專利名稱:半導(dǎo)體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置,特別是涉及實(shí)現(xiàn)肖特基勢(shì)壘二極管正向電壓VF的降低且反向電流IR的降低并確保規(guī)定耐壓的半導(dǎo)體裝置。
背景技術(shù):
利用硅半導(dǎo)體襯底和金屬層形成的肖特基結(jié)通過(guò)其勢(shì)壘具有整流作用,故通常作為肖特基勢(shì)壘二極管是優(yōu)良的元件。
圖4表示現(xiàn)有肖特基勢(shì)壘二極管。
如圖4(A),在n+型半導(dǎo)體襯底31上層積n-型半導(dǎo)體層32,設(shè)置與其表面形成肖特基結(jié)的肖特基金屬層36。該金屬層是例如Ti。另外,覆蓋金屬層整個(gè)面設(shè)置作為陽(yáng)極電極37的Al層。為確保耐壓而在半導(dǎo)體襯底外周設(shè)置擴(kuò)散了p+型雜質(zhì)的護(hù)圈34,其一部分與肖特基金屬層36接觸。在襯底31背面設(shè)置陰極電極38。
為使功函數(shù)不同的金屬和半導(dǎo)體襯底接觸時(shí)費(fèi)米基準(zhǔn)一致,而改變兩者的能帶圖,在兩者之間產(chǎn)生肖特基勢(shì)壘。該勢(shì)壘的高度,即功函數(shù)差(以下在本明細(xì)書中將該功函數(shù)差稱為Bn)構(gòu)成決定肖特基勢(shì)壘二極管的特性的主要原因。另外,該Bn是金屬固有的值。
當(dāng)在肖特基勢(shì)壘二極管的n型硅側(cè)施加負(fù)電壓,在金屬層側(cè)施加正電壓時(shí),電流流動(dòng),此時(shí)的電壓是正向電壓VF。相反,當(dāng)與其反向,即在n型硅側(cè)施加正電壓,在金屬層側(cè)施加負(fù)電壓時(shí),無(wú)電流流動(dòng)。此時(shí)的電壓以后被稱為反向電壓。肖特基勢(shì)壘二極管的肖特基金屬層可考慮模擬性p型區(qū)域。
在考慮某肖特基勢(shì)壘二極管的情況下,當(dāng)Bn大時(shí),肖特基勢(shì)壘二極管的正向電壓VF升高,相反,施加反向電壓時(shí)的漏泄電流IR降低。即正向電壓VF和漏泄電流IR為對(duì)調(diào)關(guān)系(例如參照專利文獻(xiàn)1)。
在此,如圖4(B)所示,還有在n-型半導(dǎo)體層32上設(shè)置多個(gè)p+型區(qū)域33的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)有利用pn結(jié)在反向施加電壓時(shí)使耗盡層50擴(kuò)展,夾斷耗盡層50的結(jié)構(gòu)。通過(guò)耗盡層50夾斷即使在肖特基結(jié)區(qū)域產(chǎn)生漏泄電流,也可以抑制電流向陰極側(cè)的泄漏(例如參照專利文獻(xiàn)2)。
專利文獻(xiàn)1特開平6-224410號(hào)公報(bào)(第2頁(yè)、第2圖)專利文獻(xiàn)2特開2000-261004號(hào)公報(bào)(第2-4頁(yè)、第1、3圖)如前所述,在圖4(A)的肖特基勢(shì)壘二極管中,如Bn高,則形成正向電壓VF增高,漏泄電流IR降低的對(duì)調(diào)關(guān)系。另外,在Bn相同時(shí),通過(guò)肖特基結(jié)面積變動(dòng)正向VF及漏泄電流IR的值。
因此,可考慮通過(guò)降低n-型半導(dǎo)體層32的比電阻ρ降低電流經(jīng)路的電阻值,并降低正向電壓VF。但是,在圖4(B)的結(jié)構(gòu)中,構(gòu)成在n-型半導(dǎo)體層32上充分?jǐn)U散耗盡層50的設(shè)計(jì),以確保規(guī)定的耐壓。
例如,在耐壓為40v左右時(shí),n-型半導(dǎo)體層32必需1Ω·cm左右的比電阻,在600V左右的裝置時(shí),n-型半導(dǎo)體層32必需30Ω·cm左右的比電阻。P+型區(qū)域33的深度雖根據(jù)耐壓而不同,但任何情況下均為1μm左右。
降低n-型半導(dǎo)體層32的比電阻ρ,決定耐壓的p+型區(qū)域33下方的n-型半導(dǎo)體層32的比電阻也降低。因此,耗盡層50的延伸不充分,不能確保規(guī)定的耐壓。
另外,在圖4(B)的結(jié)構(gòu)中,p+型區(qū)域33的深度例如為1μm,相對(duì)n-型半導(dǎo)體層32的深度足夠淺。另外,為確保規(guī)定的耐壓,n-型半導(dǎo)體層32的雜質(zhì)濃度低,當(dāng)通過(guò)設(shè)置p+型區(qū)域33使電流經(jīng)路變窄時(shí),正向電壓VF不能進(jìn)一步降低。
