ショットキーダイオードおよびその製造方法
【課題】 強誘電体層を有し、逆方向バイアス電圧印加時のリーク電流を低減させ、順方向バイアス電圧印加時の電圧降下を小さくすることができるショットキーダイオードを提供する。
【解決手段】 ショットキーダイオード１は、支持基板１１を備え、さらに、支持基板１１の表面上に形成された絶縁膜１２と、絶縁膜１２上に形成された密着層１３と、密着層１３上に形成されたショットキー金属層１４と、ショットキー金属層１４の表面上に、ショットキー金属層１４とショットキー接触されるように形成され、Ｍｎが添加された第一の誘電体層１５と、第一の誘電体層１５の表面上に形成され、Ｍｎなどの添加物が添加されていない第二の誘電体層１６と、第二の誘電体層１６上に、第二の誘電体層１６とオーミック接触するように形成されたオーミック金属層１７を備えている。
【解決手段】 ショットキーダイオード１は、支持基板１１を備え、さらに、支持基板１１の表面上に形成された絶縁膜１２と、絶縁膜１２上に形成された密着層１３と、密着層１３上に形成されたショットキー金属層１４と、ショットキー金属層１４の表面上に、ショットキー金属層１４とショットキー接触されるように形成され、Ｍｎが添加された第一の誘電体層１５と、第一の誘電体層１５の表面上に形成され、Ｍｎなどの添加物が添加されていない第二の誘電体層１６と、第二の誘電体層１６上に、第二の誘電体層１６とオーミック接触するように形成されたオーミック金属層１７を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ショットキーダイオードおよびその製造方法に関するものであり、さらに詳細には、逆方向バイアス電圧印加時のリーク電流を低減させ、順方向バイアス電圧印加時の電圧降下を小さくすることができるショットキーダイオードおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ダイオードは、電荷キャリアの移動方向を制限する電子部品であり、本質的に、一方の方向に電流が流れることは許容するが、反対方向へ電流が流れることを阻止する機能を有している。
【０００３】
ダイオードは、順方向に電流が流れている状態で、急に逆方向の電圧が印加されると、一瞬、逆方向の電流が流れる性質を有し、この逆方向の電流が流れ、止まるまでの時間、すなわち、逆回復時間の短いものがショットキーダイオードである。
【０００４】
ショットキーダイオードは、順方向の電圧降下が小さく、逆回復時間の短い一方で、逆方向のリーク電流が多く、サージ耐力が低いという欠点を有している。ショットキーダイオードにおいて、逆方向のリーク電流を低減させると、順方向のバイアス電圧印加時の定常損失が増大し、順方向の電圧降下をさらに小さくするためには、回路上での工夫が必要になる。
【０００５】
かかる課題を解決するため、特開２００６−３１８９５６号公報（特許文献１）は、不純物濃度が異なる第一の半導体層と第二の半導体層を備え、不純物濃度が高い第二の半導体層を、逆方向バイアスとなるようにショットキー金属層とオーミック金属層との各々に電圧を印加する場合に、ショットキー金属層と第２の半導体層との界面で生じる空乏層が、第２の半導体層の厚み方向に延びて第１の半導体層に達する程度に薄い厚みを有するように形成することによって、逆方向バイアスとなるように電圧を印加する場合に、ショットキー金属層と第二の半導体層との界面で生じる空乏層が、第二の半導体層の厚み方向に延びて第一の半導体層に達し、不純物濃度が小さい第一の半導体層中をさらに延びて広がり、かかる空乏層の広がりにより、耐圧が向上し、逆方向のリーク電流を増加させないようにすることができ、したがって、逆方向バイアス電圧印加時のリーク電流を増加させることなく、順方向バイアス電圧印加時の定常損失を低減することが可能なショットキーダイオードを有する半導体装置を提案している。
【０００６】
一方、特開２００６−２５３５２１号公報（特許文献２）は、ｎ型ＳｉＣ基板の表面上に、熱酸化法、熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法などにより、ＳｉＯ２膜を形成した後、ＮＯガス雰囲気中で、１２５０℃の温度下で、１時間にわたって熱処理することによって、ＳｉＯ２膜を窒化して、ＳｉＯ２膜が形成される際に、ＳｉＣ基板とＳｉＯ２膜との界面に残留する炭素を除去するとともに、欠陥を不活性化し、界面準位密度を大きく低下させることによって、逆方向バイアス電圧印加時のリーク電流を減少させるように構成された半導体ダイオード装置およびその製造方法を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−３１８９５６号公報
【特許文献２】特開２００６−２５３５２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特開２００６−３１８９５６号公報（特許文献１）によって提案されたショットキーダイオードを有する半導体装置によれば、順方向バイアス電圧印加時の定常損失を低減することは可能になるが、０．５Ｖ以上の順方向電圧下で、電流が流れるため、電圧降下を十分に小さくすることができないという問題があった。
【０００９】
一方、特開２００６−２５３５２１号公報（特許文献２）によって提案された半導体ダイオード装置およびその製造方法によれば、逆方向バイアス電圧印加時のリーク電流を減少させることは可能になるが、順方向バイアス電圧印加時の定常損失を低減し、電圧降下を小さくすることはできないという問題があった。
【００１０】
したがって、本発明は、逆方向バイアス電圧印加時のリーク電流を低減させ、順方向バイアス電圧印加時の電圧降下を小さくすることができるショットキー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ものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者は、本発明のかかる目的を達成するため、鋭意研究を重ねた結果、支持基板の表面上に、ショットキー金属層を形成し、ショットキー金属層の表面上に、ショットキー金属層とショットキー接触されるように、添加物濃度が高い第一の誘電体層を形成し、第一の誘電体層の表面上に、添加物濃度が低い第二の誘電体層を形成し、第二の誘電体層の表面上に、第二の誘電体層とオーミック接触するように、オーミック金属層を形成することによって、ショットキーダイオードを作製した場合には、逆方向バイアス電圧印加時のリーク電流を減少させることができ、順方向バイアス電圧印加時の電圧降下を小さくすることが可能になり、さらに、ショットキー金属層、第一の誘電体層、第二の誘電体層およびオーミック金属層を成膜し、加工した後に、高温処理が必要ではなくなるから、ショットキーダイオードを製造するのに必要な時間を短縮し、エネルギーの消費量を低減できることを見出した。
【００１２】
本発明はかかる知見に基づくものであり、本発明の前記目的は、支持基板を備え、さらに、前記支持基板の表面上に形成されたショットキー金属層と、前記ショットキー金属層の表面上に、前記ショットキー金属層とショットキー接触されるように形成された添加物濃度が高い第一の誘電体層と、前記第一の誘電体層の表面上に形成された添加物濃度が低い第二の誘電体層と、前記第二の誘電体層の表面上に、前記第二の誘電体層とオーミック接触するように形成されたオーミック金属層を備えたことを特徴とするショットキーダイオードによって達成される。
【００１３】
本発明の前記目的はまた、支持基板の表面上に、ショットキー金属層を形成し、前記ショットキー金属層の表面上に、前記ショットキー金属層とショットキー接触されるように、添加物濃度が高い第一の誘電体層を形成し、前記第一の誘電体層の表面上に、添加物濃度が低い第二の誘電体層を形成し、前記第二の誘電体層の表面上に、前記第二の誘電体層とオーミック接触するように、オーミック金属層を形成することを特徴とするショットキーダイオードの製造方法によって達成される。
【００１４】
本発明において、「添加物濃度が低い」とは、添加物濃度がゼロである場合も包含している。
【００１５】
本発明において、第一の誘電体層に添加される添加物としては、複数の原子価を取り得る金属イオンが好ましい。第一の誘電体層に、添加物として、複数の原子価を取り得る金属イオンを添加した場合には、金属イオンが第一の誘電体層の電子を補償し、ショットキー金属層と第一の誘電体層との界面における空乏層が増大し、耐圧が向上するとともに、逆方向のリーク電流を減少させることが可能になる。
