JP2016174070A - Schottky barrier diode and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リーク電流が小さく逆方向耐電圧が高いショットキーバリアダイオードおよびその製造方法に関する。 The present invention relates to a Schottky barrier diode having a small leakage current and a high reverse withstand voltage, and a method for manufacturing the same.
III族窒化物、たとえばGaN(窒化ガリウム)は、Si(シリコン)に比べて、約3倍のバンドギャップ、約10倍の高い絶縁破壊電界強度、さらに大きな飽和電子速度などの様々な優れた特性を有しているため、ショットキーバリアダイオードなどのパワーデバイス(電力用デバイス)への応用が期待されている。 Group III nitrides, such as GaN (gallium nitride), have various excellent characteristics such as about 3 times the band gap, about 10 times higher breakdown electric field strength, and larger saturation electron velocity than Si (silicon). Therefore, application to power devices (power devices) such as Schottky barrier diodes is expected.
特開2009−076874号公報(特許文献1)は、逆方向耐圧の高いショットキーバリアダイオードを提供するために、主表面を有する半導体層と、主表面上に形成され開口部が形成されている窒化絶縁膜と、主表面に接触するように形成されたショットキー電極と、ショットキー電極に接続するとともに窒化絶縁膜に重なるように形成されたフィールドプレート電極と、を備え、窒化絶縁膜中の水素濃度が3.8×1022cm-3未満である、ショットキーバリアダイオードを開示する。 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-077684 (Patent Document 1) includes a semiconductor layer having a main surface and an opening formed on the main surface in order to provide a Schottky barrier diode having a high reverse breakdown voltage. A nitride insulating film; a Schottky electrode formed so as to be in contact with the main surface; and a field plate electrode connected to the Schottky electrode and formed so as to overlap the nitride insulating film. Disclosed is a Schottky barrier diode having a hydrogen concentration of less than 3.8 × 10 22 cm −3 .
特開2009−076874号公報(特許文献1)で開示されるショットキーバリアダイオードは、半導体層の主表面上に窒化絶縁膜をプラズマCVD(プラズマ化学気相堆積)法により形成する際に半導体層の主表面側にプラズマによるダメージを受けることから、ショットキー電極に接する半導体層のプラズマによるダメージを受けた主表面側に欠陥準位が生じるため、逆方向電圧を印加したときのリーク電流が大きくなり逆方向耐電圧が低くなるという問題点があった。 A Schottky barrier diode disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-077684 (Patent Document 1) includes a semiconductor layer formed when a nitride insulating film is formed on a main surface of a semiconductor layer by a plasma CVD (plasma chemical vapor deposition) method. Since the main surface side of the semiconductor layer is damaged by plasma, a defect level is generated on the main surface side of the semiconductor layer in contact with the Schottky electrode, which is damaged by the plasma, so that a large leakage current occurs when a reverse voltage is applied. As a result, the reverse withstand voltage is low.
そこで、上記の問題点を解決して、逆方向電圧を印加したときのリーク電流が小さく逆方向耐電圧が高いショットキーバリアダイオードおよびその製造方法を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to solve the above problems and provide a Schottky barrier diode having a small leakage current when a reverse voltage is applied and a high reverse withstand voltage and a method for manufacturing the same.
本発明のある態様にかかるショットキーバリアダイオードは、第1の電極と、開口部を有する絶縁膜と、III族酸化物層と、少なくとも1層のIII族窒化物層と、をこの順に含み、III族酸化物層は、開口部で第1の電極にショットキー接触されて接し、開口部以外で絶縁膜に接しており、III族酸化物層の第1の電極に接する部分の厚さは、III族酸化物層の絶縁膜に接する部分の厚さよりも小さい。 A Schottky barrier diode according to an aspect of the present invention includes a first electrode, an insulating film having an opening, a group III oxide layer, and at least one group III nitride layer in this order, The group III oxide layer is in Schottky contact with and in contact with the first electrode at the opening, and is in contact with the insulating film at other than the opening, and the thickness of the portion of the group III oxide layer in contact with the first electrode is The thickness of the portion of the group III oxide layer in contact with the insulating film is smaller.
本発明の別の態様にかかるショットキーバリアダイオードの製造方法は、少なくとも1層のIII族窒化物層上にIII族酸化物層を形成する工程と、III族酸化物層上に絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜の一部を除去することにより開口部を形成する工程と、開口部下のIII族酸化物層の少なくとも一部を除去することにより、開口部下のIII族酸化物層の厚さを低減する工程と、開口部下のIII族酸化物層にショットキー接触で接する第1の電極を形成する工程と、を含み、III族酸化物層の第1の電極に接する部分の厚さは、III族酸化物層の絶縁膜に接する部分の厚さよりも小さい。 A method for manufacturing a Schottky barrier diode according to another aspect of the present invention includes a step of forming a group III oxide layer on at least one group III nitride layer, and forming an insulating film on the group III oxide layer. A step of forming an opening by removing a part of the insulating film, and a thickness of the group III oxide layer under the opening by removing at least a part of the group III oxide layer under the opening. And a step of forming a first electrode in contact with the group III oxide layer under the opening by Schottky contact, and a thickness of a portion of the group III oxide layer in contact with the first electrode Is smaller than the thickness of the portion of the group III oxide layer in contact with the insulating film.
上記によれば、逆方向電圧を印加したときのリーク電流が小さく逆方向耐電圧が高いショットキーバリアダイオードおよびその製造方法を提供できる。 According to the above, it is possible to provide a Schottky barrier diode having a small leakage current when a reverse voltage is applied and a high reverse withstand voltage, and a method for manufacturing the same.
<本発明の実施形態の説明>
本発明のある実施形態にかかるショットキーバリアダイオードは、第1の電極と、開口部を有する絶縁膜と、III族酸化物層と、少なくとも1層のIII族窒化物層と、をこの順に含み、III族酸化物層は、開口部で第1の電極にショットキー接触されて接し、開口部以外で絶縁膜に接しており、III族酸化物層の第1の電極に接する部分の厚さは、III族酸化物層の絶縁膜に接する部分の厚さよりも小さい。本実施形態のショットキーバリアダイオードは、III族酸化物層の第1の電極に接する部分において、絶縁膜の形成の際にIII族酸化物層の主表面側に受けたダメージが除去されているため、逆方向電圧を印加したときのリーク電流が小さく逆方向耐電圧が高い。
<Description of Embodiment of the Present Invention>
A Schottky barrier diode according to an embodiment of the present invention includes a first electrode, an insulating film having an opening, a group III oxide layer, and at least one group III nitride layer in this order. The Group III oxide layer is in Schottky contact with and in contact with the first electrode at the opening, and is in contact with the insulating film at the portion other than the opening, and the thickness of the portion in contact with the first electrode of the Group III oxide layer Is smaller than the thickness of the portion of the group III oxide layer in contact with the insulating film. In the Schottky barrier diode of this embodiment, the damage received on the main surface side of the group III oxide layer during the formation of the insulating film is removed in the portion of the group III oxide layer in contact with the first electrode. Therefore, the leak current when applying the reverse voltage is small and the reverse withstand voltage is high.
本実施形態のショットキーバリアダイオードにおいて、III族酸化物層の第1の電極に接する部分の厚さを3nm未満とし、III族酸化物層の絶縁膜に接する部分の厚さを5nm未満とすることができる。かかるショットキーバリアダイオードは、逆方向電圧を印加したときのリーク電流が小さく逆方向耐電圧が高くなるとともに、順方向電圧を印加したときの順方向電流が高くなりオン抵抗が低くなる。 In the Schottky barrier diode of this embodiment, the thickness of the portion of the group III oxide layer in contact with the first electrode is less than 3 nm, and the thickness of the portion of the group III oxide layer in contact with the insulating film is less than 5 nm. be able to. Such a Schottky barrier diode has a small leakage current when a reverse voltage is applied and a high reverse withstand voltage, and also has a high forward current and a low on-resistance when a forward voltage is applied.
本実施形態のショットキーバリアダイオードにおいて、III族酸化物層とIII族窒化物層とは、含有するIII族元素の少なくとも1種類を同じとすることができる。かかるショットキーバリアダイオードは、逆方向電圧を印加したときのリーク電流が小さく逆方向耐電圧が高くなるとともに、オン抵抗および逆方向耐電圧のばらつきが小さくなる。 In the Schottky barrier diode of the present embodiment, the group III oxide layer and the group III nitride layer may be the same in at least one group III element contained. Such a Schottky barrier diode has a small leakage current when a reverse voltage is applied and a high reverse withstand voltage, and a small variation in on-resistance and reverse withstand voltage.