這樣,在肖特基勢(shì)壘二極管中,適當(dāng)選擇肖特基結(jié)面積、肖特基金屬層、半導(dǎo)體層的比電阻等,以接近所希望的特性。但是,得到規(guī)定的正向電壓VF特性及漏泄電流IR特性,且確保規(guī)定的耐壓是非常難以控制的,實(shí)際上要多少犧牲某一方來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于所述問(wèn)題點(diǎn)而開發(fā)的,本發(fā)明的第一方面提供一種半導(dǎo)體裝置,其包括一導(dǎo)電型半導(dǎo)體襯底;在該半導(dǎo)體襯底上設(shè)置的一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層;被設(shè)置在所述半導(dǎo)體層上,且達(dá)到所述半導(dǎo)體襯底的深度而設(shè)置的多個(gè)逆導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域;與所述半導(dǎo)體層形成肖特基結(jié)的金屬層,其中,在所述金屬層和所述半導(dǎo)體襯底間施加反向電壓時(shí),在所述半導(dǎo)體層上產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度在所述半導(dǎo)體層的深度方向大致均勻。
另外,所述逆導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域深度為3μm~60μm程度。
所述半導(dǎo)體層的比電阻為0.2Ω·cm~10Ω·cm程度。
相互鄰接的所述逆導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域以在向所述金屬層和所述半導(dǎo)體襯底間施加反向電壓時(shí)、所述逆導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域間的半導(dǎo)體層被耗盡層埋盡的間隔分開設(shè)置。
所述半導(dǎo)體層在向所述金屬層和所述半導(dǎo)體襯底間施加反向電壓時(shí),大致全部的區(qū)域形成耗盡化。
相互鄰接的所述逆導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)濃度為在向所述金屬層和所述半導(dǎo)體襯底間施加反向電壓時(shí)、所述逆導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域及所述半導(dǎo)體層被耗盡層埋盡的雜質(zhì)濃度。
另外,所述逆導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)濃度為5×1014cm-3左右。
根據(jù)本發(fā)明,即使在提高n-型半導(dǎo)體層的雜質(zhì)濃度,降低正向電壓VF時(shí),也可以確保規(guī)定的耐壓。
即,通過(guò)以規(guī)定的間隔在n-型半導(dǎo)體層上設(shè)置多個(gè)到達(dá)n+型半導(dǎo)體襯底的柱狀p型半導(dǎo)體區(qū)域,在施加反向電壓時(shí),耗盡層從p型半導(dǎo)體區(qū)域向襯底的水平方向擴(kuò)展。另外,由于耗盡層也向p型半導(dǎo)體區(qū)域內(nèi)部擴(kuò)展,故n-型半導(dǎo)體層形成整體大致耗盡化的區(qū)域。另外,由于p型半導(dǎo)體區(qū)域達(dá)到n+型半導(dǎo)體襯底,故耗盡層沿p型半導(dǎo)體層的深度方向(垂直襯底方向)大致均一地?cái)U(kuò)展而進(jìn)行夾斷,可確保在n-型半導(dǎo)體層的深度方向上電場(chǎng)強(qiáng)度均勻。而且,由于在該狀態(tài)下直至損壞(ブレィクダゥン),故可提高耐壓。
即,只要沿襯底水平方向擴(kuò)展的耗盡層以?shī)A斷的距離配置,則可確保規(guī)定的耐壓。即,通過(guò)將p型半導(dǎo)體區(qū)域的分開距離接近至耗盡層夾斷的程度,只要耗盡層夾斷,則n-型半導(dǎo)體層的雜質(zhì)濃度可升高至充分的濃度。因此,可降低n-型半導(dǎo)體層的電阻值,降低正向電壓VF。另外,在肖特基結(jié)區(qū)域產(chǎn)生的漏泄電流IR不能通過(guò)耗盡層漏向陰極電極側(cè),實(shí)際上可降低漏泄電流IR。
另外,耐壓僅控制n-型半導(dǎo)體層的厚度即可,故其控制變?nèi)菀住?br>
圖1(A)是本發(fā)明半導(dǎo)體裝置的平面圖,(B)是剖面圖;
圖2(A)、(B)是本發(fā)明半導(dǎo)體裝置的概念圖;圖3(A)、(B)是本發(fā)明半導(dǎo)體裝置的特性圖;圖4(A)、(B)是現(xiàn)有半導(dǎo)體裝置的剖面圖。