【００１６】
本発明において、第一の誘電体層が、（Ｂａ１−ｘＳｒｘ）ＴｉＯ３（ここに、０≦ｘ≦１．０である。）および（Ｂａ，Ｓｒ）ｙＴｉＯ３ （ここに、１．００≦ｙ≦１．２０である。）よりなる群から選ばれる誘電体によって形成されることが好ましい。これらの誘電体の中では、（Ｂａ１−ｘＳｒｘ）ＴｉＯ３（ここに、０≦ｘ≦１．０である。）および（Ｂａ，Ｓｒ）ｙＴｉＯ３ （ここに、１．００≦ｙ≦１．２０である。）がより好ましい。
【００１７】
（Ｂａ１−ｘＳｒｘ）ＴｉＯ３（ここに、０≦ｘ≦１．０である。）または（Ｂａ，Ｓｒ）ｙＴｉＯ３ （ここに、１．００≦ｙ≦１．２０である。）によって、第一の誘電体層を形成する場合には、第一の誘電体層に添加される金属イオンは、電子を補償する金属イオンが好ましく、Ｍｎ，Ｍｇ，ＳｃおよびＨｏよりなる群から選ばれる金属イオンであることが好ましい。
【００１８】
このように、Ｍｎ，Ｍｇ，ＳｃおよびＨｏよりなる群から選ばれる金属イオンを、（Ｂａ１−ｘＳｒｘ）ＴｉＯ３（ここに、０≦ｘ≦１．０である。）または（Ｂａ，Ｓｒ）ｙＴｉＯ３ （ここに、１．００≦ｙ≦１．２０である。）に添加することによって、第一の誘電体層の絶縁性が向上するから、第一の誘電体層と第二の誘電体層との総厚を薄くすることができ、その結果、ＳｉＣやＧａＡｓを用いた従来のショットキーダイオードに比して、ショットキーダイオードの厚さを薄くすることができるから、モジュールをより集積化することが可能になる。ただし、金属イオンは、第一の誘電体層の電子を補償し、ショットキー金属層と第一の誘電体層との界面における空乏層を増大させるものであればよく、必ずしも、Ｍｎ，Ｍｇ，ＳｃおよびＨｏよりなる群から選ばれる金属イオンに限定されるものではない。
【００１９】
本発明において、金属イオンとして、第一の誘電体層に、Ｍｎを添加する場合には、第一の誘電体層中のＭｎの含有量が０．３モル％以上、５モル％以下であることが好ましい。
【００２０】
本発明において、第一の誘電体層の厚さおよび第二の誘電体層の厚さはとくに限定されるものではないが、第二の誘電体層の厚さが第一の誘電体層の厚さよりも大きいことが好ましい。
【００２１】
本発明において、（Ｂａ１−ｘＳｒｘ）ＴｉＯ３（ここに、０≦ｘ≦１．０である。）または（Ｂａ，Ｓｒ）ｙＴｉＯ３ （ここに、１．００≦ｙ≦１．２０である。）によって、第二の誘電体層を形成することが好ましい。
【００２２】
本発明において、オーミック金属層は、第二の誘電体層とのショットキーバリアが低い金属によって形成されることが好ましい。オーミック金属層を第二の誘電体層とのショットキーバリアが低い金属によって形成した場合には、順方向バイアス電圧印加時に、オーミック金属層内に電流が流れやすくなり、ショットキーダイオードの電圧降下を低減することが可能になる。
【００２３】
オーミック金属層を形成するために好ましく使用することができる材料としては、Ｔａ、Ａｌ、Ｔｉなどが挙げられる。
【００２４】
本発明において、ショットキー金属層を形成するために好ましく使用することができる材料としては、Ｐｔ、Ｉｒ、Ａｕなどが挙げられる。
【００２５】
本発明において、支持基板を形成するために使用することができる材料は、抵抗率が高く、ショットキー金属層、オーミック金属層、第一の誘電体層および第二の誘電体層を成膜する際の高温に耐えられる材料であれば、とくに限定されるものではないが、たとえば、表面が酸化されたＳｉ基板、Ａｌ２Ｏ３基板などが支持基板を形成するために、好ましく使用することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、逆方向バイアス電圧時のリーク電流を低減させ、順方向バイアス電圧印加時の電圧降下を小さくすることができるショットキーダイオードを提供することが可能になる。
【００２７】
また、本発明によれば、逆方向バイアス電圧印加時のリーク電流を低減させ、順方向バイアス電圧印加時の電圧降下を小さくすることができるショットキーダイオードの製造方法を提供することが可能になる。
【００２８】
さらに、本発明においては、ショットキー金属層、第一の誘電体層、第二の誘電体層およびオーミック金属層を成膜し、加工した後に、高温処理が必要ではなくなるから、ショットキーダイオードを製造するのに必要な時間を短縮し、エネルギーの消費量を低減することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、本発明の好ましい実施態様にかかるショットキーダイオードの略断面図である。
【図２】図２は、本発明の他の好ましい実施態様にかかるショットキーダイオードの略断面図である。
【図３】図３は、実施例１ならびに比較例１および２において、ショットキーダイオードサンプル＃１ならびにショットキーダイオード比較サンプル＃１およびショットキーダイオード比較サンプル＃２に、バイアス電圧を印加したときのバイアス電圧と電流との関係を示すグラフである。
【図４】図４は、実施例１において、ショットキーダイオードサンプル＃１に順方向バイアス電圧を印加したときのバイアス電圧と電流との関係の詳細を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１は、本発明の好ましい実施態様にかかるショットキーダイオードの略断面図である。
【００３１】
図１に示されるように、本発明の好ましい実施態様にかかるショットキーダイオード１は、支持基板１１を備え、支持基板１１の表面上に、絶縁膜１２、密着層１３、ショットキー金属層１４、第一の誘電体層１５、第二の誘電体層１６およびオーミック金属層１７がこの順に積層されている。
【００３２】
本実施態様において、支持基板１１はシリコンによって形成されている。
【００３３】
支持基板１１の表面上には、絶縁膜１２が形成され、本実施態様においては、シリコン酸化膜によって絶縁膜１２が形成されている。絶縁膜１２は、支持基板１１とショットキー金属層１４とを絶縁する機能を有している。
【００３４】
絶縁膜１２の表面上には、絶縁膜１２とショットキー金属層１４とを密着させる機能を有する密着層１３が形成されている。本実施態様においては、厚さ１０ｎｍの酸化チタン層によって、密着層１３が構成されている。
【００３５】
図１に示されるように、密着層１３の表面上には、アノード電極として機能するショットキー金属層１４が形成されている。本実施態様においては、白金によって、膜厚が２５０ｎｍになるように、ショットキー金属層１４が形成されている。
【００３６】
ショットキー金属層１４の表面上には、（Ｂａ１−ｘＳｒｘ）ＴｉＯ３（ここに、０≦ｘ≦１．０である。）によって、膜厚が２０ｎｍの第一の誘電体層１５が形成され、第一の誘電体層１５中には、添加物として、Ｍｎが添加されている。
【００３７】
第一の誘電体層１５の表面上には、（Ｂａ１−ｘＳｒｘ）ＴｉＯ３（ここに、０≦ｘ≦１．０である。）によって、膜厚が１３０ｎｍの第二の誘電体層１６が形成されている。ここに、第二の誘電体層１６中には、Ｍｎなどの金属イオンは添加されていない。
【００３８】
図１に示されるように、第二の誘電体層１６の表面上には、カソード電極として機能するオーミック金属層１７が形成されている。オーミック金属層１７は２５０ｎｍの膜厚を有し、Ｔａによって形成されている。
【００３９】
本発明者の研究によれば、以上のように構成されたショットキーダイオード１にあっては、逆方向バイアス電圧印加時のリーク電流を減少させることができ、順方向バイアス電圧印加時の電圧降下を小さくすることが可能になることが見出されている。
【００４０】
さらに、本実施態様によれば、支持基板１１の表面に、絶縁膜１２、密着層１３、ショットキー金属層１４、第一の誘電体層１５、第二の誘電体層１６およびオーミック金属層１７を成膜し、必要な加工をするだけで、ショットキーダイオード１を作製することができ、高温処理は必要でないから、ショットキーダイオード１を製造するのに必要な時間を短縮し、エネルギーの消費量を低減することが可能になる。
【００４１】
また、本実施態様においては、（Ｂａ１−ｘＳｒｘ）ＴｉＯ３（ここに、０≦ｘ≦１．０である。）によって、第一の誘電体層１５が形成され、第一の誘電体層１５中には、添加物として、電子を補償する金属イオンであるＭｎが添加されているため、第一の誘電体層１５の絶縁性が向上し、したがって、第一の誘電体層１５と第二の誘電体層１６との総厚を薄くすることができるから、ＳｉＣやＧａＡｓを用いた従来のショットキーダイオードに比して、ショットキーダイオード１の厚さを薄くすることが可能になる。