本実施形態のショットキーバリアダイオードにおいて、III族窒化物層は、第1のn型III族窒化物層と第2のn型III族窒化物層とを含み、第1のn型III族窒化物層のキャリア濃度を、第2のn型III族窒化物層のキャリア濃度より高くすることができる。かかるショットキーバリアダイオードは、逆方向電圧を印加したときのリーク電流が小さく逆方向耐電圧が高くなるとともに、オン抵抗および逆方向耐電圧のばらつきが小さくなる。 In the Schottky barrier diode of the present embodiment, the group III nitride layer includes a first n-type group III nitride layer and a second n-type group III nitride layer, and the first n-type group III nitride is included. The carrier concentration of the physical layer can be made higher than the carrier concentration of the second n-type group III nitride layer. Such a Schottky barrier diode has a small leakage current when a reverse voltage is applied and a high reverse withstand voltage, and a small variation in on-resistance and reverse withstand voltage.
本実施形態のショットキーバリアダイオードにおいて、III族窒化物層側に導電性支持体をさらに含むことができる。かかるショットキーバリアダイオードは、逆方向電圧を印加したときのリーク電流が小さく逆方向耐電圧が高くなるとともに、機械的強度が高くなる。 The Schottky barrier diode of this embodiment can further include a conductive support on the group III nitride layer side. Such a Schottky barrier diode has a small leakage current when a reverse voltage is applied, a high reverse withstand voltage, and a high mechanical strength.
本実施形態のショットキーバリアダイオードにおいて、第1の電極側に導電性支持体をさらに含むことができる。かかるショットキーバリアダイオードは、逆方向電圧を印加したときのリーク電流が小さく逆方向耐電圧が高くなるとともに、機械的強度が高くなる。 The Schottky barrier diode of the present embodiment can further include a conductive support on the first electrode side. Such a Schottky barrier diode has a small leakage current when a reverse voltage is applied, a high reverse withstand voltage, and a high mechanical strength.
本発明の別の実施形態にかかるショットキーバリアダイオードの製造方法は、少なくとも1層のIII族窒化物層上にIII族酸化物層を形成する工程と、III族酸化物層上に絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜の一部を除去することにより開口部を形成する工程と、開口部下のIII族酸化物層の少なくとも一部を除去することにより、開口部下のIII族酸化物層の厚さを低減する工程と、開口部下のIII族酸化物層にショットキー接触で接する第1の電極を形成する工程と、を含み、III族酸化物層の第1の電極に接する部分の厚さは、III族酸化物層の絶縁膜に接する部分の厚さよりも小さい。本実施形態のショットキーバリアダイオードの製造方法は、開口部下のIII族酸化物層の少なくとも一部を除去することにより、開口部下のIII族酸化物層の厚さを低減することから、III族酸化物層の第1の電極に接する部分において、絶縁膜の形成の際にIII族酸化物層の主表面側に受けたダメージが除去されるため、逆方向電圧を印加したときのリーク電流が小さく逆方向耐電圧が高いショットキーバリアダイオードを製造できる。 A method of manufacturing a Schottky barrier diode according to another embodiment of the present invention includes a step of forming a group III oxide layer on at least one group III nitride layer, and an insulating film on the group III oxide layer. Forming the opening by removing a part of the insulating film, removing at least a part of the group III oxide layer under the opening, and removing the group III oxide layer under the opening. Reducing the thickness, and forming a first electrode in contact with the group III oxide layer under the opening by Schottky contact, and the thickness of the portion of the group III oxide layer in contact with the first electrode The thickness is smaller than the thickness of the portion of the group III oxide layer in contact with the insulating film. Since the manufacturing method of the Schottky barrier diode of this embodiment reduces the thickness of the group III oxide layer under the opening by removing at least a part of the group III oxide layer under the opening, the group III In the portion of the oxide layer in contact with the first electrode, the damage received on the main surface side of the group III oxide layer during the formation of the insulating film is removed, so that the leakage current when the reverse voltage is applied is A small Schottky barrier diode with a high reverse withstand voltage can be manufactured.
本発明の別の実施形態にかかるショットキーバリアダイオードの製造方法において、III族酸化物層の第1の電極に接する部分の厚さを3nm未満とし、III族酸化物層の絶縁膜に接する部分の厚さを5nm未満とすることができる。かかるショットキーバリアダイオードの製造方法は、かかるショットキーバリアダイオードの製造方法は、逆方向電圧を印加したときのリーク電流が小さく逆方向耐電圧が高いとともに、順方向電圧を印加したときの順方向電流が高くオン抵抗が低いショットキーバリアダイオードを製造できる。 In the method for manufacturing a Schottky barrier diode according to another embodiment of the present invention, the thickness of the portion in contact with the first electrode of the group III oxide layer is less than 3 nm, and the portion in contact with the insulating film of the group III oxide layer Can be less than 5 nm. Such a Schottky barrier diode manufacturing method is such that when the reverse voltage is applied, the leakage current is small and the reverse withstand voltage is high, and the forward direction when the forward voltage is applied. A Schottky barrier diode with high current and low on-resistance can be manufactured.
本発明の別の実施形態にかかるショットキーバリアダイオードの製造方法において、III族酸化物層とIII族窒化物層とは、含有するIII族元素の少なくとも1種類を同じとすることができる。かかるショットキーバリアダイオードの製造方法は、逆方向電圧を印加したときのリーク電流が小さく逆方向耐電圧が高いとともに、オン抵抗および逆方向耐電圧のばらつきが小さいショットキーバリアダイオードを製造できる。 In the method for manufacturing a Schottky barrier diode according to another embodiment of the present invention, the group III oxide layer and the group III nitride layer may have the same at least one group III element contained therein. Such a Schottky barrier diode manufacturing method can manufacture a Schottky barrier diode having a small leakage current when a reverse voltage is applied and a high reverse withstand voltage, and a small variation in on-resistance and reverse withstand voltage.
本発明の別の実施形態にかかるショットキーバリアダイオードの製造方法において、III族窒化物層は、第1のn型III族窒化物層と第2のn型III族窒化物層とを含み、第1のn型III族窒化物層のキャリア濃度を、第2のn型III族窒化物層のキャリア濃度より高くすることができる。かかるショットキーバリアダイオードの製造方法は、逆方向電圧を印加したときのリーク電流が小さく逆方向耐電圧が高いとともに、オン抵抗および逆方向耐電圧のばらつきが小さいショットキーバリアダイオードを製造できる。 In the method for manufacturing a Schottky barrier diode according to another embodiment of the present invention, the group III nitride layer includes a first n-type group III nitride layer and a second n-type group III nitride layer, The carrier concentration of the first n-type group III nitride layer can be higher than the carrier concentration of the second n-type group III nitride layer. Such a Schottky barrier diode manufacturing method can manufacture a Schottky barrier diode having a small leakage current when a reverse voltage is applied and a high reverse withstand voltage, and a small variation in on-resistance and reverse withstand voltage.
本発明の別の実施形態にかかるショットキーバリアダイオードの製造方法において、III族窒化物層上にIII族酸化物層を形成する工程の前に、導電性支持体上にIII族窒化物層を形成する工程をさらに含むことができる。かかるショットキーバリアダイオードの製造方法は、逆方向電圧を印加したときのリーク電流が小さく逆方向耐電圧が高いとともに、機械的強度が高いショットキーバリアダイオードを製造できる。 In the method for manufacturing a Schottky barrier diode according to another embodiment of the present invention, the group III nitride layer is formed on the conductive support before the step of forming the group III oxide layer on the group III nitride layer. A forming step may be further included. Such a Schottky barrier diode manufacturing method can manufacture a Schottky barrier diode having a small leakage current when a reverse voltage is applied and a high reverse breakdown voltage and a high mechanical strength.
本発明の別の実施形態にかかるショットキーバリアダイオードの製造方法において、開口部におけるIII族酸化物層にショットキー接触で接する第1の電極を形成する工程の後に、第1の電極側に導電性支持体を形成する工程をさらに含むことができる。かかるショットキーバリアダイオードの製造方法は、逆方向電圧を印加したときのリーク電流が小さく逆方向耐電圧が高いとともに、機械的強度が高いショットキーバリアダイオードを製造できる。 In the method for manufacturing a Schottky barrier diode according to another embodiment of the present invention, after the step of forming the first electrode in contact with the group III oxide layer in the opening by Schottky contact, the first electrode side is electrically conductive. A step of forming a conductive support. Such a Schottky barrier diode manufacturing method can manufacture a Schottky barrier diode having a small leakage current when a reverse voltage is applied and a high reverse breakdown voltage and a high mechanical strength.