符號(hào)說(shuō)明1 n+型半導(dǎo)體襯底2 n-型半導(dǎo)體層3 p型半導(dǎo)體區(qū)域5 絕緣膜6 肖特基金屬層7 陽(yáng)極電極8 陰極電極10 襯底30 肖特基勢(shì)壘二極管31 n+型半導(dǎo)體襯底32 n-型半導(dǎo)體層33 p+型區(qū)域34 護(hù)圈36 肖特基金屬層37 陽(yáng)極電極38 陰極電極50 耗盡層具體實(shí)施方式
參照?qǐng)D1~圖3詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1表示本發(fā)明的肖特基勢(shì)壘二極管。圖1(A)是平面圖,圖1(B)是圖1(A)的A-A線剖面圖。另外,圖1(A)中省略了襯底表面的肖特基金屬層及陽(yáng)極電極。
本發(fā)明的肖特基勢(shì)壘二極管由一導(dǎo)電型半導(dǎo)體襯底1、一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層2、逆導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域3、肖特基金屬層6構(gòu)成。
襯底10是在n+型半導(dǎo)體襯底1上通過(guò)外延生長(zhǎng)法等層積了n-型半導(dǎo)體層2的襯底。
逆導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域3是在n-型半導(dǎo)體層2上設(shè)置的p型半導(dǎo)體區(qū)域。例如,在n-型半導(dǎo)體層2上設(shè)置溝道,并埋設(shè)含有p型雜質(zhì)的多晶硅,通過(guò)熱處理等在溝道周圍擴(kuò)散p型雜質(zhì)等,形成p型半導(dǎo)體區(qū)域3。P型半導(dǎo)體區(qū)域3設(shè)置為貫通n-型半導(dǎo)體層2,達(dá)到n+型半導(dǎo)體襯底1的深度。P型半導(dǎo)體區(qū)域3的雜質(zhì)濃度為5×1014cm-3左右。
在此,p型半導(dǎo)體區(qū)域3必須被以分別均等的間隔距離配置,以在施加反向電壓時(shí)擴(kuò)散耗盡層,將n-型半導(dǎo)體層2埋盡。即,其平面形狀最好為圖1(A)所示的正六邊形狀。
另外,即使在一個(gè)位置存在耗盡層擴(kuò)散不充分的地方時(shí),電流也會(huì)由此向陰極電極8側(cè)泄漏。即,必須確保全部p型半導(dǎo)體區(qū)域3間施加反向電壓時(shí)通過(guò)耗盡層的擴(kuò)散埋盡的距離。而且,只要可確保該距離,則p型半導(dǎo)體區(qū)域3的平面形狀不限于正六邊形狀。
具體地說(shuō),如為例如40V左右的耐壓裝置,則p+型半導(dǎo)體區(qū)域3的深度為5μm左右,p型半導(dǎo)體區(qū)域3的開口寬度(對(duì)角線寬度)為例如0.5μm,各自分離0.5μm左右,在n-型半導(dǎo)體層2上設(shè)為柱狀。此時(shí),n-型半導(dǎo)體層2的比電阻為0.2Ω·cm~0.5Ω·cm程度。
另外,如為600V左右的耐壓裝置,則p+型半導(dǎo)體區(qū)域3的深度為50μm,p型半導(dǎo)體區(qū)域3的開口寬度(對(duì)角線寬度)為例如1μm,各自分離1μm~5μm程度,在n-型半導(dǎo)體層2上設(shè)為柱狀。另外,n-型半導(dǎo)體層2的比電阻為5Ω·cm~10Ω·cm程度。
這樣,根據(jù)本實(shí)施例,將p型半導(dǎo)體區(qū)域3設(shè)為達(dá)到n+型半導(dǎo)體襯底1的深度。而且,將向襯底10水平方向擴(kuò)散的耗盡層在襯底10的深度方向均勻地夾斷。即,在損壞時(shí),電場(chǎng)強(qiáng)度在襯底深度方向均勻,故可提高耐壓。即,n-型半導(dǎo)體層2的雜質(zhì)濃度可提高至來(lái)自相鄰的p型半導(dǎo)體區(qū)域3的耗盡層可夾斷的程度,故可降低n-型半導(dǎo)體層2的電阻值。
在襯底10的表面,p型半導(dǎo)體區(qū)域3和n-型半導(dǎo)體層2露出,露出的n-型半導(dǎo)體層2形成肖特基結(jié)區(qū)域。
肖特基金屬層6是例如Mo等。設(shè)置在將絕緣膜5開口而露出的n-型半導(dǎo)體層2及全部p型半導(dǎo)體區(qū)域3上,并與n-型半導(dǎo)體層2形成肖特基結(jié)。在該肖特基金屬層6上設(shè)置作為陽(yáng)極電極7的例如Al層等,在n+型半導(dǎo)體襯底1背面設(shè)置陰極電極8。
圖2表示本實(shí)施例的施加正向電壓時(shí)(圖2(A))和施加反向電壓時(shí)(圖2(B))的p型半導(dǎo)體區(qū)域3附近的放大圖。