【００４２】
図２は、本発明の他の好ましい実施態様にかかるショットキーダイオードの略断面図である。
【００４３】
図２に示されるように、本発明の他の好ましい実施態様にかかるショットキーダイオード２は、支持基板２１を備え、支持基板２１の表面上に、絶縁膜２２、密着層２３、オーミック金属層２７、第二の誘電体層２６、第一の誘電体層２５およびショットキー金属層２４がこの順に積層されている。
【００４４】
本実施態様においても、支持基板２１の表面上には、支持基板２１とオーミック金属層２７とを絶縁する機能を有する絶縁膜２２が形成され、本実施態様においては、シリコン酸化膜によって絶縁膜２２が形成されている。
【００４５】
図２に示されるように、絶縁膜２２の表面上には、絶縁膜２２とオーミック金属層２７とを密着させる機能を有する密着層２３が形成されている。本実施態様においては、厚さ１０ｎｍの酸化チタン層によって、密着層２３が構成されている。
【００４６】
オーミック金属層２７は、カソード電極として機能するもので、Ｔａによって、２５０ｎｍの膜厚を有するように形成されている。
【００４７】
図２に示されるように、オーミック金属層２７の表面上には、（Ｂａ１−ｘＳｒｘ）ＴｉＯ３（ここに、０≦ｘ≦１．０である。）によって、膜厚が１３０ｎｍの第二の誘電体層２６が形成され、第二の誘電体層２６の表面上には、（Ｂａ１−ｘＳｒｘ）ＴｉＯ３（ここに、０≦ｘ≦１．０である。）によって、膜厚が１３０ｎｍの第一の誘電体層２５が形成されている。本実施態様においても、第一の誘電体層２５中には、添加物として、Ｍｎが添加されているが、第二の誘電体層２６中には、Ｍｎなどの金属イオンは添加されていない。
【００４８】
図２に示されるように、第一の誘電体層２５の表面上には、アノード電極として機能するショットキー金属層２４が形成されている。本実施態様においては、白金によって、膜厚が２５０ｎｍになるように、ショットキー金属層２４が形成されている。
【００４９】
本発明者の研究によれば、以上のように構成されたショットキーダイオードにおいても、逆方向バイアス電圧印加時のリーク電流を減少させることができ、順方向バイアス電圧印加時の電圧降下を小さくすることが可能になることが見出されている。
【００５０】
さらに、本実施態様においても、支持基板２１の表面に、絶縁膜２２、密着層２３、オーミック金属層２７、第二の誘電体層２６、第一の誘電体層２５およびショットキー金属層２４を成膜し、必要な加工をするだけで、ショットキーダイオード２を作製することができ、高温処理は必要でないから、ショットキーダイオード２を製造するのに必要な時間を短縮し、エネルギーの消費量を低減することが可能になる。
【００５１】
また、本実施態様においても、（Ｂａ１−ｘＳｒｘ）ＴｉＯ３（ここに、０≦ｘ≦１．０である。）によって、第一の誘電体層２５が形成され、第一の誘電体層２５中には、添加物として、電子をキャリア補償する金属イオンであるＭｎが添加されているため、第一の誘電体層２５の絶縁性が向上し、したがって、第一の誘電体層２５と第二の誘電体層２６との総厚を薄くすることができるから、ＳｉＣやＧａＡｓを用いた従来のショットキーダイオードに比して、ショットキーダイオード２の厚さを薄くすることが可能になる。
【実施例】
【００５２】
以下、本発明の効果をより一層明らかにするため、実施例および比較例を挙げる。
【００５３】
実施例１
厚さ０．４ｍｍのシリコン基板を用意し、シリコン基板の表面を酸化して、絶縁膜として、厚さ１０００ｎｍのシリコン酸化膜を形成した。
【００５４】
次いで、スパッタリング法によって、シリコン酸化膜の表面上に、密着層として、厚さ１０ｎｍの酸化チタン層を形成した。
【００５５】
さらに、スパッタリング法によって、酸化チタン層の表面上に、２５０ｎｍの厚さを有する白金のショットキー金属層を形成した。
【００５６】
次いで、スパッタリング法によって、白金のショットキー金属層の表面上に、３．２モル％のＭｎが添加された多結晶のＢａ０．５Ｓｒ０．５ＴｉＯ３よりなる第一の誘電体層を形成した。第一の誘電体層の膜厚は２０ｎｍであった。
【００５７】
さらに、第一の誘電体層の表面上に、スパッタリング法により、多結晶のＢａ０．５Ｓｒ０．５ＴｉＯ３よりなる第二の誘電体層を形成した。第二の誘電体層の膜厚は１３０ｎｍであった。
【００５８】
次いで、第二の誘電体層の表面上に、スパッタリング法によって、２５０ｎｍの膜厚を有するＴａよりなるオーミック金属層を形成した。
【００５９】
こうして、ショットキーダイオードサンプル＃１を作製した。
【００６０】
こうして作製されたショットキーダイオードサンプル＃１のアノード電極として機能するショットキー金属層に相対的に負の電圧を印加し、カソード電極となるオーミック金属層に相対的に正の電圧を印加して、ショットキーダイオードサンプル＃１に逆方向バイアス電圧を印加し、ショットキー金属層に印加される相対的に負の電圧を徐々に低くするとともに、オーミック金属層に印加される相対的に正の電圧を徐々に低くして、ショットキーダイオードサンプル＃１に印加される逆方向バイアス電圧を徐々に低くし、ショットキーダイオードサンプル＃１を流れる電流の変化を測定した。
【００６１】
さらに、ショットキーダイオードサンプル＃１のアノード電極として機能するショットキー金属層に相対的に正の電圧を印加し、カソード電極となるオーミック金属層に相対的に負の電圧を印加して、ショットキーダイオードサンプル＃１に順方向バイアス電圧を印加し、ショットキー金属層に印加される相対的に正の電圧を徐々に高くするとともに、オーミック金属層に印加される相対的に負の電圧を徐々に高くして、ショットキーダイオードサンプル＃１に印加される順方向バイアス電圧を徐々に高くし、ショットキーダイオードサンプル＃１を流れる電流の変化を測定した。
【００６２】
測定結果は、図３に＊印で示されている。また、ショットキーダイオードサンプル＃１に順方向バイアス電圧を印加したときの順方向バイアス電圧と順方向の電流の関係の詳細が、図４に示されている。
【００６３】
比較例１
添加物濃度が高い第一の誘電体層を形成することなく、ショットキー金属層の表面に、添加物濃度が低い第二の誘電体層を形成した点を除き、実施例１と同様にして、ショットキーダイオード比較サンプル＃１を作製した。
【００６４】
こうして作製したショットキーダイオード比較サンプル＃１に、実施例１と同様にして、逆方向バイアス電圧を印加し、ショットキーダイオード比較サンプル＃１に印加する逆方向のバイアス電圧を徐々に低くして、ショットキーダイオード比較サンプル＃１に流れる電流の変化を測定した。
【００６５】
さらに、実施例１と同様にして、ショットキーダイオード比較サンプル＃１に順方向のバイアス電圧を印加し、ショットキーダイオード比較サンプル＃１に印加する順方向のバイアス電圧を徐々に高くして、ショットキーダイオード比較サンプル＃１を流れる電流の変化を測定した。
【００６６】
測定結果は、図３において、▲印で示されている。
【００６７】
比較例２
オーミック金属層として、ショットキーバリアが高い白金層を形成した点を除き、実施例と同様にして、ショットキーダイオード比較サンプル＃２を作製した。
【００６８】
こうして作製したショットキーダイオード比較サンプル＃２に、実施例１と同様にして、逆方向バイアスを印加し、ショットキーダイオード比較サンプル＃２に印加する逆方向のバイアス電圧を徐々に低くして、ショットキーダイオード比較サンプル＃２を流れる電流の変化を測定した。
【００６９】
さらに、実施例１と同様にして、ショットキーダイオード比較サンプル＃２に順方向のバイアス電圧を印加し、ショットキーダイオード比較サンプル＃２に印加する順方向のバイアス電圧を徐々に高くして、ショットキーダイオード比較サンプル＃２を流れる電流の変化を測定した。
【００７０】
測定結果は、図３において▼印で示されている。
【００７１】
図３に示されるように、ショットキーダイオード比較サンプル＃１においては、逆方向バイアス電圧の印加時に、約−３ボルトよりも高くなると（印加電圧の絶対値が約３ボルトよりも大きくなると）と、リーク電流が急激に上昇することが認められたが、本発明にかかるショットキーダイオードサンプル＃１においては、逆方向バイアス電圧の印加時に、リーク電流の上昇は認められなかった。また、ショットキーダイオード比較サンプル＃１においては、順方向バイアス電圧が３ボルト以上にならないと、順方向の電流が上昇しなかったが、本発明にかかるショットキーダイオードサンプル＃１においては、きわめて低い電圧で、順方向の電流の上昇が認められ、図４に示されるように、順方向バイアス電圧が０．１ボルトで、順方向の電流が上昇することがわかった。
