專利名稱：肖特基勢(shì)壘二極管及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種肖特基勢(shì)壘二極管及其使用方法。本發(fā)明尤其涉 及一種在從碳化硅單晶基片表面生長(zhǎng)的碳化硅外延膜的表面上設(shè)置有 肖特基電極，在肖特基電極的上面，設(shè)置有用于與外部進(jìn)行電連接的
焊線電極(pad electrode )的肖特基勢(shì)壘二極管。
背景技術(shù)：
由于與Si相比，碳化硅(SiC)是帶隙約為3倍、飽和漂移速度約 為2倍、絕緣擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度約為IO倍的具有優(yōu)良物理特性的寬禁帶半 導(dǎo)體，因此作為電力用半導(dǎo)體裝置的材料，其開發(fā)正在不斷進(jìn)行，現(xiàn) 在使用SiC的肖特基勢(shì)壘二極管已經(jīng)上市了 。
圖3為現(xiàn)有的SiC肖特基勢(shì)壘二極管的剖面圖。該SiC肖特基勢(shì) 壘二極管11,在通過升華法等將結(jié)晶生長(zhǎng)的SiC塊狀單晶切割成晶片 狀而獲得的SiC單晶基片2的表面上，使用通過化學(xué)氣相沉積(CVD: Chemical Vapor Deposition)而生長(zhǎng)的SiC外延膜3的基片，在SiC外 延膜3的表面上通過濺射法、真空蒸鍍法等形成肖特基電極4，在SiC 單晶基片2的另一表面上形成歐姆電極7 (專利文獻(xiàn)1和專利文獻(xiàn)2)。
在肖特基電極4的上面設(shè)置有焊線電極6，通過焊線電極6，例如 利用引線接合、焊錫連接、端子連接等方法與電路板等外部電路進(jìn)行 電連接。
專利文獻(xiàn)1:日本特開2000-299479號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2:日本特開2003-243323號(hào)公4艮

發(fā)明內(nèi)容
但是，在制造上述SiC肖特基勢(shì)壘二極管的過程中，如圖4的放 大圖所示，在肖特基電極4上有時(shí)會(huì)形成微小的孔(針孔9)。若形成 該針孔9時(shí)，在局部就會(huì)形成焊線電極(pad electrode ) 6和SiC外延 膜3的直接接合的部分。
焊線電極6，可以采用如專利文獻(xiàn)2所述的金等，但常采用如鋁這 樣的功函數(shù)小的金屬材料，在該局部形成的焊線電極6和n型SiC外 延膜3的接合部分的肖特基勢(shì)壘高度(SBH: Schottky Barrier Height), 要小于肖特基電極4和SiC外延膜3接合部分之間的SBH。
若局部SBH變小，則通過針孔9電流變得易于流動(dòng)，在正向動(dòng)作 時(shí)產(chǎn)生過電流，而在反向動(dòng)作時(shí)反向漏電流會(huì)增大。這種性能低下的 制品是不能作為產(chǎn)品上市的，因而降低了合格率。
本發(fā)明的目的在于提供一種肖特基勢(shì)壘二極管，該肖特基勢(shì)壘二 極管能夠可靠地防止，由形成在肖特基電極上的針孔引起的正向通電 時(shí)的過電流以及反向漏電流的增加。
而且本發(fā)明的目的還在于，提供一種肖特基勢(shì)壘二極管的使用方 法，該肖特基勢(shì)壘二極管能夠可靠地防止，由形成在肖特基電極上的 針孔引起的正向通電時(shí)的過電流以及反向漏電流的增加。