<本発明の実施形態の詳細>
以下、図面を参照して、本発明の実施形態の詳細を説明する。
<Details of Embodiment of the Present Invention>
Hereinafter, details of embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[実施形態1:ショットキーバリアダイオード]
図1および図2に示すように、本実施形態のショットキーバリアダイオード1は、第1の電極40と、開口部30wを有する絶縁膜30と、III族酸化物層20aと、少なくとも1層のIII族窒化物層20と、をこの順に含み、III族酸化物層20aは、開口部30wで第1の電極40にショットキー接触されて接し、開口部30w以外で絶縁膜30に接しており、III族酸化物層20aの第1の電極40に接する部分の厚さT1は、III族酸化物層20aの絶縁膜30に接する部分の厚さT0よりも小さい。ここで、III族酸化物層20aの絶縁膜30に接する部分の厚さT0および第1の電極40に接する部分の厚さT1は、分光エリプソ法により測定される。
[Embodiment 1: Schottky barrier diode]
As shown in FIGS. 1 and 2, the Schottky
本実施形態のショットキーバリアダイオード1は、III族酸化物層20aの第1の電極40に接する部分の厚さT1が絶縁膜30に接する部分の厚さT0より小さいことにより、III族酸化物層20aの第1の電極40に接する部分において、絶縁膜30の形成の際にIII族酸化物層20aの主表面側に受けたダメージ20adが除去されているため、逆方向電圧を印加したときのリーク電流が小さく逆方向耐電圧が高い。ここで、逆方向電圧およびリーク電流は、カーブトレーサにより測定される。
The
本実施形態のショットキーバリアダイオード1において、III族酸化物層20aの第1の電極40に接する部分の厚さT1は3nm未満であり、III族酸化物層の絶縁膜30に接する部分の厚さT0は10nm未満であることが好ましい。かかるショットキーバリアダイオード1は、逆方向電圧を印加したときのリーク電流が小さく逆方向耐電圧が高くなるとともに、順方向電圧を印加したときの順方向電流が高くなりオン抵抗が低くなる。ここで、順方向電圧および順方向電流は、カーブトレーサにより測定される。
In the
III族酸化物層20aの第1の電極40に接する部分の厚さT1は、ショットキーバリアダイオード1に順方向電圧を印加したときの順方向電流が高くなりオン抵抗が低くなる観点から、小さいことが望ましく、3.0nm未満が好ましく、1.0nm未満がより好ましく、0nmすなわちIII族酸化物層20aの第1の電極40に接する部分がなくIII族窒化物層20が直接第1の電極40に接していることがさらに好ましいが、絶縁膜30の開口部の30wの形状を維持したまま形成されたIII族酸化物層20aを完全に除去することは難しい。
The thickness T 1 of the portion in contact with the
また、III族酸化物層20aの絶縁膜30に接する部分の厚さT0は、ショットキーバリアダイオード1に順方向電圧を印加したときの順方向電流が高くなりオン抵抗が低くなるように、III族酸化物層20aの第1の電極40に接する部分の厚さT1を形成しやすい観点から、厚さT1より大きく、かつ、10.0nm未満が好ましく、6.0nm未満がより好ましい。また、III族酸化物層20aの絶縁膜30に接する部分の厚さT0は、III族窒化物層20上に形成されたIII族酸化物層20a上に絶縁膜30を形成する際にIII族酸化物層20aの主表面側に受けたダメージ20adがIII族窒化物層20に達するのを防止する観点から、1.0nm以上が好ましく、2.0nm以上がより好ましく、4.0nm以上がさらに好ましい。
Further, the thickness T 0 of the portion of the group
本実施形態のショットキーバリアダイオード1において、絶縁膜30の形成の際にIII族酸化物層20aの主表面側に受けたダメージ20adが確実に除去される観点から、III族酸化物層20aの絶縁膜30に接する部分の厚さT0とIII族酸化物層20aの第1の電極40に接する部分の厚さT1との差T0−T1は、1.0nm以上が好ましく、3.0nm以上がより好ましく、5.0nm以上がさらに好ましい。
In the
図1および図2に示すように、本実施形態のショットキーバリアダイオード1において、III族酸化物層20aとIII族窒化物層20とは、含有するIII族元素の少なくとも1種類が同じであることが好ましい。かかるショットキーバリアダイオード1は、逆方向電圧を印加したときのリーク電流が小さく逆方向耐電圧が高くなるとともに、オン抵抗および逆方向耐電圧のばらつきが小さくなる。
As shown in FIGS. 1 and 2, in the
図1および図2に示すように、本実施形態のショットキーバリアダイオード1において、III族窒化物層20は、第1のn型III族窒化物層21と第2のn型III族窒化物層22とを含み、第1のn型III族窒化物層21のキャリア濃度を、第2のn型III族窒化物層22のキャリア濃度より高くすることが好ましい。かかるショットキーバリアダイオード1は、逆方向電圧を印加したときのリーク電流が小さく逆方向耐電圧が高くなるとともに、オン抵抗および逆方向耐電圧のばらつきが小さくなる。ここで、第1のn型III族窒化物層21および第2のn型III族窒化物層22のキャリア濃度は、CV(静電容量−電圧)法、SIMS(2次イオン質量分析)法などにより測定される。
As shown in FIGS. 1 and 2, in the
本実施形態のショットキーバリアダイオード1における第1の電極40、開口部30wを有する絶縁膜30、III族酸化物層20a、および少なくとも1層のIII族窒化物層20について以下に説明する。なお、本明細書中の電極および金属層の具体的な名称において、「M1/M2/・・・/Mn」の表記はn個の金属によるn層構造を示し、「M1−M2−・・・−Mn」の表記はn個の金属による合金構造を示す。
The
(第1の電極)
第1の電極40は、III族酸化物層20a(III族酸化物層20aの第1の電極40に接する部分の厚さT1が0nmとなる場合は、III族窒化物層20)にショットキー接触で接するものであれば特に制限はなく、Ni/Au電極、Ti/Au電極、Pt電極が挙げられる。
(First electrode)
The
(開口部を有する絶縁膜)
開口部30wを有する絶縁膜30は、フィールドプレート構造を形成できるものであれば特に制限はないが、絶縁性が高い観点から、SiNx(窒化シリコン)膜、SiO2(酸化シリコン)膜などが好ましく挙げられる。
(Insulating film having an opening)
The insulating
(III族酸化物層)
III族酸化物層20aは、特に制限はないが、III族酸化物層20aにショットキー接触する第1の電極40に含まれる金属元素とIII族窒化物層20に含まれる元素との間で生成する生成物以外の生成物を生じさせない観点、および、III族酸化物層20aに含まれる元素がIII族窒化物層20へ原子拡散するのを防止する観点から、III族酸化物層20aとIII族窒化物層20とについて、含有するIII族元素の少なくとも1種類が同じであることが好ましく、含有するIII族元素の全ての種類が同じであることがより好ましく、含有するIII族元素の全ての種類の組成比率が同じであることがさらに好ましい。ここで、III族酸化物層20aの化学組成はXPS(X線光電子分光)法により測定される。
(Group III oxide layer)
The group
(III族窒化物層)
III族窒化物層20は、特に制限はないが、III族酸化物層20aに含まれる元素がIII族窒化物層20へ原子拡散するのを防止する観点から、III族窒化物層20とIII族酸化物層20aとについて、含有するIII族元素の少なくとも1種類が同じであることが好ましく、含有するIII族元素の全ての種類が同じであることがより好ましく、含有するIII族元素の全ての種類の組成比率が同じであることがさらに好ましい。ここで、III族窒化物層20の化学組成はXPS法、SIMS法などにより測定される。
(Group III nitride layer)
The group
III族窒化物層20は、第1のn型III族窒化物層21と第2のn型III族窒化物層22とを含み、第2のn型III族窒化物層22が第1の電極40側に位置しており、第1のn型III族窒化物層21のキャリア濃度は第2のn型III族窒化物層22のキャリア濃度より高い。第1のn型III族窒化物層21のキャリア濃度は、オン抵抗を低減し、かつ、結晶性を損なわない観点から、5×1016cm-3以上1×1022cm-3以下が好ましく、5×1017cm-3以上1×1019cm-3以下がより好ましい。第2のn型III族窒化物層22のキャリア濃度は、逆方向耐電圧を高め、かつ、オン抵抗を低く維持する観点から、1×1015cm-3以上3×1016cm-3以下が好ましく、4×1015cm-3以上1×1016cm-3以下がより好ましい。
The group
図1に示すように、本実施形態のショットキーバリアダイオード1において、III族窒化物層20側に導電性支持体13をさらに含むことが好ましい。かかるショットキーバリアダイオード1は、逆方向電圧を印加したときのリーク電流が小さく逆方向耐電圧が高くなるとともに、機械的強度が高くなる。
As shown in FIG. 1, in the
(導電性支持体)
導電性支持体13は、縦型のショットキーバリアダイオード1を形成する観点から導電性の支持体であれば特に制限はなく、Si(シリコン)基板、III族窒化物基板、III−V族化合物基板、II−VI族化合物基板、金属基板などが挙げられる。導電性支持体13は、導電性支持体13上に高品質のIII族窒化物層20を形成する観点から、III族窒化物基板、III族窒化物膜13sが好適に挙げられる。なお、導電性支持体13が金属基板の場合は、ショットキーバリアダイオード1と線熱膨張係数が近似し、かつ、熱伝導性が高い観点から、III族窒化物層20にオーミック接触するMo(モリブデン)基板、W(タングステン)基板などが好適に挙げられる。
(Conductive support)
The
図2に示すように、本実施形態のショットキーバリアダイオード1において、第1の電極40側に導電性支持体80をさらに含むことが好ましい。かかるショットキーバリアダイオードは、逆方向電圧を印加したときのリーク電流が小さく逆方向耐電圧が高くなるとともに、機械的強度が高くなる。
As shown in FIG. 2, in the
(導電性支持体)
導電性支持体80は、縦型のショットキーバリアダイオード1を形成する観点から導電性の支持体であれば特に制限はなく、Si基板、III族窒化物基板、III−V族化合物基板、II−VI族化合物基板、金属基板などが挙げられる。
(Conductive support)
The
(ショットキーバリアダイオードの第1例)