【００７２】
一方、図３に示されるように、ショットキーダイオード比較サンプル＃２においては、逆方向バイアス電圧が低いとき（印加電圧の絶対値が小さいとき）のリーク電流は、本発明にかかるショットキーダイオードサンプル＃１に比して、低いものの、本発明にかかるショットキーダイオードサンプル＃１においては、逆方向バイアス電圧が高くなっても（印加電圧の絶対値が大きくなっても）、リーク電流はほとんど上昇しないのに対し、ショットキーダイオード比較サンプル＃２においては、逆方向バイアス電圧が約−１３ボルトよりも高くなると（印加電圧の絶対値が約１３ボルトよりも大きくなると）、リーク電流が急激に上昇することが認められた。さらに、ショットキーダイオード比較サンプル＃２においても、順方向バイアス電圧が３ボルト以上にならないと、順方向の電流が上昇しなかった。
【００７３】
実施例１ならびに比較例１および２から、本発明にかかるショットキーダイオードサンプル＃１においては、逆方向バイアス電圧印加時のリーク電流が低く、順方向バイアス電圧印加時の電圧降下が低いことが判明した。
【００７４】
本発明は、以上の実施態様および実施例に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【００７５】
たとえば、図１に示された実施態様および図２に示された実施態様においては、第一の誘電体層１５、２５は、（Ｂａ１−ｘＳｒｘ）ＴｉＯ３（ここに、０≦ｘ≦１．０である。）によって形成され、前記実施例においては、第一の誘電体層１５、２５は、（Ｂａ０．５Ｓｒ０．５）ＴｉＯ３によって形成されているが、第一の誘電体層１５、２５を、（Ｂａ０．５Ｓｒ０．５）ＴｉＯ３によって形成することも、（Ｂａ１−ｘＳｒｘ）ＴｉＯ３（ここに、０≦ｘ≦１．０である。）によって形成することも必ずしも必要でなく、第一の誘電体層１５、２５は、（Ｂａ，Ｓｒ）ｙＴｉＯ３ （ここに、１．００≦ｙ≦１．２０である。）によって形成されていてもよい。
【００７６】
また、図１に示された実施態様および図２に示された実施態様においては、第二の誘電体層１６、２６は、多結晶の（Ｂａ１−ｘＳｒｘ）ＴｉＯ３（ここに、０≦ｘ≦１．０である。）によって形成され、前記実施例においては、第二の誘電体層１６、２６は、多結晶の（Ｂａ０．５Ｓｒ０．５）ＴｉＯ３によって形成されているが、第二の誘電体層１６、２６を、（Ｂａ０．５Ｓｒ０．５）ＴｉＯ３によって形成することも、（Ｂａ１−ｘＳｒｘ）ＴｉＯ３（ここに、０≦ｘ≦１．０である。）によって形成することも必ずしも必要でなく、第二の誘電体層１６、２６は、（Ｂａ，Ｓｒ）ｙＴｉＯ３ （ここに、１．００≦ｙ≦１．２０である。）によって形成されていてもよい。
【００７７】
さらに、図１に示された実施態様および実施例においては、ショットキーダイオード１は、支持基板１１を備え、支持基板１１の表面上に、絶縁膜１２、密着層１３、ショットキー金属層１４、第一の誘電体層１５、第二の誘電体層１６およびオーミック金属層１７がこの順に積層され、図２に示された実施態様においては、ショットキーダイオード２は、支持基板１１を備え、支持基板１１の表面上に、絶縁膜１２、密着層１３、オーミック金属層２７、第二の誘電体層２６、第一の誘電体層２５およびショットキー金属層２４がこの順に積層されているが、ショットキー金属層１４を構成する金属と、絶縁膜１２を構成する材料とが密着性が高い場合には、密着層１３を設けることは必ずしも必要でなく、オーミック金属層２７を構成する金属と、絶縁膜２２を構成する材料とが密着性が高い場合には、密着層２３を設けることは必ずしも必要でない。
【００７８】
また、図１に示された実施態様および実施例においては、ショットキーダイオード１は、支持基板１１を備え、支持基板１１の表面上に、絶縁膜１２、密着層１３、ショットキー金属層１４、第一の誘電体層１５、第二の誘電体層１６およびオーミック金属層１７がこの順に積層され、図２に示された実施態様においては、ショットキーダイオード２は、支持基板１１を備え、支持基板１１の表面上に、絶縁膜１２、密着層１３、オーミック金属層２７、第二の誘電体層２６、第一の誘電体層２５およびショットキー金属層２４がこの順に積層されているが、支持基板１１、２１が抵抗率が高い材料で形成されているときは、絶縁膜１２、２２を設けることは必ずしも必要でない。
【符号の説明】
【００７９】
１ ショットキーダイオード
２ ショットキーダイオード
１１ 支持基板
１２ 絶縁膜
１３ 密着層
１４ ショットキー金属層
１５ 第一の誘電体層
１６ 第二の誘電体層
１７ オーミック金属層
２１ 支持基板
２２ 絶縁膜
２３ 密着層
２４ ショットキー金属層
２５ 第一の誘電体層
２６ 第二の誘電体層
２７ オーミック金属層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ショットキーダイオードおよびその製造方法に関するものであり、さらに詳細には、逆方向バイアス電圧印加時のリーク電流を低減させ、順方向バイアス電圧印加時の電圧降下を小さくすることができるショットキーダイオードおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ダイオードは、電荷キャリアの移動方向を制限する電子部品であり、本質的に、一方の方向に電流が流れることは許容するが、反対方向へ電流が流れることを阻止する機能を有している。
【０００３】
ダイオードは、順方向に電流が流れている状態で、急に逆方向の電圧が印加されると、一瞬、逆方向の電流が流れる性質を有し、この逆方向の電流が流れ、止まるまでの時間、すなわち、逆回復時間の短いものがショットキーダイオードである。
【０００４】
ショットキーダイオードは、順方向の電圧降下が小さく、逆回復時間の短い一方で、逆方向のリーク電流が多く、サージ耐力が低いという欠点を有している。ショットキーダイオードにおいて、逆方向のリーク電流を低減させると、順方向のバイアス電圧印加時の定常損失が増大し、順方向の電圧降下をさらに小さくするためには、回路上での工夫が必要になる。
【０００５】
かかる課題を解決するため、特開２００６−３１８９５６号公報（特許文献１）は、不純物濃度が異なる第一の半導体層と第二の半導体層を備え、不純物濃度が高い第二の半導体層を、逆方向バイアスとなるようにショットキー金属層とオーミック金属層との各々に電圧を印加する場合に、ショットキー金属層と第２の半導体層との界面で生じる空乏層が、第２の半導体層の厚み方向に延びて第１の半導体層に達する程度に薄い厚みを有するように形成することによって、逆方向バイアスとなるように電圧を印加する場合に、ショットキー金属層と第二の半導体層との界面で生じる空乏層が、第二の半導体層の厚み方向に延びて第一の半導体層に達し、不純物濃度が小さい第一の半導体層中をさらに延びて広がり、かかる空乏層の広がりにより、耐圧が向上し、逆方向のリーク電流を増加させないようにすることができ、したがって、逆方向バイアス電圧印加時のリーク電流を増加させることなく、順方向バイアス電圧印加時の定常損失を低減することが可能なショットキーダイオードを有する半導体装置を提案している。
【０００６】
一方、特開２００６−２５３５２１号公報（特許文献２）は、ｎ型ＳｉＣ基板の表面上に、熱酸化法、熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法などにより、ＳｉＯ２膜を形成した後、ＮＯガス雰囲気中で、１２５０℃の温度下で、１時間にわたって熱処理することによって、ＳｉＯ２膜を窒化して、ＳｉＯ２膜が形成される際に、ＳｉＣ基板とＳｉＯ２膜との界面に残留する炭素を除去するとともに、欠陥を不活性化し、界面準位密度を大きく低下させることによって、逆方向バイアス電圧印加時のリーク電流を減少させるように構成された半導体ダイオード装置およびその製造方法を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−３１８９５６号公報
【特許文献２】特開２００６−２５３５２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特開２００６−３１８９５６号公報（特許文献１）によって提案されたショットキーダイオードを有する半導体装置によれば、順方向バイアス電圧印加時の定常損失を低減することは可能になるが、０．５Ｖ以上の順方向電圧下で、電流が流れるため、電圧降下を十分に小さくすることができないという問題があった。