本發(fā)明的肖特基勢(shì)壘二極管，是一種在從碳化硅單晶基片的表面 生長(zhǎng)的碳化硅外延膜的表面上，設(shè)置有肖特基電極，在肖特基電極的 上面，設(shè)置有用于與外部進(jìn)行電連接的焊線電極的肖特基勢(shì)壘二極管，其特征在于，在肖特基電極與焊線電極之間，設(shè)置有中間金屬膜，該 中間金屬膜和碳化硅外延膜之間的肖特基勢(shì)壘高度，大于等于肖特基 電極和碳化硅外延膜之間的肖特基勢(shì)壘高度。
本發(fā)明的肖特基勢(shì)壘二極管的特征在于，所述焊線電極和碳化硅 外延膜之間的肖特基勢(shì)壘高度，小于所述肖特基電極和碳化硅外延膜 之間的肖特基勢(shì)壘高度。
本發(fā)明的肖特基勢(shì)壘二極管的使用方法的特征在于，利用上述肖 特基勢(shì)壘二極管進(jìn)行正向以及反向的開關(guān)動(dòng)作，由所述中間金屬膜， 防止通過肖特基電極的針孔進(jìn)行正向通電時(shí)的過電流。
本發(fā)明的肖特基勢(shì)壘二極管的使用方法的特征在于，利用上述肖 特基勢(shì)壘二極管進(jìn)行正向以及反向的開關(guān)動(dòng)作，由所述中間金屬膜， 抑制通過肖特基電極針孔的反向漏電流。
本發(fā)明的肖特基二極管能夠可靠地防止，在肖特基電極上形成的 針孔引起的正向通電時(shí)的過電流以及反向漏電流的增加。因此，在批 量生產(chǎn)時(shí)能夠提高合格率。
根據(jù)本發(fā)明的肖特基二極管的使用方法，能夠可靠地防止在肖特 基電極上形成的針孔引起的正向通電時(shí)的過電流、以及反向漏電流的 增力口。


圖1為表示本發(fā)明的肖特基勢(shì)壘二極管實(shí)施例的剖面圖。圖2為表示在本發(fā)明的肖特基勢(shì)壘二極管中，在肖特基電極 形成針孔時(shí)的局部放大剖面圖。[圖3]圖3為表示現(xiàn)有的肖特基勢(shì)壘二極管的剖面圖。圖4為表示在現(xiàn)有的肖特基勢(shì)壘二極管中，在肖特基電極形 成針孔時(shí)的局部放大剖面圖。
具體實(shí)施例方式
下面參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明。圖1為表示本發(fā)明的肖特基勢(shì) 壘二極管實(shí)施例的剖面圖。該肖特基勢(shì)壘二極管1,在n型SiC單晶基 片2的表面上，設(shè)置有n型SiC外延膜3。
在SiC外延膜3的表面上，設(shè)置有以鉬為材料的肖特基電極4。另 一方面，在其相反一側(cè)的SiC單晶基片2的表面上，設(shè)置有以鎳為材 料的歐姆電極7。在肖特基電極4的上面一側(cè)，設(shè)置有以鋁為材料的焊 線電極6。
本實(shí)施例在肖特基電極4和焊線電極6之間，設(shè)置有以鎳為材料 的中間金屬膜5。如圖2的放大圖所示，在制造SiC肖特基勢(shì)壘二極管 的過程中，在肖特基電極4上有時(shí)會(huì)形成針孔9，在這種情況下，通過 針孔9，在中間金屬膜5和SiC外延膜3之間就會(huì)形成局部的肖特基接 合。
作為中間金屬膜5的材料即鎳，與SiC外延膜3的接合部分上的 SBH，要大于以鉬為材料的肖特基電極4和SiC外延膜3接合部分的 SBH。
因此，可充分抑制通過針孔9的電流，在防止正向動(dòng)作時(shí)通過針 孔9的過電流的同時(shí)，也充分抑制反向動(dòng)作時(shí)通過針孔9的反向漏電
、、云在本實(shí)施例中，SiC單晶基片2為，摻雜了作為雜質(zhì)的5xl018cm_3 的氮的4H-SiC單晶基片。
SiC外延膜3為，通過CVD從SiC單晶基片2表面生長(zhǎng)的膜厚度 為30pm的4H-SiC單晶。