図1に示すように、本実施形態のショットキーバリアダイオード1の第1例は、パッド電極50、第1の電極40、開口部30wを有する絶縁膜30、III族酸化物層20a、III族窒化物層20である第2のn型III族窒化物層22および第1のn型III族窒化物層21、導電性支持体13、ならびに第2の電極60がこの順に配置されている。すなわち、第1例のショットキーバリアダイオード1は、III族窒化物層20側に導電性支持体13が配置されているものである。
(First example of Schottky barrier diode)
As shown in FIG. 1, the first example of the
第1の電極40、開口部30wを有する絶縁膜30、III族酸化物層20a、III族窒化物層20である第2のn型III族窒化物層22および第1のn型III族窒化物層21、ならびに導電性支持体13については、上記と同様であるため、ここでは繰り返さない。
(パッド電極)
パッド電極50は、特に制限はなく、Ti/Au電極、Ni/Pt/Au電極などが挙げられる。
(Pad electrode)
There is no restriction | limiting in particular in the
(第2の電極)
第2の電極60は、特に制限はないが、ショットキーバリアダイオード1のオン抵抗を低くする観点から、導電性支持体13が半導体の場合は、導電性支持体13にオーミック接触する電極が好ましい。導電性支持体13がIII族窒化物基板またはIII族窒化物膜13sの場合は、第2の電極60は、Al/Ti/Au電極、Al/Ti/Pt/Au電極などが好ましい。なお、導電性支持体13が金属基板の場合は、第2の電極60を省略することができる。
(Second electrode)
The
(ショットキーバリアダイオードの第2例)
図2に示すように、本実施形態のショットキーバリアダイオード1の第2例は、導電性支持体電極80e、導電性支持体80、導電性支持体電極80e、接合金属層80b、パッド金属層70p、スペーサ金属層70s、第1の電極40、開口部30wを有する絶縁膜30、III族窒化物層20である第2のn型III族窒化物層22および第1のn型III族窒化物層21、ならびに第2の電極60がこの順に配置されている。すなわち、本実施形態のショットキーバリアダイオード1の第2例は、第1の電極40側に導電性支持体80が配置されているものである。
(Second example of Schottky barrier diode)
As shown in FIG. 2, the second example of the
導電性支持体80、第1の電極40、開口部30wを有する絶縁膜30、III族酸化物層20a、III族窒化物層20である第2のn型III族窒化物層22および第1のn型III族窒化物層21、ならびに第2の電極60については、上記と同様であるため、ここでは繰り返さない。
The
(導電性支持体電極)
導電性支持体電極80eは、特に制限はないが、ショットキーバリアダイオード1のオン抵抗を低くする観点から、導電性支持体80が半導体の場合は、導電性支持体80にオーミック接触する電極が好ましい。導電性支持体80がSi基板の場合は、導電性支持体電極80eは、Ti/Au電極、Al電極などが好ましい。なお、導電性支持体80が金属基板の場合は、導電性支持体電極80eを省略することができる。
(Conductive support electrode)
The
(接合金属層)
接合金属層80bは、導電性支持体電極80e(導電性支持体80が金属の場合において導電性支持体電極が省略されているときは、導電性支持体80)と後述のパッド金属層70pとの接合に適したものであれば特に制限なく、Au−Sn金属層、Sn−Ag−Cu金属層などが挙げられる。
(Junction metal layer)
The
(パッド金属層)
パッド金属層70pは、特に制限はなく、Ti/Pt/Au金属層、Ni/Pd/Au金属層などが挙げられる。
(Pad metal layer)
The
(スペーサ金属層)
スペーサ金属層70sは、開口部30wを有する絶縁膜30の開口部30wおよびその近傍(たとえば開口部30wの縁から10μm以下の距離の範囲)上に第1の電極40を形成したときの凹凸を平坦化するのに適したものであれば特に制限はなく、Ti/Au金属層、Ni/Au金属層などが挙げられる。
(Spacer metal layer)
The
[実施形態2:ショットキーバリアダイオードの製造方法]
図3〜図6に示すように、本実施形態のショットキーバリアダイオード1の製造方法は、III族窒化物層20上にIII族酸化物層20aを形成する工程(図3(A)、図4(A)および図5(A))と、III族酸化物層20a上に絶縁膜30を形成する工程(図3(A)、図4(A)および図5(A))と、絶縁膜30の一部を除去することにより開口部30wを形成する工程(図3(B)、図4(B)および図5(B))と、開口部30w下のIII族酸化物層20aの少なくとも一部を除去することにより、開口部30w下のIII族酸化物層20aの厚さを低減する工程(図3(B)、図4(B)および図5(B))と、開口部30w下のIII族酸化物層20aにショットキー接触で接する第1の電極40を形成する工程(図3(C)、図4(C)および図5(C))と、を含み、III族酸化物層20aの第1の電極40に接する部分の厚さT1は、III族酸化物層20aの絶縁膜30に接する部分の厚さT0よりも小さい。
[Embodiment 2: Manufacturing Method of Schottky Barrier Diode]
As shown in FIGS. 3 to 6, the manufacturing method of the
本実施形態のショットキーバリアダイオード1の製造方法は、開口部30w下のIII族酸化物層20aの少なくとも一部を除去することにより、開口部30w下のIII族酸化物層20aの厚さを厚さT0から厚さT1に低減することから、III族酸化物層20aの第1の電極40に接する部分において、絶縁膜30の形成の際にIII族酸化物層20aの主表面側に受けたダメージ20adが除去されるため、逆方向電圧を印加したときのリーク電流が小さく逆方向耐電圧が高いショットキーバリアダイオードを製造できる。以下に、上記の各工程について詳細に説明する。
In the manufacturing method of the
(III族窒化物層上にIII族酸化物層を形成する工程)
図3(A)、図4(A)および図5(A)に示すように、III族窒化物層20上にIII族酸化物層20aを形成する工程において、III族酸化物層20aを形成する方法は、特に制限はないが、後述のように好ましくは1nm以上5nm未満の薄いIII族酸化物層20aを効率よく製造する観点から、III族窒化物層20の主表面層を酸素含有雰囲気下でアニールする方法が好ましい。アニール温度は、400℃以上1000℃以下が好ましく、850℃以上950℃以下がより好ましい。III族酸化物層20aの厚さは、アニール温度およびアニール時間により調節できる。このようにして、厚さT0のIII族酸化物層20aを形成する。
(Step of forming a group III oxide layer on the group III nitride layer)
As shown in FIG. 3A, FIG. 4A, and FIG. 5A, in the step of forming the group
(III族酸化物層上に絶縁膜を形成する工程)
図3(A)、図4(A)および図5(A)に示すように、III族酸化物層20a上に絶縁膜30を形成する工程において、絶縁膜30を形成する方法は、特に制限はないが、品質のよい絶縁膜30を効率よく形成する観点から、プラズマCVD(プラズマ化学気相堆積)法、熱CVD法、スパッタ法などが好ましく、プラズマCVD法が特に好ましい。
(Step of forming an insulating film on the group III oxide layer)
As shown in FIGS. 3A, 4A, and 5A, in the step of forming the insulating
III族酸化物層20a上に絶縁膜30を形成する工程において、III族酸化物層20a上にプラズマCVD法により絶縁膜30を形成する際に、III族酸化物層20aの主表面層側にプラズマによるダメージ20adを受ける。かかるダメージ20adのIII族酸化物層20aの主表面からの深さは、プラズマの強度にもよるが、1nm〜5nm程度である。
In the step of forming the insulating
(絶縁膜の一部を除去することにより開口部を形成する工程)
図3(B)、図4(B)および図5(B)に示すように、絶縁膜30の一部を除去することにより開口部30wを形成する工程において、絶縁膜30の一部を除去する方法は、特に制限はないが、開口部30wを効率よく形成する観点から、フォトリドグラフィー法で開口部を有するレジストマスク(図示せず)を形成し、レジストマスクの開口部下の絶縁膜30をフッ化水素酸を用いたウエットエッチングでエッチングする方法が好ましい。
(Process of forming an opening by removing a part of the insulating film)
As shown in FIGS. 3B, 4B, and 5B, part of the insulating
(開口部下のIII族酸化物層の少なくとも一部を除去することにより、開口部下のIII族酸化物層の厚さを低減する工程)
図3(B)、図4(B)および図5(B)に示すように、開口部30w下のIII族酸化物層20aの少なくとも一部を除去することにより、開口部30w下のIII族酸化物層20aの厚さを低減する工程において、開口部30w下のIII族酸化物層20aの少なくとも一部を除去する方法は、特に制限はないが、開口部30w下のIII族酸化物層20aの部分の厚さを効率よく低減する観点から、上記の絶縁膜30の一部を除去した後、続けて、レジストマスクの開口部下のIII族酸化物層20aの少なくとも一部をフッ化水素酸を用いたウエットエッチングでエッチングする方法が好ましい。
(Step of reducing the thickness of the group III oxide layer under the opening by removing at least part of the group III oxide layer under the opening)
As shown in FIGS. 3B, 4B, and 5B, at least part of the group
さらに、III族酸化物層20aの表面の金属汚染を除去し、良好なショットキー接合界面を確保する観点から、開口部30w下のIII族酸化物層20aの部分を塩酸を用いて洗浄することが好ましい。
Further, from the viewpoint of removing metal contamination on the surface of the group