【０００９】
一方、特開２００６−２５３５２１号公報（特許文献２）によって提案された半導体ダイオード装置およびその製造方法によれば、逆方向バイアス電圧印加時のリーク電流を減少させることは可能になるが、順方向バイアス電圧印加時の定常損失を低減し、電圧降下を小さくすることはできないという問題があった。
【００１０】
したがって、本発明は、逆方向バイアス電圧印加時のリーク電流を低減させ、順方向バイアス電圧印加時の電圧降下を小さくすることができるショットキー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ものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者は、本発明のかかる目的を達成するため、鋭意研究を重ねた結果、支持基板の表面上に、ショットキー金属層を形成し、ショットキー金属層の表面上に、ショットキー金属層とショットキー接触されるように、添加物濃度が高い第一の誘電体層を形成し、第一の誘電体層の表面上に、添加物濃度が低い第二の誘電体層を形成し、第二の誘電体層の表面上に、第二の誘電体層とオーミック接触するように、オーミック金属層を形成することによって、ショットキーダイオードを作製した場合には、逆方向バイアス電圧印加時のリーク電流を減少させることができ、順方向バイアス電圧印加時の電圧降下を小さくすることが可能になり、さらに、ショットキー金属層、第一の誘電体層、第二の誘電体層およびオーミック金属層を成膜し、加工した後に、高温処理が必要ではなくなるから、ショットキーダイオードを製造するのに必要な時間を短縮し、エネルギーの消費量を低減できることを見出した。
【００１２】
本発明はかかる知見に基づくものであり、本発明の前記目的は、支持基板を備え、さらに、前記支持基板の表面上に形成されたショットキー金属層と、前記ショットキー金属層の表面上に、前記ショットキー金属層とショットキー接触されるように形成された添加物濃度が高い第一の誘電体層と、前記第一の誘電体層の表面上に形成された添加物濃度が低い第二の誘電体層と、前記第二の誘電体層の表面上に、前記第二の誘電体層とオーミック接触するように形成されたオーミック金属層を備えたことを特徴とするショットキーダイオードによって達成される。
【００１３】
本発明の前記目的はまた、支持基板の表面上に、ショットキー金属層を形成し、前記ショットキー金属層の表面上に、前記ショットキー金属層とショットキー接触されるように、添加物濃度が高い第一の誘電体層を形成し、前記第一の誘電体層の表面上に、添加物濃度が低い第二の誘電体層を形成し、前記第二の誘電体層の表面上に、前記第二の誘電体層とオーミック接触するように、オーミック金属層を形成することを特徴とするショットキーダイオードの製造方法によって達成される。
【００１４】
本発明において、「添加物濃度が低い」とは、添加物濃度がゼロである場合も包含している。
【００１５】
本発明において、第一の誘電体層に添加される添加物としては、複数の原子価を取り得る金属イオンが好ましい。第一の誘電体層に、添加物として、複数の原子価を取り得る金属イオンを添加した場合には、金属イオンが第一の誘電体層の電子を補償し、ショットキー金属層と第一の誘電体層との界面における空乏層が増大し、耐圧が向上するとともに、逆方向のリーク電流を減少させることが可能になる。
【００１６】
本発明において、第一の誘電体層が、（Ｂａ１−ｘＳｒｘ）ＴｉＯ３（ここに、０≦ｘ≦１．０である。）および（Ｂａ，Ｓｒ）ｙＴｉＯ３ （ここに、１．００≦ｙ≦１．２０である。）よりなる群から選ばれる誘電体によって形成されることが好ましい。これらの誘電体の中では、（Ｂａ１−ｘＳｒｘ）ＴｉＯ３（ここに、０≦ｘ≦１．０である。）および（Ｂａ，Ｓｒ）ｙＴｉＯ３ （ここに、１．００≦ｙ≦１．２０である。）がより好ましい。
【００１７】
（Ｂａ１−ｘＳｒｘ）ＴｉＯ３（ここに、０≦ｘ≦１．０である。）または（Ｂａ，Ｓｒ）ｙＴｉＯ３ （ここに、１．００≦ｙ≦１．２０である。）によって、第一の誘電体層を形成する場合には、第一の誘電体層に添加される金属イオンは、電子を補償する金属イオンが好ましく、Ｍｎ，Ｍｇ，ＳｃおよびＨｏよりなる群から選ばれる金属イオンであることが好ましい。
【００１８】
このように、Ｍｎ，Ｍｇ，ＳｃおよびＨｏよりなる群から選ばれる金属イオンを、（Ｂａ１−ｘＳｒｘ）ＴｉＯ３（ここに、０≦ｘ≦１．０である。）または（Ｂａ，Ｓｒ）ｙＴｉＯ３ （ここに、１．００≦ｙ≦１．２０である。）に添加することによって、第一の誘電体層の絶縁性が向上するから、第一の誘電体層と第二の誘電体層との総厚を薄くすることができ、その結果、ＳｉＣやＧａＡｓを用いた従来のショットキーダイオードに比して、ショットキーダイオードの厚さを薄くすることができるから、モジュールをより集積化することが可能になる。ただし、金属イオンは、第一の誘電体層の電子を補償し、ショットキー金属層と第一の誘電体層との界面における空乏層を増大させるものであればよく、必ずしも、Ｍｎ，Ｍｇ，ＳｃおよびＨｏよりなる群から選ばれる金属イオンに限定されるものではない。
【００１９】
本発明において、金属イオンとして、第一の誘電体層に、Ｍｎを添加する場合には、第一の誘電体層中のＭｎの含有量が０．３モル％以上、５モル％以下であることが好ましい。
【００２０】
本発明において、第一の誘電体層の厚さおよび第二の誘電体層の厚さはとくに限定されるものではないが、第二の誘電体層の厚さが第一の誘電体層の厚さよりも大きいことが好ましい。
【００２１】
本発明において、（Ｂａ１−ｘＳｒｘ）ＴｉＯ３（ここに、０≦ｘ≦１．０である。）または（Ｂａ，Ｓｒ）ｙＴｉＯ３ （ここに、１．００≦ｙ≦１．２０である。）によって、第二の誘電体層を形成することが好ましい。
【００２２】
本発明において、オーミック金属層は、第二の誘電体層とのショットキーバリアが低い金属によって形成されることが好ましい。オーミック金属層を第二の誘電体層とのショットキーバリアが低い金属によって形成した場合には、順方向バイアス電圧印加時に、オーミック金属層内に電流が流れやすくなり、ショットキーダイオードの電圧降下を低減することが可能になる。
【００２３】
オーミック金属層を形成するために好ましく使用することができる材料としては、Ｔａ、Ａｌ、Ｔｉなどが挙げられる。
【００２４】
本発明において、ショットキー金属層を形成するために好ましく使用することができる材料としては、Ｐｔ、Ｉｒ、Ａｕなどが挙げられる。
【００２５】
本発明において、支持基板を形成するために使用することができる材料は、抵抗率が高く、ショットキー金属層、オーミック金属層、第一の誘電体層および第二の誘電体層を成膜する際の高温に耐えられる材料であれば、とくに限定されるものではないが、たとえば、表面が酸化されたＳｉ基板、Ａｌ２Ｏ３基板などが支持基板を形成するために、好ましく使用することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、逆方向バイアス電圧時のリーク電流を低減させ、順方向バイアス電圧印加時の電圧降下を小さくすることができるショットキーダイオードを提供することが可能になる。
【００２７】
また、本発明によれば、逆方向バイアス電圧印加時のリーク電流を低減させ、順方向バイアス電圧印加時の電圧降下を小さくすることができるショットキーダイオードの製造方法を提供することが可能になる。
【００２８】
さらに、本発明においては、ショットキー金属層、第一の誘電体層、第二の誘電体層およびオーミック金属層を成膜し、加工した後に、高温処理が必要ではなくなるから、ショットキーダイオードを製造するのに必要な時間を短縮し、エネルギーの消費量を低減することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、本発明の好ましい実施態様にかかるショットキーダイオードの略断面図である。
【図２】図２は、本発明の他の好ましい実施態様にかかるショットキーダイオードの略断面図である。
【図３】図３は、実施例１ならびに比較例１および２において、ショットキーダイオードサンプル＃１ならびにショットキーダイオード比較サンプル＃１およびショットキーダイオード比較サンプル＃２に、バイアス電圧を印加したときのバイアス電圧と電流との関係を示すグラフである。
【図４】図４は、実施例１において、ショットキーダイオードサンプル＃１に順方向バイアス電圧を印加したときのバイアス電圧と電流との関係の詳細を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１は、本発明の好ましい実施態様にかかるショットキーダイオードの略断面図である。