符號(hào)8是在肖特基電極4的邊緣部分形成的離子注入層(JTE: Junction Termination Extension),其通過注入鋁離子之后再進(jìn)行熱處理 而形成的。該離子注入層8:為，用于緩和在肖特基電極4邊緣部分的 電場(chǎng)集中并提高耐電壓性。
肖特基電極4，膜厚度為100nm，是通過濺射法堆積鉬之后，再進(jìn) ^f亍熱處理而形成的。
中間金屬膜5，膜厚度為50nm，是堆積鉬之后實(shí)施熱處理，其后 通過賊射法堆積鎳而形成的。
焊線電極6，膜厚度為2pm，是通過電子束蒸鍍而形成的。
歐姆電極7，膜厚度為350nm，是通過電子束蒸鍍而堆積鎳之后， 再進(jìn)^f于熱處理而形成的。
以上雖然記載了本發(fā)明的實(shí)施例，但本發(fā)明并不^f又限于該實(shí)施例， 在不離開其要點(diǎn)的范圍內(nèi)，可進(jìn)行各種變形、變更。下面就對(duì)其中的
一個(gè)例子進(jìn)行說(shuō)明。
本發(fā)明在肖特基電極和焊線電極之間，設(shè)置有中間金屬膜，該中 間金屬膜和SiC外延膜的SBH,大于等于肖特基電極和碳化硅外延膜 之間的SBH。通常，由于金屬與n型半導(dǎo)體接觸而產(chǎn)生的SBH,通過公式 qOn-q((Dm-力來(lái)表示。其中，qOn為，使金屬與n型半導(dǎo)體接觸時(shí)的 SBH, (Dm為金屬的功函數(shù)，x為n型半導(dǎo)體的電子親和力。
因而，在SiC外延膜為n型的情況下，中間金屬膜的金屬材料優(yōu) 選為，采用與肖特基電極金屬材料的功函數(shù)相近的材料，或者大于其 功函數(shù)的材料。
另一方面，由于金屬與p型半導(dǎo)體的接觸而產(chǎn)生的SBH，通過公 式qOp二Eg-q((Dm-力來(lái)表示。其中，qOp為，使金屬與p型半導(dǎo)體接觸 時(shí)的SBH, Om為金屬的功函數(shù)，x為P型半導(dǎo)體的電子親和力，Eg 為p型半導(dǎo)體的帶隙。
因而，在SiC外延膜為p型的情況下，中間金屬膜的金屬材料優(yōu) 選為，采用與肖特基電極金屬材料的功函數(shù)相近的材料，或者小于其 功函數(shù)的材料。
可是，由于通過堆積金屬膜之后的熱處理會(huì)形成與SiC的合金， 從而使SBH的大小產(chǎn)生變化，因而，中間金屬膜和肖特基電極金屬材 料的功函數(shù)的大小，并不一定被上述內(nèi)容限制。
以下舉例說(shuō)明SiC外延膜為n型情況下，用于肖特基電極、中間 金屬膜以及焊線電極的金屬材料的優(yōu)選組合。
〈具體例1 〉
肖特基電極Ti (功函數(shù)4.33eV) 中間金屬膜Ni(功函數(shù)5.15eV)焊線電極Al (功函數(shù)4.28eV)
〈具體例2 〉
肖特基電極W (功函數(shù)4.55eV) 中間金屬膜Ni (功函數(shù)5.15eV) 焊線電極Al (功函數(shù)4.28eV) 〈具體例3〉
肖特基電極Ti (功函數(shù)4.33eV) 中間金屬膜Ni (功函數(shù)5.15eV) 焊線電極Mo (功函凄丈4.6eV) 〈具體例4〉
肖特基電極W(功函數(shù)4.55eV) 中間金屬膜Ni (功函數(shù)5.15eV) 焊線電極Mo (功函數(shù)4.6eV ) 〈具體例5 〉
肖特基電極W (功函數(shù)4.55eV ) 中間金屬膜Ni (功函數(shù)5.15eV) 焊線電極Ti (功函數(shù)4.33eV)