上記のようにして、開口部30w下のIII族酸化物層20aの部分の厚さを厚さT0から厚さT1に低減する。このため、III族酸化物層20aの開口部30w下の部分において、絶縁膜30を形成する際に厚さT0のIII族酸化物層20aの主表面側に受けたダメージ20adが、上記のエッチングにより除去される。上記ダメージ20adを確実に除去する観点から、III族酸化物層20aの開口部30w下の部分における上記エッチング前の厚さT0とエッチング後の厚さT1との差T0−T1は、1nm以上が好ましく、3nm以上がより好ましく、5nm以上がさらに好ましい。
As described above, reducing the thickness of the portion of the Group
(開口部下のIII族酸化物層にショットキー接触で接する第1の電極を形成する工程)
図3(C)、図4(C)および図5(C)に示すように、開口部30w下のIII族酸化物層20aにショットキー接触で接する第1の電極40を形成する工程において、第1の電極40を形成する方法は、特に制限はなく、EB(電子線)蒸着法、抵抗加熱蒸着法、スパッタ法などが挙げられる。
(Process for forming first electrode in contact with group III oxide layer under opening by Schottky contact)
As shown in FIG. 3C, FIG. 4C, and FIG. 5C, in the step of forming the
このようにして、III族酸化物層20aの第1の電極40に接する部分の厚さT1は、III族酸化物層20aの絶縁膜30に接する部分の厚さT0よりも小さい実施形態1のショットキーバリアダイオード1が得られる。
In this manner, the thickness T 1 of the portion in contact with the
図3〜図6に示すように、本発明の別の実施形態にかかるショットキーバリアダイオード1の製造方法において、III族酸化物層20aの第1の電極40に接する部分の厚さT1は3nm未満であり、III族酸化物層20aの絶縁膜30に接する部分の厚さT0は10nm未満であることが好ましい。かかるショットキーバリアダイオード1の製造方法は、逆方向電圧を印加したときのリーク電流が小さく逆方向耐電圧が高いとともに、順方向電圧を印加したときの順方向電流が高くオン抵抗が低いショットキーバリアダイオードを製造できる。
As shown in FIG. 3 to FIG. 6, in the method for manufacturing the
III族酸化物層20aの第1の電極40に接する部分の厚さT1は、順方向電圧を印加したときの順方向電流が高くなりオン抵抗が低くなる観点から、小さいことが望ましく、3.0nm未満が好ましく、1.0nm未満がより好ましく、0nmすなわちIII族酸化物層20aの第1の電極40に接する部分がなくIII族窒化物層20が直接第1の電極40に接していることがさらに好ましいが、絶縁膜30の開口部の30wの形状を維持したまま形成されたIII族酸化物層20aを完全に除去することは難しい。
The thickness T 1 of the portion in contact with the
また、III族酸化物層20aの絶縁膜30に接する部分の厚さT0は、ショットキーバリアダイオード1に順方向電圧を印加したときの順方向電流が高くなりオン抵抗が低くなるように、III族酸化物層20aの第1の電極40に接する部分の厚さT1を形成しやすい観点から、厚さT1より大きく、かつ、10.0nm未満が好ましく、6.0nm未満がより好ましい。また、III族酸化物層20aの絶縁膜30に接する部分の厚さT0は、III族窒化物層20上に形成されたIII族酸化物層20a上に絶縁膜30を形成する際にIII族酸化物層20aの主表面側に受けるダメージ20adがIII族窒化物層20に達するのを防止する観点から、1nm以上が好ましく、2nm以上がより好ましく、4nm以上がさらに好ましい。
Further, the thickness T 0 of the portion of the group
図3〜図6に示すように、本発明の別の実施形態にかかるショットキーバリアダイオード1の製造方法において、III族酸化物層20aとIII族窒化物層20とは、含有するIII族元素の少なくとも1種類が同じであることが好ましい。かかるショットキーバリアダイオード1の製造方法は、逆方向電圧を印加したときのリーク電流が小さく逆方向耐電圧が高いとともに、オン抵抗および逆方向耐電圧のばらつきが小さいショットキーバリアダイオードを製造できる。
As shown in FIGS. 3 to 6, in the method for manufacturing the
図3〜図6に示すように、本発明の別の実施形態にかかるショットキーバリアダイオード1の製造方法において、III族窒化物層20は、第1のn型III族窒化物層21と第2のn型III族窒化物層22とを含み、第1のn型III族窒化物層21のキャリア濃度を、第2のn型III族窒化物層22のキャリア濃度より高くすることができる。かかるショットキーバリアダイオード1の製造方法は、逆方向電圧を印加したときのリーク電流が小さく逆方向耐電圧が高いとともに、オン抵抗および逆方向耐電圧のばらつきが小さいショットキーバリアダイオードを製造できる。
As shown in FIGS. 3 to 6, in the method for manufacturing the
図3および図4に示すように、本発明の別の実施形態にかかるショットキーバリアダイオード1の製造方法において、III族窒化物層20上にIII族酸化物層20aを形成する工程(図3(A)および図4(A))の前に、導電性支持体13上にIII族窒化物層20を形成する工程(図3(A)および図4(A))をさらに含むことができる。かかるショットキーバリアダイオード1の製造方法は、III族窒化物層20側に導電性支持体13をさらに含むショットキーバリアダイオード1を形成することにより、逆方向電圧を印加したときのリーク電流が小さく逆方向耐電圧が高いとともに、機械的強度が高いショットキーバリアダイオードを製造できる。
As shown in FIGS. 3 and 4, in the method for manufacturing the
(導電性支持体上にIII族窒化物層を形成する工程)
図3(A)および図4(A)に示すように、III族窒化物層20上にIII族酸化物層20aを形成する工程の前の導電性支持体13上にIII族窒化物層20を形成する工程において、III族窒化物層20を形成する方法は、特に制限はないが、高品質のIII族窒化物層20を形成する観点から、MOCVD(有機金属化学気相堆積)法、MBE(分子線成長)法、HVPE(ハイドライド気相成長)法、昇華法などの気相法、高窒素圧溶液法、フラックス法などの液相法が好ましい。
(Step of forming a group III nitride layer on a conductive support)
As shown in FIGS. 3A and 4A, the group
図5および図6に示すように、本発明の別の実施形態にかかるショットキーバリアダイオード1の製造方法において、開口部30w下のIII族酸化物層20aにショットキー接触で接する第1の電極40を形成する工程(図5(C))の後に、第1の電極40側に導電性支持体80を形成する工程(図5(D)〜(F))をさらに含むことができる。かかるショットキーバリアダイオード1の製造方法は、逆方向電圧を印加したときのリーク電流が小さく逆方向耐電圧が高いとともに、機械的強度が高いショットキーバリアダイオードを製造できる。
As shown in FIG. 5 and FIG. 6, in the method for manufacturing the
(第1の電極側に導電性支持体を形成する工程)
図5(D)〜(F)に示すように、開口部30w下のIII族酸化物層20aにショットキー接触で接する第1の電極40を形成する工程の後の第1の電極40側に導電性支持体80を形成する工程において、第1の電極40側に導電性支持体80を形成する方法は、特に制限はなく、たとえば、以下の方法が挙げられる。
(Step of forming a conductive support on the first electrode side)
As shown in FIGS. 5D to 5F, on the
まず、図5(D)および(E)に示すように、第1の電極40側にスペーサ金属層70sおよびパッド金属層70pをこの順に形成する。スペーサ金属層70sおよびパッド金属層70pを形成する方法は、特に制限はなく、EB(電子線)蒸着法、抵抗加熱蒸着法、スパッタ法などが挙げられる。
First, as shown in FIGS. 5D and 5E, a
次いで、図5(F)に示すように、導電性支持体80上に導電性支持体電極80eおよび接合金属層80bをこの順に形成する。導電性支持体電極80eを形成する方法は、特に制限なく、EB蒸着法、抵抗加熱蒸着法、スパッタ法などが挙げられる。接合金属層80bを形成する方法は、特に制限なく、EB蒸着法、抵抗加熱蒸着法、スパッタ法などが挙げられる。
Next, as shown in FIG. 5F, a
次いで、上記のパッド金属層70pと上記の接合金属層80bとを接合することにより、第1の電極40側に導電性支持体80が形成される。パッド金属層70pと接合金属層80bとを接合する方法は、特に制限はなく、共晶接合法、金属拡散法、表面活性化法などが挙げられる。
Next, the
(ショットキーバリアダイオードの製造方法の第1例)
図1および図3に示すように、本実施形態のショットキーバリアダイオードの製造方法の第1例は、導電性支持体13としてIII族窒化物基板を用いて、III族窒化物層20側に導電性支持体13を含む実施形態1の第1例のショットキーバリアダイオード1を製造する方法の例である。
(First example of manufacturing method of Schottky barrier diode)
As shown in FIGS. 1 and 3, the first example of the manufacturing method of the Schottky barrier diode of the present embodiment uses a group III nitride substrate as the
図3に示すように、本実施形態のショットキーバリアダイオードの製造方法の第1例は、導電性支持体13上にIII族窒化物層20として第1のn型III族窒化物層21および第2のIII族窒化物層22をこの順で形成する工程(図3(A))と、III族窒化物層20の第2のIII族窒化物層22上にIII族酸化物層20aを形成する工程(図3(A))と、III族酸化物層20a上に厚さT0の絶縁膜30を形成する工程(図3(A))と、絶縁膜30の一部を除去することにより開口部30wを形成する工程(図3(B))と、開口部30w下のIII族酸化物層20aの少なくとも一部を除去することにより開口部30w下のIII族酸化物層20aの厚さを厚さT0から厚さT1に低減する工程(図3(B))と、開口部30w下のIII族酸化物層にショットキー接触で接する第1の電極40を形成する工程(図3(C))と、第1の電極40上にパッド電極50を形成する工程(図3(D))と、導電性支持体13の一部を研削、研磨およびそれらにより導電性支持体13が受けたダメージ13dをエッチングで除去することにより、導電性支持体13の厚さを低減して調整する工程(図3(E)〜(G))と、導電性支持体13に第2の電極60を形成する工程(図3(H))と、を含む。
