by introducing a second conductivity type impurity;
Forming a metal layer so as to be in contact with the first conductivity type semiconductor layer and the second conductivity type semiconductor layer.
請求項11に記載のショットキーバリアダイオードの製造方法であって、
前記第1導電型の半導体層表面に形成された前記第2導電型の半導体層を囲むように、
第2導電型の不純物を導入することにより、前記半導体層の表面から層内に延びる環状の第2導電型の半導体層からなるガードリングを形成する工程を含むショットキーバリアダイオードの製造方法。
A method of manufacturing a Schottky barrier diode according to claim 11,
Surrounding the second conductivity type semiconductor layer formed on the surface of the first conductivity type semiconductor layer,
A method for manufacturing a Schottky barrier diode, comprising introducing a second conductivity type impurity to form a guard ring made of an annular second conductivity type semiconductor layer extending from the surface of the semiconductor layer into the layer.
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であって、
前記第1導電型の半導体層表面には、前記ガードリングの一部を覆うように、環状の絶縁膜を形成する工程を含むショットキーバリアダイオードの製造方法。
A method for manufacturing a Schottky barrier diode according to claim 12,
A method for manufacturing a Schottky barrier diode, comprising a step of forming an annular insulating film on a surface of the semiconductor layer of the first conductivity type so as to cover a part of the guard ring.
請求項12または13に記載のショットキーバリアダイオードの製造方法であって、
前記ガードリングを形成する工程が、
少なくとも前記金属層が前記第1導電型の半導体層および第2導電型の半導体層と当接する領域の外縁近傍に、第1の幅のリング状をなすように、第1の深さまで第2導電型の不純物をイオン注入する第1のイオン注入工程と、
少なくとも前記第1のイオン注入工程で注入される領域を含む周辺領域に、前記注入される領域から複数に分割されて、前記第1の幅の2分の1以下である第2の幅で第2の深さまで第2導電型の不純物をイオン注入する第2のイオン注入工程とを含み、
表面から所定の深さまでは一体的に形成された第1のガードリング領域と、前記第1のガードリング領域からさらに複数に分割されて所定深さまで伸長する第2導電型の半導体層からなるスーパージャンクション構造の第2のガードリング領域で構成されたガードリングを形成するショットキーバリアダイオードの製造方法。
A method for manufacturing a Schottky barrier diode according to claim 12 or 13,
Forming the guard ring comprises:
The second conductive layer is formed to a first depth so that at least the metal layer forms a ring having a first width in the vicinity of the outer edge of the region in contact with the first conductive type semiconductor layer and the second conductive type semiconductor layer. A first ion implantation step of ion-implanting a type impurity;
At least a peripheral region including a region implanted in the first ion implantation step is divided into a plurality of regions from the implanted region, and the second width is less than or equal to one-half of the first width. A second ion implantation step of ion-implanting a second conductivity type impurity to a depth of 2;
A supermarket comprising a first guard ring region integrally formed at a predetermined depth from the surface, and a second conductive type semiconductor layer further divided into a plurality of portions extending from the first guard ring region and extending to a predetermined depth. A method of manufacturing a Schottky barrier diode that forms a guard ring including a second guard ring region having a junction structure.
請求項12または13に記載のショットキーバリアダイオードの製造方法であって、
前記ガードリングを形成する工程が、
少なくとも前記金属層が前記第1導電型の半導体層および第2導電型の半導体層と当接する領域の外縁近傍に、第2導電型の不純物をイオン注入し、複数に分割されて所定深さまで伸長する第2導電型の半導体層からなるスーパージャンクション構造のガードリングを形成する工程であるショットキーバリアダイオードの製造方法。
A method for manufacturing a Schottky barrier diode according to claim 12 or 13,
Forming the guard ring comprises:
At least the metal layer is ion-implanted with a second conductivity type impurity in the vicinity of the outer edge of the region where the metal layer contacts the first conductivity type semiconductor layer and the second conductivity type semiconductor layer, and is divided into a plurality of portions and extended to a predetermined depth. A method of manufacturing a Schottky barrier diode, which is a step of forming a guard ring having a super junction structure made of a second conductivity type semiconductor layer.
請求項12乃至15のいずれかに記載のショットキーバリアダイオードの製造方法であって、
前記ガードリングを形成する工程は、前記ガードリングの内側で複合整流領域を形成する前記第2導電型の半導体層と同一工程で形成されるショットキーバリアダイオードの製造方法。
A method for manufacturing a Schottky barrier diode according to any one of claims 12 to 15,
The step of forming the guard ring is a method for manufacturing a Schottky barrier diode formed in the same step as the semiconductor layer of the second conductivity type that forms a composite rectification region inside the guard ring.
請求項11乃至16のいずれかに記載のショットキーバリアダイオードの製造方法であって、
前記複合整流領域を形成する互いに隣接する第2導電型の半導体層から、前記第1導電型の半導体層へ広がる空乏層が、逆方向電圧印加時につながるように、前記第1導電型の半導体層および前記第2導電型の半導体層の不純物濃度と幅を設定するショットキーバリアダイオードの製造方法。
A method for manufacturing a Schottky barrier diode according to any one of claims 11 to 16,
The first conductivity type semiconductor layer is formed so that a depletion layer extending from adjacent second conductivity type semiconductor layers forming the composite rectification region to the first conductivity type semiconductor layer is connected when a reverse voltage is applied. And a Schottky barrier diode manufacturing method for setting an impurity concentration and a width of the semiconductor layer of the second conductivity type.
請求項11乃至17のいずれかに記載のショットキーバリアダイオードの製造方法であって、
前記第2導電型の半導体層を構成する不純物としてはボロンを用いるショットキーバリアダイオードの製造方法。
A method for manufacturing a Schottky barrier diode according to any one of claims 11 to 17,
A method for manufacturing a Schottky barrier diode, wherein boron is used as an impurity constituting the second conductivity type semiconductor layer.
請求項11乃至18のいずれかに記載のショットキーバリアダイオードの製造方法であって、
前記金属層を形成する工程は、ニッケル、モリブデン、チタンのいずれかを含むショットキーメタル層を形成する工程と、アルミニウムを含む電極層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。
A method for manufacturing a Schottky barrier diode according to any one of claims 11 to 18,
The step of forming the metal layer includes a step of forming a Schottky metal layer including any of nickel, molybdenum, and titanium and a step of forming an electrode layer including aluminum.
請求項14乃至19のいずれかに記載のショットキーバリアダイオードの製造方法であって、
前記スーパージャンクション構造を構成する第2導電型の半導体層は、幅2μm以下となるようにイオン注入によって形成されるショットキーバリアダイオードの製造方法。
A method for manufacturing a Schottky barrier diode according to any one of claims 14 to 19,
A method of manufacturing a Schottky barrier diode, wherein the second conductivity type semiconductor layer constituting the super junction structure is formed by ion implantation so as to have a width of 2 μm or less.
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