在圖2(A)的施加正向電壓時(shí),n-型半導(dǎo)體層2形成電流經(jīng)路。在本實(shí)施例中,n-型半導(dǎo)體層2的比電阻可比圖4(B)所示的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的比電阻低。具體地說(shuō),如為例如600V左右的耐壓,則可降低為現(xiàn)有結(jié)構(gòu)(圖4(B))的六分之一至三分之一左右的5Ω·cm~10Ω·cm,這一點(diǎn)之后詳述。由此,施加正向電壓時(shí)的電流以低電阻流動(dòng),可降低正向電壓VF。
另一方面,如圖2(B),在施加反向電壓時(shí),如虛線所示耗盡層50擴(kuò)散。在此,在本實(shí)施例中,如前所述,p型半導(dǎo)體區(qū)域3的雜質(zhì)濃度為5×1014cm-3左右。因此,在施加反向電壓時(shí),耗盡層也在p型半導(dǎo)體區(qū)域3的內(nèi)側(cè)擴(kuò)散,n-型半導(dǎo)體層2及p型半導(dǎo)體區(qū)域3的大致整體形成耗盡化區(qū)域。
耗盡層50從p型半導(dǎo)體區(qū)域3沿襯底10的水平方向擴(kuò)散,該擴(kuò)散的寬度(d)沿p型半導(dǎo)體區(qū)域的深度方向(垂直襯底10的方向)大致均勻。
一般地說(shuō),當(dāng)比電阻ρ過(guò)低時(shí),耗盡層50的擴(kuò)散不充分,耐壓劣化。另外,在損壞時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度沿襯底的深度方向不均勻時(shí),耐壓也劣化。
但是,在本實(shí)施例中,p型半導(dǎo)體區(qū)域3到達(dá)n+型半導(dǎo)體襯底1。即,耗盡層50在襯底10的水平方向擴(kuò)散而夾斷,另外,在襯底10的深度方向均勻地夾斷。即,在破壞時(shí)襯底10深度方向的電場(chǎng)強(qiáng)度均勻,故可提高耐壓。
即,如耗盡層50以寬度d在水平方向擴(kuò)散,則是充分的,n-型半導(dǎo)體層2可采用如此低的比電阻,如上所述可為5Ω·cm~10Ω·cm。換句話說(shuō),即使為了確保規(guī)定的耐壓降低n-型半導(dǎo)體層2的比電阻ρ,也可以充分地夾斷,可降低正向電壓VF。
圖3是現(xiàn)有肖特基勢(shì)壘二極管和本實(shí)施例的肖特基勢(shì)壘二極管的陽(yáng)極電極-陰極電極間電場(chǎng)強(qiáng)度的概要圖。另外,由于肖特基勢(shì)壘二極管的肖特基金屬層6、36可考慮模擬性p型區(qū)域,故圖中作為p型區(qū)域顯示。
圖3(A)是現(xiàn)有結(jié)構(gòu)(圖4(B))的電場(chǎng)強(qiáng)度,圖3(B)是本實(shí)施例的電場(chǎng)強(qiáng)度。
由實(shí)線表示現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的n-型半導(dǎo)體層32的比電阻為30Ω·cm、本實(shí)施例的n-型半導(dǎo)體層2的比電阻為5Ω·cm時(shí)各自的電場(chǎng)強(qiáng)度。而且,陰影線表示的電場(chǎng)強(qiáng)度的積分值為耐壓。另外,x線是破壞的點(diǎn)。
如圖3(A),在圖4(B)的結(jié)構(gòu)中,在n+型半導(dǎo)體襯底31附近有余量,而在n-型半導(dǎo)體層32表面附近到達(dá)破壞的點(diǎn)。這樣,即使是一點(diǎn),當(dāng)達(dá)到x線而進(jìn)行破壞時(shí),此時(shí)的陰影線表示的區(qū)域的積分值為耐壓。
在圖4(B)中,夾斷耗盡層50,防止肖特基結(jié)區(qū)域產(chǎn)生的漏泄電流漏向陰極側(cè)。另一方面,耐壓通過(guò)在n-型半導(dǎo)體層32上充分?jǐn)U散耗盡層50來(lái)確保。即,在p+型區(qū)域33下方也擴(kuò)展耗盡層50,電場(chǎng)強(qiáng)度在襯底深度方向不均勻。因此,局部地到達(dá)x線,構(gòu)成破壞的特性,耐壓為陰影線表示的區(qū)域的積分值。
另一方面,在本實(shí)施例中,通過(guò)從p型半導(dǎo)體區(qū)域3向襯底10水平方向擴(kuò)散的耗盡層50電場(chǎng)強(qiáng)度顯示在n-型半導(dǎo)體層2內(nèi)在垂直襯底方向大致均勻的值。因此,如圖3(B),在深度方向均勻地達(dá)到x線,進(jìn)行破壞。即,陰影線所示的區(qū)域的積分值與圖3(A)比較增加,故耐壓相應(yīng)提高。
因此,在本實(shí)施例中,即使n-型半導(dǎo)體層2的雜質(zhì)濃度升高,實(shí)現(xiàn)低VF化,也可以確保規(guī)定的耐壓。另外,在施加反向電壓時(shí),由于耗盡層沿垂直襯底的方向以均勻地寬度擴(kuò)展而夾斷,故可抑制漏向陰極電極側(cè)的漏泄電流IR。