As shown in FIG. 3, the first example of the manufacturing method of the Schottky barrier diode of the present embodiment includes a first n-type group
図3(A)〜(C)に示す工程で行われる方法は、上記の方法と同様であるため、ここでは繰り返さない。図3(D)に示す第1の電極40上にパッド電極50を形成する工程におけるパッド電極50を形成する方法は、特に制限なく、EB(電子線)蒸着法、抵抗加熱蒸着法、スパッタ法などが挙げられる。図3(E)〜(G)に示す導電性支持体13の厚さを低減して調整する工程において、導電性支持体13の一部を研削および研磨する方法は、特に制限はなく、機械的研削、機械的研磨、CMP(化学機械的研磨)などの一般的な方法が挙げられ、それらにより導電性支持体13が受けたダメージ13dをエッチングで除去する方法は、特に制限なく、RIE(反応性イオンエッチング)などが挙げられる。図3(H)に示す導電性支持体13に第2の電極60を形成する工程における第2の電極60を形成する方法は、特に制限なく、EB蒸着法、抵抗加熱蒸着法、スパッタ法などが挙げられる。
Since the method performed in the steps shown in FIGS. 3A to 3C is the same as the above method, it is not repeated here. A method for forming the
(ショットキーバリアダイオードの製造方法の第2例)
図1および図4に示すように、本実施形態のショットキーバリアダイオードの製造方法の第2例は、導電性支持体13となるIII族窒化物膜13sを含む複合基板10を用いて、III族窒化物層20側に導電性支持体13を含む実施形態1の第1例のショットキーバリアダイオード1を製造する方法の例である。ここで、III族窒化物膜13sが導電性支持体13となる観点から、III族窒化物膜13sの厚さは、10μm以上が好ましく、20μm以上がより好ましく、50μm以上がさらに好ましい。また、コストを低減するために高価なIII族窒化物の使用量を減少させる観点から、III族窒化物膜13sの厚さは、250μm以下が好ましく、150μm以下がより好ましく、100μm以下がさらに好ましい。
(Second example of manufacturing method of Schottky barrier diode)
As shown in FIGS. 1 and 4, the second example of the manufacturing method of the Schottky barrier diode of the present embodiment uses a
本実施形態のショットキーバリアダイオードの製造方法の第2例で用いられる複合基板10は、支持基板11に上記の比較的厚いIII族窒化物膜13sを貼り合わせた基板である。貼り合わせの形態は、特に制限はなく、図4に示すように支持基板11とIII族窒化物膜13sとが接合膜12を介在させて間接的に貼り合わされていてもよく、図示しないが支持基板11とIII族窒化物膜13sとが接合膜12を介在させずに直接的に貼り合わされていてもよい。複合基板10の製造方法は、特に制限はないが、効率よく製造する観点から、支持基板11とIII族窒化物膜13sのドナーとなるIII族窒化物基板を貼り合わせた後、III族窒化物基板の貼り合わせ主表面から所定の深さの位置で切断またはその所定の位置まで研削および/または研磨することにより製造することが好ましい。
The
図4に示すように、本実施形態のショットキーバリアダイオードの製造方法の第2例は、上記の複合基板10のIII族窒化物膜13s上にIII族窒化物層20として第1のn型III族窒化物層21および第2のIII族窒化物層22をこの順で形成する工程(図4(A))と、III族窒化物層20の第2のIII族窒化物層22上にIII族酸化物層20aを形成する工程(図4(A))と、III族酸化物層20a上に厚さT0の絶縁膜30を形成する工程(図4(A))と、絶縁膜30の一部を除去することにより開口部30wを形成する工程(図4(B))と、開口部30w下のIII族酸化物層20aの少なくとも一部を除去することにより開口部30w下のIII族酸化物層20aの厚さを厚さT0から厚さT1に低減する工程(図4(B))と、開口部30w下のIII族酸化物層にショットキー接触で接する第1の電極40を形成する工程(図4(C))と、第1の電極40上にパッド電極50を形成する工程(図4(D))と、複合基板10の支持基板11の一部を研削し、支持基板11の残りの一部および接合膜12を研磨し、それらによりIII族窒化物膜13sが受けたダメージ13sdをエッチングで除去することにより、導電性支持体13であるIII族窒化物膜13sの厚さを低減して調整する工程(図4(E)〜(G))と、III族窒化物膜13sに第2の電極60を形成する工程(図4(H))と、を含む。
As shown in FIG. 4, the second example of the manufacturing method of the Schottky barrier diode of the present embodiment is the first n-type as the group
図4(A)〜(D)に示す工程で行われる方法は、上記の方法と同様であるため、ここでは繰り返さない。図4(E)〜(G)に示すIII族窒化物膜13sの厚さを低減して調整する工程において、複合基板10の支持基板11の一部を研削する方法は、特に制限なく、機械的研削などの一般的な方法が挙げられ、支持基板11の残りの一部および接合膜12を研磨する方法は、特に制限なく、機械的研磨、CMP(化学機械的研磨)などの一般的な方法が挙げられ、それらによりIII族窒化物膜13sが受けたダメージ13sdをエッチングで除去する方法は、特に制限なく、RIE(反応性イオンエッチング)などが挙げられる。図4(H)に示すIII族窒化物膜13sに第2の電極60を形成する工程における第2の電極60を形成する方法は、特に制限なく、EB(電子線)蒸着法、抵抗加熱蒸着法、スパッタ法などが挙げられる。
Since the method performed in the steps shown in FIGS. 4A to 4D is the same as the above method, it is not repeated here. In the step of reducing and adjusting the thickness of the group
(ショットキーバリアダイオードの製造方法の第3例)
図2および図5〜図6に示すように、本実施形態のショットキーバリアダイオードの製造方法の第3例は、III族窒化物膜13tを含む複合基板10を用いて、第1の電極40側に導電性支持体80を含む実施形態1の第2例のショットキーバリアダイオード1を製造する方法の例である。ここで、III族窒化物膜13tが導電性支持体となる必要がなく、コストを低減するために高価なIII族窒化物の使用量を減少させる観点から、III族窒化物膜13tの厚さは、10μm未満が好ましく、1μm以下がより好ましく、0.5μm以下がさらに好ましい。また、III族窒化物膜13t上に高品質のIII族窒化物層20を形成する観点から、III族窒化物膜13tの厚さは、0.05μm以上が好ましく、0.08μm以上がより好ましく、0.1μm以上がさらに好ましい。
(Third example of manufacturing method of Schottky barrier diode)
As shown in FIGS. 2 and 5 to 6, the third example of the manufacturing method of the Schottky barrier diode according to the present embodiment uses the
本実施形態のショットキーバリアダイオードの製造方法の第3例で用いられる複合基板10は、支持基板11に上記の比較的薄いIII族窒化物膜13tを貼り合わせた基板である。貼り合わせの形態は、特に制限はなく、図4に示すように支持基板11とIII族窒化物膜13tとが接合膜12を介在させて間接的に貼り合わされていてもよく、図示しないが支持基板11とIII族窒化物膜13tとが接合膜12を介在させずに直接的に貼り合わされていてもよい。複合基板10の製造方法は、特に制限はないが、効率よく製造する観点から、III族窒化物膜13tのドナーとなるIII族窒化物基板に貼り合わせ主表面から所定の深さの位置にイオン注入領域を形成し、イオン注入領域が形成されたIII族窒化物基板と支持基板11とを貼り合わせた後、III族窒化物基板の貼り合わせ主表面から所定の深さの位置で分離することにより製造することが好ましい。
The
図5〜図6に示すように、本実施形態のショットキーバリアダイオードの製造方法の第3例は、上記の複合基板10のIII族窒化物膜13t上にIII族窒化物層20として第1のn型III族窒化物層21および第2のIII族窒化物層22をこの順で形成する工程(図5(A))と、III族窒化物層20の第2のIII族窒化物層22上にIII族酸化物層20aを形成する工程(図5(A))と、III族酸化物層20a上に厚さT0の絶縁膜30を形成する工程(図5(A))と、絶縁膜30の一部を除去することにより開口部30wを形成する工程(図5(B))と、開口部30w下のIII族酸化物層20aの少なくとも一部を除去することにより開口部30w下のIII族酸化物層20aの厚さを厚さT0から厚さT1に低減する工程(図5(B))と、開口部30w下のIII族酸化物層にショットキー接触で接する第1の電極40を形成する工程(図5(C))と、第1の電極40側に導電性支持体80を形成する工程(図5(D)〜(F))と、複合基板10の支持基板11の一部を研削し、支持基板11の残りの一部および接合膜12を除去し、それらによりダメージを受けたIII族窒化物膜13tをエッチングで除去することにより、III族窒化物層20の第1のn型III族窒化物層21を露出させる工程(図6(G)〜(I))と、III族窒化物層20の第1のn型III族窒化物層21に第2の電極60を形成する工程(図6(J))と、導電性支持体80に導電性支持体電極80eを形成する工程(図6(K))と、を含む。