【００３１】
図１に示されるように、本発明の好ましい実施態様にかかるショットキーダイオード１は、支持基板１１を備え、支持基板１１の表面上に、絶縁膜１２、密着層１３、ショットキー金属層１４、第一の誘電体層１５、第二の誘電体層１６およびオーミック金属層１７がこの順に積層されている。
【００３２】
本実施態様において、支持基板１１はシリコンによって形成されている。
【００３３】
支持基板１１の表面上には、絶縁膜１２が形成され、本実施態様においては、シリコン酸化膜によって絶縁膜１２が形成されている。絶縁膜１２は、支持基板１１とショットキー金属層１４とを絶縁する機能を有している。
【００３４】
絶縁膜１２の表面上には、絶縁膜１２とショットキー金属層１４とを密着させる機能を有する密着層１３が形成されている。本実施態様においては、厚さ１０ｎｍの酸化チタン層によって、密着層１３が構成されている。
【００３５】
図１に示されるように、密着層１３の表面上には、アノード電極として機能するショットキー金属層１４が形成されている。本実施態様においては、白金によって、膜厚が２５０ｎｍになるように、ショットキー金属層１４が形成されている。
【００３６】
ショットキー金属層１４の表面上には、（Ｂａ１−ｘＳｒｘ）ＴｉＯ３（ここに、０≦ｘ≦１．０である。）によって、膜厚が２０ｎｍの第一の誘電体層１５が形成され、第一の誘電体層１５中には、添加物として、Ｍｎが添加されている。
【００３７】
第一の誘電体層１５の表面上には、（Ｂａ１−ｘＳｒｘ）ＴｉＯ３（ここに、０≦ｘ≦１．０である。）によって、膜厚が１３０ｎｍの第二の誘電体層１６が形成されている。ここに、第二の誘電体層１６中には、Ｍｎなどの金属イオンは添加されていない。
【００３８】
図１に示されるように、第二の誘電体層１６の表面上には、カソード電極として機能するオーミック金属層１７が形成されている。オーミック金属層１７は２５０ｎｍの膜厚を有し、Ｔａによって形成されている。
【００３９】
本発明者の研究によれば、以上のように構成されたショットキーダイオード１にあっては、逆方向バイアス電圧印加時のリーク電流を減少させることができ、順方向バイアス電圧印加時の電圧降下を小さくすることが可能になることが見出されている。
【００４０】
さらに、本実施態様によれば、支持基板１１の表面に、絶縁膜１２、密着層１３、ショットキー金属層１４、第一の誘電体層１５、第二の誘電体層１６およびオーミック金属層１７を成膜し、必要な加工をするだけで、ショットキーダイオード１を作製することができ、高温処理は必要でないから、ショットキーダイオード１を製造するのに必要な時間を短縮し、エネルギーの消費量を低減することが可能になる。
【００４１】
また、本実施態様においては、（Ｂａ１−ｘＳｒｘ）ＴｉＯ３（ここに、０≦ｘ≦１．０である。）によって、第一の誘電体層１５が形成され、第一の誘電体層１５中には、添加物として、電子を補償する金属イオンであるＭｎが添加されているため、第一の誘電体層１５の絶縁性が向上し、したがって、第一の誘電体層１５と第二の誘電体層１６との総厚を薄くすることができるから、ＳｉＣやＧａＡｓを用いた従来のショットキーダイオードに比して、ショットキーダイオード１の厚さを薄くすることが可能になる。
【００４２】
図２は、本発明の他の好ましい実施態様にかかるショットキーダイオードの略断面図である。
【００４３】
図２に示されるように、本発明の他の好ましい実施態様にかかるショットキーダイオード２は、支持基板２１を備え、支持基板２１の表面上に、絶縁膜２２、密着層２３、オーミック金属層２７、第二の誘電体層２６、第一の誘電体層２５およびショットキー金属層２４がこの順に積層されている。
【００４４】
本実施態様においても、支持基板２１の表面上には、支持基板２１とオーミック金属層２７とを絶縁する機能を有する絶縁膜２２が形成され、本実施態様においては、シリコン酸化膜によって絶縁膜２２が形成されている。
【００４５】
図２に示されるように、絶縁膜２２の表面上には、絶縁膜２２とオーミック金属層２７とを密着させる機能を有する密着層２３が形成されている。本実施態様においては、厚さ１０ｎｍの酸化チタン層によって、密着層２３が構成されている。
【００４６】
オーミック金属層２７は、カソード電極として機能するもので、Ｔａによって、２５０ｎｍの膜厚を有するように形成されている。
【００４７】
図２に示されるように、オーミック金属層２７の表面上には、（Ｂａ１−ｘＳｒｘ）ＴｉＯ３（ここに、０≦ｘ≦１．０である。）によって、膜厚が１３０ｎｍの第二の誘電体層２６が形成され、第二の誘電体層２６の表面上には、（Ｂａ１−ｘＳｒｘ）ＴｉＯ３（ここに、０≦ｘ≦１．０である。）によって、膜厚が１３０ｎｍの第一の誘電体層２５が形成されている。本実施態様においても、第一の誘電体層２５中には、添加物として、Ｍｎが添加されているが、第二の誘電体層２６中には、Ｍｎなどの金属イオンは添加されていない。
【００４８】
図２に示されるように、第一の誘電体層２５の表面上には、アノード電極として機能するショットキー金属層２４が形成されている。本実施態様においては、白金によって、膜厚が２５０ｎｍになるように、ショットキー金属層２４が形成されている。
【００４９】
本発明者の研究によれば、以上のように構成されたショットキーダイオードにおいても、逆方向バイアス電圧印加時のリーク電流を減少させることができ、順方向バイアス電圧印加時の電圧降下を小さくすることが可能になることが見出されている。
【００５０】
さらに、本実施態様においても、支持基板２１の表面に、絶縁膜２２、密着層２３、オーミック金属層２７、第二の誘電体層２６、第一の誘電体層２５およびショットキー金属層２４を成膜し、必要な加工をするだけで、ショットキーダイオード２を作製することができ、高温処理は必要でないから、ショットキーダイオード２を製造するのに必要な時間を短縮し、エネルギーの消費量を低減することが可能になる。
【００５１】
また、本実施態様においても、（Ｂａ１−ｘＳｒｘ）ＴｉＯ３（ここに、０≦ｘ≦１．０である。）によって、第一の誘電体層２５が形成され、第一の誘電体層２５中には、添加物として、電子をキャリア補償する金属イオンであるＭｎが添加されているため、第一の誘電体層２５の絶縁性が向上し、したがって、第一の誘電体層２５と第二の誘電体層２６との総厚を薄くすることができるから、ＳｉＣやＧａＡｓを用いた従来のショットキーダイオードに比して、ショットキーダイオード２の厚さを薄くすることが可能になる。
【実施例】
【００５２】
以下、本発明の効果をより一層明らかにするため、実施例および比較例を挙げる。
【００５３】
実施例１
厚さ０．４ｍｍのシリコン基板を用意し、シリコン基板の表面を酸化して、絶縁膜として、厚さ１０００ｎｍのシリコン酸化膜を形成した。
【００５４】
次いで、スパッタリング法によって、シリコン酸化膜の表面上に、密着層として、厚さ１０ｎｍの酸化チタン層を形成した。
【００５５】
さらに、スパッタリング法によって、酸化チタン層の表面上に、２５０ｎｍの厚さを有する白金のショットキー金属層を形成した。
【００５６】
次いで、スパッタリング法によって、白金のショットキー金属層の表面上に、３．２モル％のＭｎが添加された多結晶のＢａ０．５Ｓｒ０．５ＴｉＯ３よりなる第一の誘電体層を形成した。第一の誘電体層の膜厚は２０ｎｍであった。
【００５７】
さらに、第一の誘電体層の表面上に、スパッタリング法により、多結晶のＢａ０．５Ｓｒ０．５ＴｉＯ３よりなる第二の誘電体層を形成した。第二の誘電体層の膜厚は１３０ｎｍであった。
【００５８】
次いで、第二の誘電体層の表面上に、スパッタリング法によって、２５０ｎｍの膜厚を有するＴａよりなるオーミック金属層を形成した。
【００５９】
こうして、ショットキーダイオードサンプル＃１を作製した。
【００６０】
こうして作製されたショットキーダイオードサンプル＃１のアノード電極として機能するショットキー金属層に相対的に負の電圧を印加し、カソード電極となるオーミック金属層に相対的に正の電圧を印加して、ショットキーダイオードサンプル＃１に逆方向バイアス電圧を印加し、ショットキー金属層に印加される相対的に負の電圧を徐々に低くするとともに、オーミック金属層に印加される相対的に正の電圧を徐々に低くして、ショットキーダイオードサンプル＃１に印加される逆方向バイアス電圧を徐々に低くし、ショットキーダイオードサンプル＃１を流れる電流の変化を測定した。