另外,耐壓的控制僅控制n-型半導(dǎo)體層2的厚度即可,該控制變得容易。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置,其特征在于,包括一導(dǎo)電型半導(dǎo)體襯底;在該半導(dǎo)體襯底上設(shè)置的一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層;在所述半導(dǎo)體層設(shè)置多個(gè),且直至所述半導(dǎo)體襯底的深度而設(shè)置的逆導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域;與所述半導(dǎo)體層形成肖特基結(jié)的金屬層,其中,在所述金屬層和所述半導(dǎo)體襯底間施加反向電壓時(shí),在所述半導(dǎo)體層上產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度在所述半導(dǎo)體層的深度方向大致均勻。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置,其特征在于,所述逆導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域?yàn)?μm~60μm程度的深度。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置,其特征在于,所述半導(dǎo)體層的比電阻為0.2Ω·cm~10Ω·cm左右。
4.權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置,其特征在于,相互鄰接的所述逆導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域以在向所述金屬層和所述半導(dǎo)體襯底間施加反向電壓時(shí)所述逆導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域間的半導(dǎo)體層被耗盡層埋盡的間隔分開設(shè)置。
5.權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置,其特征在于,所述半導(dǎo)體層在向所述金屬層和所述半導(dǎo)體襯底間施加反向電壓時(shí)大致全部的區(qū)域耗盡化。
6.權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置,其特征在于,相互鄰接的所述逆導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)濃度為在向所述金屬層和所述半導(dǎo)體襯底間施加反向電壓時(shí)、所述逆導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域及所述半導(dǎo)體層被耗盡層埋盡的雜質(zhì)濃度。
7.權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置,其特征在于,所述逆導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)濃度為5×1014cm-3左右。
全文摘要
一種半導(dǎo)體裝置,目前,肖特基勢(shì)壘二極管的VF、IR特性具有對(duì)調(diào)關(guān)系,要實(shí)現(xiàn)低VF化,就具有不能避免漏泄電流的增大這樣的問(wèn)題。本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置在n-型半導(dǎo)體層上設(shè)置到達(dá)n+型半導(dǎo)體襯底的柱狀p型半導(dǎo)體區(qū)域。在施加反向電壓時(shí),從p型半導(dǎo)體區(qū)域向襯底水平方向擴(kuò)展的耗盡層埋盡n-型半導(dǎo)體層。即,可抑制在肖特基結(jié)界面產(chǎn)生的漏泄電流漏向陰極側(cè)。由于n-型半導(dǎo)體層可將雜質(zhì)濃度提高至可利用從相鄰的p型半導(dǎo)體區(qū)域擴(kuò)展的耗盡層夾斷的程度,故可實(shí)現(xiàn)低VF化,只要夾斷,就可確保規(guī)定的耐壓。
文檔編號(hào)H01L31/06GK1661807SQ20051000610
公開日2005年8月31日 申請(qǐng)日期2005年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月24日
發(fā)明者岡田哲也, 齋藤洋明 申請(qǐng)人:三洋電機(jī)株式會(huì)社