As shown in FIGS. 5 to 6, the third example of the manufacturing method of the Schottky barrier diode of the present embodiment is a first group
図5(A)〜(F)に示す工程で行われる方法は、上記の方法と同様であるため、ここでは繰り返さない。図6(G)〜(I)に示すIII族窒化物層20の第1のn型III族窒化物層21を露出させる工程において、複合基板10の支持基板11の一部を研削する方法は、特に制限なく、機械的研削などの一般的な方法が挙げられ、支持基板11の残りの一部および接合膜12の除去は、特に制限なく、フッ化水素酸を用いたエッチングなどの一般的な方法が挙げられ、それらによりダメージを受けたIII族窒化物膜13tをエッチングで除去する方法は、特に制限なく、RIE(反応性イオンエッチング)などが挙げられる。図6(J)に示す第2の電極60を形成する工程における第2の電極60を形成する方法は、特に制限なく、EB(電子線)蒸着法、抵抗加熱蒸着法、スパッタ法などが挙げられる。図6(K)に示す導電性支持体80に導電性支持体電極80eを形成する工程における導電性支持体電極80eを形成する方法は、特に制限なく、EB(電子線)蒸着法、抵抗加熱蒸着法、スパッタ法などが挙げられる。
Since the method performed in the steps shown in FIGS. 5A to 5F is the same as the above method, it is not repeated here. In the step of exposing the first n-type group
(実施例1)
1.導電性支持体上へのIII族窒化物層の形成
図3(A)に示すように、導電性支持体13としてIII族窒化物基板である厚さ500μmでドーパントとしてSi原子が添加されそのドーパント濃度が1×1018cm-3のn型GaN基板を用いて、導電性支持体13上に、MOCVD法により、III族窒化物層20として第1のn型III族窒化物層21である厚さ0.5μmでドーパントとしてSi原子が添加されそのドーパント濃度が1×1018cm-3のn+型GaN層および第2のn型III族窒化物層22である厚さ7μmでドーパントとしてSi原子が添加されそのドーパント濃度が6×1015cm-3のn-型GaN層を形成した。
Example 1
1. Formation of Group III Nitride Layer on Conductive Support As shown in FIG. 3 (A), Si atom is added as a dopant with a thickness of 500 μm which is a group III nitride substrate as
2.III族窒化物層上へのIII族酸化物層の形成
次に、上記導電性支持体13上に上記III族窒化物層20を形成したウエハを10質量%のフッ化水素酸水溶液で10分間洗浄した後、RTA(高速アニール炉)内で酸素雰囲気下900℃で時間を調節してアニールすることにより、III族窒化物層20の第2のn型III族窒化物層22上に厚さ5.0nmのIII族酸化物層20aを形成した。III族酸化物層20aの厚さは、分光エリプソ法により測定した。また、III族酸化物層20aは、XPS法による分析から、Ga2O3層であった。
2. Formation of Group III Oxide Layer on Group III Nitride Layer Next, the wafer on which the group
3.III族酸化物層上への絶縁膜の形成
次に、III族酸化物層20a上に、プラズマCVD法により、SiH4(シラン)ガスとNH3(アンモニア)ガスとを原料ガスに用いて、絶縁膜30として厚さ500nmのSiNx層を形成した。次いで、RTA(高速アニール炉)内で窒素雰囲気下600℃で3分間アニールした。
3. Formation of Insulating Film on Group III Oxide Layer Next, on the group
4.絶縁膜の開口部の形成
次に、図3(B)に示すように、絶縁膜30上にフォトリソグラフィー法により開口部を有するレジストマスク(図示せず)を形成し、レジストマスクの開口部下の絶縁膜30をバッファードフッ酸(ダイキン社製BHF−110)を用いてウェットエッチングすることで、絶縁膜30に直径200μmの開口部30wを形成した。
4). Next, as shown in FIG. 3B, a resist mask (not shown) having an opening is formed on the insulating
5.開口部下のIII族酸化物層の厚さの低減
次に、上記のウェットエッチングを継続し、いわゆるオーバーエッチングを行なうことにより、開口部30w下のIII族酸化物層20aの一部を除去した。次いで、開口部30w下のIII族酸化物層20aを10質量%の塩酸水溶液を用いて洗浄した。次いで、アセトンを用いてレジストマスクを除去した。開口部30w下のIII族酸化物層20aの厚さは、分光エリプソ法により測定したところ、2.9nmに低減していた。
5. Reduction of thickness of group III oxide layer under opening Next, the above-described wet etching was continued, and so-called over-etching was performed to remove a part of group
6.第1の電極の形成
次に、図3(C)に示すように、絶縁膜30上にフォトリソグラフィー法により開口部を有するレジストマスク(図示せず)を形成し、レジストマスクの開口部下であって、絶縁膜30の開口部30w下のIII族酸化物層20a上および開口部30wの縁から20μm以下の距離の範囲の絶縁膜30上に、EB蒸着法により、厚さ50nmのNi層および厚さ300nmのAu層を形成し、RTA内で窒素雰囲気下400℃で3分間アニールすることにより、第1の電極40として、III族酸化物層20aにショットキー接触するNi/Au電極を形成した。
6). Formation of First Electrode Next, as shown in FIG. 3C, a resist mask (not shown) having an opening is formed on the insulating
7.パッド電極の形成
次に、図3(D)に示すように、第1の電極40上に、EB蒸着法により、厚さ20nmのTi層および厚さ600nmのAu層を形成することにより、パッド電極50としてTi/Au電極を形成した。次いで、アセトンを用いてレジストマスクを除去した。
7). Formation of Pad Electrode Next, as shown in FIG. 3 (D), a 20 nm-thick Ti layer and a 600 nm-thick Au layer are formed on the
8.導電性支持体の厚さを低減して調整
次に、図3(E)〜(G)に示すように、導電性支持体13の一部を機械的研削、機械的研磨およびCMP(化学機械的研磨)し、さらに研削および研磨することにより、受けたダメージをICP−RIE(誘導結合プラズマ−反応性イオンエッチング)により除去した。CMPおよびICP−RIE後の導電性支持体13の厚さは200μmであった。
8). Next, as shown in FIGS. 3E to 3G, a part of the
9.第2の電極の形成
次に、図3(H)に示すように、導電性支持体13に、EB蒸着法により、厚さ20nmのAl層、厚さ20nmのTi層および厚さ600nmのAu層を形成することにより、第2の電極60としてAl/Ti/Au電極を形成した。
9. Formation of Second Electrode Next, as shown in FIG. 3 (H), a 20 nm thick Al layer, a 20 nm thick Ti layer, and a 600 nm thick Au layer are formed on the
10.チップ化
次に、レーザスクライブによりけがき線を形成しブレークによりけがき線に沿って劈開することにより、1000μm×1000μmの大きさにチップ化した。こうして、図1に示すように、チップ化されたショットキーバリアダイオード1が得られた。
10. Next, chipping was made into a size of 1000 μm × 1000 μm by forming a marking line by laser scribing and cleaving along the marking line by a break. Thus, as shown in FIG. 1, a
11.ステムへの実装
チップ化されたショットキーバリアダイオード1を、その第2の電極60をステムにダイボンディングし、第1の電極40に電気的に接続するパッド電極50をAu(金)ワイヤでステムにワイヤボンディングすることにより、ステムに実装した。
11. Mounting to Stem Chip-on-chip
12.電気特性の評価
チップ化されてステムに実装されたショットキーバリアダイオード1の電気特性をカーズトレーサにより評価した。本実施例における逆方向電圧とリーク電流密度との関係を図8に2点鎖線で示した。本実施例における順方向電圧と順方向電流密度との関係を図9に2点鎖線で示した。
12 Evaluation of electrical characteristics The electrical characteristics of the
(実施例2)
開口部30w下のIII族酸化物層20aの厚さの低減において、開口部30w下のIII族酸化物層20aの厚さを5nmから1.5nmに低減させたこと以外は、実施例1と同様にしてチップ化されたショットキーバリアダイオード1を作製し、ステムに実装して、その電気特性を評価した。本実施例における逆方向電圧とリーク電流密度との関係を図8に1点鎖線で示した。本実施例における順方向電圧と順方向電流密度との関係を図9に1点鎖線で示した。
(Example 2)
Example 1 except that the thickness of the group
(実施例3)
開口部30w下のIII族酸化物層20aの厚さの低減において、開口部30w下のIII族酸化物層20aの厚さを5nmから1nm未満に低減させたこと以外は、実施例1と同様にしてチップ化されたショットキーバリアダイオード1を作製し、ステムに実装して、その電気特性を評価した。本実施例における逆方向電圧とリーク電流密度との関係を図8に実線で示した。本実施例における順方向電圧と順方向電流密度との関係を図9に実線で示した。
(Example 3)
In the reduction of the thickness of the group
(比較例1)