【００６１】
さらに、ショットキーダイオードサンプル＃１のアノード電極として機能するショットキー金属層に相対的に正の電圧を印加し、カソード電極となるオーミック金属層に相対的に負の電圧を印加して、ショットキーダイオードサンプル＃１に順方向バイアス電圧を印加し、ショットキー金属層に印加される相対的に正の電圧を徐々に高くするとともに、オーミック金属層に印加される相対的に負の電圧を徐々に高くして、ショットキーダイオードサンプル＃１に印加される順方向バイアス電圧を徐々に高くし、ショットキーダイオードサンプル＃１を流れる電流の変化を測定した。
【００６２】
測定結果は、図３に＊印で示されている。また、ショットキーダイオードサンプル＃１に順方向バイアス電圧を印加したときの順方向バイアス電圧と順方向の電流の関係の詳細が、図４に示されている。
【００６３】
比較例１
添加物濃度が高い第一の誘電体層を形成することなく、ショットキー金属層の表面に、添加物濃度が低い第二の誘電体層を形成した点を除き、実施例１と同様にして、ショットキーダイオード比較サンプル＃１を作製した。
【００６４】
こうして作製したショットキーダイオード比較サンプル＃１に、実施例１と同様にして、逆方向バイアス電圧を印加し、ショットキーダイオード比較サンプル＃１に印加する逆方向のバイアス電圧を徐々に低くして、ショットキーダイオード比較サンプル＃１に流れる電流の変化を測定した。
【００６５】
さらに、実施例１と同様にして、ショットキーダイオード比較サンプル＃１に順方向のバイアス電圧を印加し、ショットキーダイオード比較サンプル＃１に印加する順方向のバイアス電圧を徐々に高くして、ショットキーダイオード比較サンプル＃１を流れる電流の変化を測定した。
【００６６】
測定結果は、図３において、▲印で示されている。
【００６７】
比較例２
オーミック金属層として、ショットキーバリアが高い白金層を形成した点を除き、実施例と同様にして、ショットキーダイオード比較サンプル＃２を作製した。
【００６８】
こうして作製したショットキーダイオード比較サンプル＃２に、実施例１と同様にして、逆方向バイアスを印加し、ショットキーダイオード比較サンプル＃２に印加する逆方向のバイアス電圧を徐々に低くして、ショットキーダイオード比較サンプル＃２を流れる電流の変化を測定した。
【００６９】
さらに、実施例１と同様にして、ショットキーダイオード比較サンプル＃２に順方向のバイアス電圧を印加し、ショットキーダイオード比較サンプル＃２に印加する順方向のバイアス電圧を徐々に高くして、ショットキーダイオード比較サンプル＃２を流れる電流の変化を測定した。
【００７０】
測定結果は、図３において▼印で示されている。
【００７１】
図３に示されるように、ショットキーダイオード比較サンプル＃１においては、逆方向バイアス電圧の印加時に、約−３ボルトよりも高くなると（印加電圧の絶対値が約３ボルトよりも大きくなると）と、リーク電流が急激に上昇することが認められたが、本発明にかかるショットキーダイオードサンプル＃１においては、逆方向バイアス電圧の印加時に、リーク電流の上昇は認められなかった。また、ショットキーダイオード比較サンプル＃１においては、順方向バイアス電圧が３ボルト以上にならないと、順方向の電流が上昇しなかったが、本発明にかかるショットキーダイオードサンプル＃１においては、きわめて低い電圧で、順方向の電流の上昇が認められ、図４に示されるように、順方向バイアス電圧が０．１ボルトで、順方向の電流が上昇することがわかった。
【００７２】
一方、図３に示されるように、ショットキーダイオード比較サンプル＃２においては、逆方向バイアス電圧が低いとき（印加電圧の絶対値が小さいとき）のリーク電流は、本発明にかかるショットキーダイオードサンプル＃１に比して、低いものの、本発明にかかるショットキーダイオードサンプル＃１においては、逆方向バイアス電圧が高くなっても（印加電圧の絶対値が大きくなっても）、リーク電流はほとんど上昇しないのに対し、ショットキーダイオード比較サンプル＃２においては、逆方向バイアス電圧が約−１３ボルトよりも高くなると（印加電圧の絶対値が約１３ボルトよりも大きくなると）、リーク電流が急激に上昇することが認められた。さらに、ショットキーダイオード比較サンプル＃２においても、順方向バイアス電圧が３ボルト以上にならないと、順方向の電流が上昇しなかった。
【００７３】
実施例１ならびに比較例１および２から、本発明にかかるショットキーダイオードサンプル＃１においては、逆方向バイアス電圧印加時のリーク電流が低く、順方向バイアス電圧印加時の電圧降下が低いことが判明した。
【００７４】
本発明は、以上の実施態様および実施例に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【００７５】
たとえば、図１に示された実施態様および図２に示された実施態様においては、第一の誘電体層１５、２５は、（Ｂａ１−ｘＳｒｘ）ＴｉＯ３（ここに、０≦ｘ≦１．０である。）によって形成され、前記実施例においては、第一の誘電体層１５、２５は、（Ｂａ０．５Ｓｒ０．５）ＴｉＯ３によって形成されているが、第一の誘電体層１５、２５を、（Ｂａ０．５Ｓｒ０．５）ＴｉＯ３によって形成することも、（Ｂａ１−ｘＳｒｘ）ＴｉＯ３（ここに、０≦ｘ≦１．０である。）によって形成することも必ずしも必要でなく、第一の誘電体層１５、２５は、（Ｂａ，Ｓｒ）ｙＴｉＯ３ （ここに、１．００≦ｙ≦１．２０である。）によって形成されていてもよい。
【００７６】
また、図１に示された実施態様および図２に示された実施態様においては、第二の誘電体層１６、２６は、多結晶の（Ｂａ１−ｘＳｒｘ）ＴｉＯ３（ここに、０≦ｘ≦１．０である。）によって形成され、前記実施例においては、第二の誘電体層１６、２６は、多結晶の（Ｂａ０．５Ｓｒ０．５）ＴｉＯ３によって形成されているが、第二の誘電体層１６、２６を、（Ｂａ０．５Ｓｒ０．５）ＴｉＯ３によって形成することも、（Ｂａ１−ｘＳｒｘ）ＴｉＯ３（ここに、０≦ｘ≦１．０である。）によって形成することも必ずしも必要でなく、第二の誘電体層１６、２６は、（Ｂａ，Ｓｒ）ｙＴｉＯ３ （ここに、１．００≦ｙ≦１．２０である。）によって形成されていてもよい。
【００７７】
さらに、図１に示された実施態様および実施例においては、ショットキーダイオード１は、支持基板１１を備え、支持基板１１の表面上に、絶縁膜１２、密着層１３、ショットキー金属層１４、第一の誘電体層１５、第二の誘電体層１６およびオーミック金属層１７がこの順に積層され、図２に示された実施態様においては、ショットキーダイオード２は、支持基板１１を備え、支持基板１１の表面上に、絶縁膜１２、密着層１３、オーミック金属層２７、第二の誘電体層２６、第一の誘電体層２５およびショットキー金属層２４がこの順に積層されているが、ショットキー金属層１４を構成する金属と、絶縁膜１２を構成する材料とが密着性が高い場合には、密着層１３を設けることは必ずしも必要でなく、オーミック金属層２７を構成する金属と、絶縁膜２２を構成する材料とが密着性が高い場合には、密着層２３を設けることは必ずしも必要でない。
【００７８】
また、図１に示された実施態様および実施例においては、ショットキーダイオード１は、支持基板１１を備え、支持基板１１の表面上に、絶縁膜１２、密着層１３、ショットキー金属層１４、第一の誘電体層１５、第二の誘電体層１６およびオーミック金属層１７がこの順に積層され、図２に示された実施態様においては、ショットキーダイオード２は、支持基板１１を備え、支持基板１１の表面上に、絶縁膜１２、密着層１３、オーミック金属層２７、第二の誘電体層２６、第一の誘電体層２５およびショットキー金属層２４がこの順に積層されているが、支持基板１１、２１が抵抗率が高い材料で形成されているときは、絶縁膜１２、２２を設けることは必ずしも必要でない。
【符号の説明】
【００７９】
１ ショットキーダイオード
２ ショットキーダイオード
１１ 支持基板
１２ 絶縁膜
１３ 密着層
１４ ショットキー金属層
１５ 第一の誘電体層
１６ 第二の誘電体層
１７ オーミック金属層
２１ 支持基板
２２ 絶縁膜
２３ 密着層
２４ ショットキー金属層
２５ 第一の誘電体層
２６ 第二の誘電体層
２７ オーミック金属層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板を備え、さらに、前記支持基板の表面上に形成されたショットキー金属層と、前記ショットキー金属層の表面上に、前記ショットキー金属層とショットキー接触されるように形成された添加物濃度が高い第一の誘電体層と、前記第一の誘電体層の表面上に形成された添加物濃度が低い第二の誘電体層と、前記第二の誘電体層の表面上に、前記第二の誘電体層とオーミック接触するように形成されたオーミック金属層を備えたことを特徴とするショットキーダイオード。