図7に示すように、上記導電性支持体13上に上記III族窒化物層20を形成したウエハを10質量%のフッ化水素酸水溶液で10分間洗浄した後、III族窒化物層20上に、III族酸化物層20aを形成することなく、直接絶縁膜30を形成したこと以外は、実施例1と同様にチップ化されたショットキーバリアダイオード1Rを作製し、ステムに実装して、その電気特性を評価した。本比較例における逆方向電圧とリーク電流密度との関係を図8に破線で示した。本比較例における順方向電圧と順方向電流密度との関係を図9に破線で示した。
(Comparative Example 1)
As shown in FIG. 7, the wafer having the group
図8に示すように、実施例1〜3のショットキーバリアダイオードは、比較例1のショットキーバリアダイオードに比べて、逆方向電圧が大きくなってもリーク電流が大きくなりにくく、逆方向耐電圧が高くなった。これは、図7に示す比較例1のショットキーバリアダイオード1Rは、III族窒化物層20上にIII族酸化物層を介在させることなく絶縁膜30が形成され、その絶縁膜30に開口部30wが形成されたことから、開口部30wにおいて第1の電極40にショットキー接触されて接するIII族窒化物層20の主表面側に絶縁膜30の形成の際に受けたダメージ20dが残存したために、逆方向電圧が大きくなったときのリーク電流が大きくなり、逆方向耐電圧が低くなったものと考えられる。これに対して、図1に示す実施例1〜3のショットキーバリアダイオード1は、III族窒化物層20上にIII族酸化物層20aを介在させて絶縁膜30が形成され、その絶縁膜30に開口部30wが形成され、さらに開口部30w下のIII族酸化物層20aの少なくとも一部が除去されたことから、開口部30wにおいて第1の電極40にショットキー接触されて接するIII族酸化物層20aの主表面側に絶縁膜30の形成の際に受けたダメージ20adが除去されたために、逆方向電圧が大きくなったときのリーク電流が小さくなり、逆方向耐電圧が高くなったものと考えられる。
As shown in FIG. 8, the Schottky barrier diodes of Examples 1 to 3 are less likely to have a large leakage current even when the reverse voltage increases, compared to the Schottky barrier diode of Comparative Example 1. Became high. In the
また、実施例1〜3のショットキーバリアダイオードの間では、リーク電流の大きさにほとんど差がなかった。このことから、開口部30wにおいて第1の電極40にショットキー接触されて接するIII族酸化物層20aの主表面側に絶縁膜30の形成の際に受けたダメージ20adが除去されたため、開口部30wにおいて第1の電極40にショットキー接触されて接するIII族酸化物層20aの厚さが3nm未満であれば、リーク電流の大きさにほとんど差がなく、高い逆方向耐電圧が得られることがわかった。
Moreover, there was almost no difference in the magnitude of the leakage current between the Schottky barrier diodes of Examples 1 to 3. From this, since the damage 20ad received at the time of forming the insulating
図9に示すように、実施例1〜3のショットキーバリアダイオードの間において、III族酸化物層の厚さが小さくなるほど、順方向電圧を印加したときの順方向電流が高くなりオン抵抗が低くなった。これは、第1の電極とIII族窒化物層との間にIII族酸化物層であるGa2O3層が存在するため、第1の電極とIII族酸化物層とのショットキー界面における電子注入過程が変化したこと、および、III族酸化物層であるGa2O3層の比抵抗が高いこと、によるものと考えられる。また、実施例1〜3の結果から、開口部30wにおいて第1の電極40にショットキー接触されて接するIII族酸化物層20aの厚さが3nm未満であれば、実用のために十分に低いオン抵抗が得られることが分かった。
As shown in FIG. 9, between the Schottky barrier diodes of Examples 1 to 3, the forward current when a forward voltage is applied increases and the on-resistance decreases as the thickness of the group III oxide layer decreases. It became low. This is because a Ga 2 O 3 layer, which is a group III oxide layer, exists between the first electrode and the group III nitride layer, and therefore, at the Schottky interface between the first electrode and the group III oxide layer. This is presumably due to the change in the electron injection process and the high resistivity of the Ga 2 O 3 layer which is a group III oxide layer. Further, from the results of Examples 1 to 3, if the thickness of the group
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 ショットキーバリアダイオード
10 複合基板
11 支持基板
12 接合膜
13,80 導電性支持体
13d,13sd,20ad,20d ダメージ
13s,13t III族窒化物膜
20 III族窒化物層
20a III族酸化物層
21 第1のn型III族窒化物層
22 第2のn型III族窒化物層
30 絶縁膜
40 第1の電極
50 パッド電極
60 第2の電極
70s スペーサ金属層
70p パッド金属層
80b 接合金属層
80e 導電性支持体電極
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記III族酸化物層は、前記開口部で前記第1の電極にショットキー接触されて接し、前記開口部以外で前記絶縁膜に接しており、
前記III族酸化物層の前記第1の電極に接する部分の厚さは、前記III族酸化物層の前記絶縁膜に接する部分の厚さよりも小さい、ショットキーバリアダイオード。 A first electrode, an insulating film having an opening, a group III oxide layer, and at least one group III nitride layer in this order;
The group III oxide layer is in Schottky contact with and in contact with the first electrode at the opening, and is in contact with the insulating film at other than the opening,
The Schottky barrier diode, wherein a thickness of a portion of the group III oxide layer in contact with the first electrode is smaller than a thickness of a portion of the group III oxide layer in contact with the insulating film.
前記III族酸化物層上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜の一部を除去することにより開口部を形成する工程と、
前記開口部下の前記III族酸化物層の少なくとも一部を除去することにより、前記開口部下の前記III族酸化物層の厚さを低減する工程と、
前記開口部下の前記III族酸化物層にショットキー接触で接する第1の電極を形成する工程と、を含み、
前記III族酸化物層の前記第1の電極に接する部分の厚さは、前記III族酸化物層の前記絶縁膜に接する部分の厚さよりも小さい、ショットキーバリアダイオードの製造方法。 Forming a Group III oxide layer on at least one Group III nitride layer;
Forming an insulating film on the group III oxide layer;
Forming an opening by removing a portion of the insulating film;
Reducing the thickness of the group III oxide layer under the opening by removing at least a portion of the group III oxide layer under the opening; and
Forming a first electrode in contact with the group III oxide layer under the opening by Schottky contact,
A method for manufacturing a Schottky barrier diode, wherein a thickness of a portion of the group III oxide layer in contact with the first electrode is smaller than a thickness of a portion of the group III oxide layer in contact with the insulating film.
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JP2018056493A (en) * | 2016-09-30 | 2018-04-05 | 株式会社タムラ製作所 | Schottky barrier diode and method for manufacturing the same |
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2015
- 2015-03-17 JP JP2015053086A patent/JP2016174070A/en active Pending
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