【請求項２】
前記第一の誘電体層に添加されている前記添加物が、複数の原子価を取り得る金属イオンであることを特徴とする請求項１に記載のショットキーダイオード。
【請求項３】
前記第一の誘電体層が、（Ｂａ１−ｘＳｒｘ）ＴｉＯ３（ここに、０≦ｘ≦１．０である。）および（Ｂａ，Ｓｒ）ｙＴｉＯ３ （ここに、１．００≦ｙ≦１．２０である。）よりなる群から選ばれる誘電体によって形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のショットキーダイオード。
【請求項４】
前記第一の誘電体層に添加されている前記添加物が、Ｍｎ，Ｍｇ，ＳｃおよびＨｏよりなる群から選ばれる金属イオンであることを特徴とする請求項３に記載のショットキーダイオード。
【請求項５】
前記第一の誘電体層に添加されている前記添加物がＭｎであり、前記第一の誘電体層中のＭｎの含有量が０．３モル％以上、５モル％以下であることを特徴とする請求項４に記載のショットキーダイオード。
【請求項６】
前記オーミック金属層が、前記第二の誘電体層とのショットキーバリアが低い金属によって形成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のショットキーダイオード。
【請求項７】
前記第二の誘電体層が、前記第一の誘電体層よりも膜厚が厚くなるように形成されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のショットキーダイオード。
【請求項８】
支持基板の表面上に、ショットキー金属層を形成し、前記ショットキー金属層の表面上に、前記ショットキー金属層とショットキー接触されるように、添加物濃度が高い第一の誘電体層を形成し、前記第一の誘電体層の表面上に、添加物濃度が低い第二の誘電体層を形成し、前記第二の誘電体層の表面上に、前記第二の誘電体層とオーミック接触するように、オーミック金属層を形成することを特徴とするショットキーダイオードの製造方法。
【請求項９】
前記第一の誘電体層に、前記添加物として、複数の原子価を取り得る金属イオンを添加することを特徴とする請求項９に記載のショットキーダイオードの製造方法。
【請求項１０】
前記第一の誘電体層を、（Ｂａ１−ｘＳｒｘ）ＴｉＯ３（ここに、０≦ｘ≦１．０である。）および（Ｂａ，Ｓｒ）ｙＴｉＯ３ （ここに、１．００≦ｙ≦１．２０である。）よりなる群から選ばれる誘電体によって形成することを特徴とする請求項８または９に記載のショットキーダイオードの製造方法。
【請求項１１】
前記第一の誘電体層に、前記添加物として、Ｍｎ，Ｍｇ，ＳｃおよびＨｏよりなる群から選ばれる金属イオンを添加することを特徴とする請求項１０に記載のショットキーダイオードの製造方法。
【請求項１２】
前記添加物として、Ｍｎを、前記第一の誘電体層中のＭｎの含有量が０．３モル％以上、５モル％以下となるように、前記第一の誘電体層に添加することを特徴とする請求項１０に記載のショットキーダイオードの製造方法。
【請求項１３】
前記オーミック金属層を、前記第二の誘電体層とのショットキーバリアが低い金属によって形成することを特徴とする請求項８ないし１２のいずれか１項に記載のショットキーダイオードの製造方法。
【請求項１４】
前記第二の誘電体層を、前記第一の誘電体層よりも膜厚が厚くなるように形成することを特徴とする請求項８ないし１３のいずれか１項に記載のショットキーダイオードの製造方法。
【請求項１】
支持基板を備え、さらに、前記支持基板の表面上に形成されたショットキー金属層と、前記ショットキー金属層の表面上に、前記ショットキー金属層とショットキー接触されるように形成された添加物濃度が高い第一の誘電体層と、前記第一の誘電体層の表面上に形成された添加物濃度が低い第二の誘電体層と、前記第二の誘電体層の表面上に、前記第二の誘電体層とオーミック接触するように形成されたオーミック金属層を備えたことを特徴とするショットキーダイオード。
【請求項２】
前記第一の誘電体層に添加されている前記添加物が、複数の原子価を取り得る金属イオンであることを特徴とする請求項１に記載のショットキーダイオード。
【請求項３】
前記第一の誘電体層が、（Ｂａ１−ｘＳｒｘ）ＴｉＯ３（ここに、０≦ｘ≦１．０である。）および（Ｂａ，Ｓｒ）ｙＴｉＯ３ （ここに、１．００≦ｙ≦１．２０である。）よりなる群から選ばれる誘電体によって形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のショットキーダイオード。
【請求項４】
前記第一の誘電体層に添加されている前記添加物が、Ｍｎ，Ｍｇ，ＳｃおよびＨｏよりなる群から選ばれる金属イオンであることを特徴とする請求項３に記載のショットキーダイオード。
【請求項５】
前記第一の誘電体層に添加されている前記添加物がＭｎであり、前記第一の誘電体層中のＭｎの含有量が０．３モル％以上、５モル％以下であることを特徴とする請求項４に記載のショットキーダイオード。
【請求項６】
前記オーミック金属層が、前記第二の誘電体層とのショットキーバリアが低い金属によって形成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のショットキーダイオード。
【請求項７】
前記第二の誘電体層が、前記第一の誘電体層よりも膜厚が厚くなるように形成されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のショットキーダイオード。
【請求項８】
支持基板の表面上に、ショットキー金属層を形成し、前記ショットキー金属層の表面上に、前記ショットキー金属層とショットキー接触されるように、添加物濃度が高い第一の誘電体層を形成し、前記第一の誘電体層の表面上に、添加物濃度が低い第二の誘電体層を形成し、前記第二の誘電体層の表面上に、前記第二の誘電体層とオーミック接触するように、オーミック金属層を形成することを特徴とするショットキーダイオードの製造方法。
【請求項９】
前記第一の誘電体層に、前記添加物として、複数の原子価を取り得る金属イオンを添加することを特徴とする請求項９に記載のショットキーダイオードの製造方法。
【請求項１０】
前記第一の誘電体層を、（Ｂａ１−ｘＳｒｘ）ＴｉＯ３（ここに、０≦ｘ≦１．０である。）および（Ｂａ，Ｓｒ）ｙＴｉＯ３ （ここに、１．００≦ｙ≦１．２０である。）よりなる群から選ばれる誘電体によって形成することを特徴とする請求項８または９に記載のショットキーダイオードの製造方法。
【請求項１１】
前記第一の誘電体層に、前記添加物として、Ｍｎ，Ｍｇ，ＳｃおよびＨｏよりなる群から選ばれる金属イオンを添加することを特徴とする請求項１０に記載のショットキーダイオードの製造方法。
【請求項１２】
前記添加物として、Ｍｎを、前記第一の誘電体層中のＭｎの含有量が０．３モル％以上、５モル％以下となるように、前記第一の誘電体層に添加することを特徴とする請求項１０に記載のショットキーダイオードの製造方法。
【請求項１３】
前記オーミック金属層を、前記第二の誘電体層とのショットキーバリアが低い金属によって形成することを特徴とする請求項８ないし１２のいずれか１項に記載のショットキーダイオードの製造方法。
【請求項１４】
前記第二の誘電体層を、前記第一の誘電体層よりも膜厚が厚くなるように形成することを特徴とする請求項８ないし１３のいずれか１項に記載のショットキーダイオードの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１３８５５２（Ｐ２０１２−１３８５５２Ａ）
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２９１７０２（Ｐ２０１０−２９１７０２）
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【出願人】（０００２０４２８４）太陽誘電株式会社 (964)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【出願人】（０００２０４２８４）太陽誘電株式会社 (964)
【Ｆターム（参考）】
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