作為對(duì)肖特基電極以及中間金屬膜進(jìn)行堆積的方法，包括濺射法、 真空蒸鍍法、電子束蒸鍍法等。作為堆積焊線電極的方法，包括電鍍法、濺射法、真空蒸鍍法、 電子束蒸鍍法等。
在本發(fā)明中，作為SiC單晶基片，可采用例如通過改良瑞利法而
進(jìn)行塊狀生長(zhǎng)的基片、通過CVD法而進(jìn)行塊狀生長(zhǎng)的基片等。
SiC單晶基片可使用各種結(jié)晶類型的基片，其具體例包括4H-SiC (六方晶4次對(duì)稱型)、6H-SiC (六方晶6次對(duì)稱型)、3C (立方晶3 次對(duì)稱型)等。
對(duì)于進(jìn)行SiC單晶基片外延生長(zhǎng)的晶面、晶體取向沒有特別限定， 作為進(jìn)行SiC單晶基片外延生長(zhǎng)的晶面，例如包括(0001 )Si面、(000-1 ) C面、(11-20)面、(01-10)面、(03-38 )面等。
在(0001 ) Si面、(000-1 ) C面進(jìn)行外延生長(zhǎng)的情況下，例如，在 [Ol-lO]方向、[11-20]方向、或者
方向和[ll-20]方向的中間方向
的偏離取向上，優(yōu)選使用以1 12。的偏離角斜切的基片，通過臺(tái)階流 動(dòng)生長(zhǎng)技術(shù)從該晶面上使SiC外延生長(zhǎng)。在SiC單晶基片外延生長(zhǎng)一 側(cè)的表面上，利用研磨處理等使其平滑，根據(jù)需要通過氫蝕刻、化學(xué) 機(jī)械研磨(CMP: Chemical Mechanical Polishing )等進(jìn)行處理成鏡面狀 平滑。
通過CVD從該SiC單晶基片的平滑表面使SiC單晶膜進(jìn)行外延生 長(zhǎng)。采用丙烷等作為C的原:料氣體，采用硅烷等作為Si的原料氣體。 將這些原料氣體與氬氣等載氣和摻雜劑氣體的混合氣體，向SiC單晶 基片的表面輸送，并使SiC進(jìn)行外延生長(zhǎng)。因此，與SiC單晶基片為 相同結(jié)晶類型的SiC單晶進(jìn)行臺(tái)階流動(dòng)生長(zhǎng)，從而形成SiC外延膜。在本發(fā)明中，為了緩和肖特基電極的邊緣部分的電場(chǎng)集中，而能 應(yīng)用如上述實(shí)施例所述的離子注入層等、現(xiàn)有公知的各種方法以及構(gòu)
造。在上述的實(shí)施例中，離子注入層8中的鋁離子濃度，^:控制成其
濃度自中心向外部變低，鋁離子濃度在中心為2.2xl018cm-3、在外部為 3xl017cm-3。在注入了鋁離子之后，為了使鋁進(jìn)行電活性化，而例如在 1700。C實(shí)施熱處理。
雖然在上述的實(shí)施例中省略了圖示，但在肖特基勢(shì)壘二極管的SiC 外延膜表面等必要的部位上，形成有以保護(hù)元件等為目的的SiCb等氧化膜。
歐姆電極、肖特基電極、中間金屬膜以及焊線電極，能應(yīng)用使用 了抗蝕劑的光刻法而形成。作為利用了該光刻法的電極等的形成方法 包括， 一種通過加熱在SiC單晶基片或者SiC外延膜的表面上形成保 護(hù)氧化膜，然后在保護(hù)氧化膜的上面形成在規(guī)定位置構(gòu)成了開口部分 的抗蝕劑膜，其后，用氫氟酸緩沖液等去除上述開口部分的保護(hù)氧化 膜的方法?；蛘?，也可利用一種對(duì)規(guī)定的金屬膜進(jìn)行堆積，然后在形 成電極等的部分上再形成抗蝕劑膜，其后，通過蝕刻而去除沒有被抗 蝕劑膜覆蓋部分的金屬膜的方法。
利用上述的光刻法技術(shù)，在SiC單晶基片的背面上形成作為歐姆 電極的金屬膜，接著在氬氣、氮?dú)獾榷栊詺怏w的氣體中進(jìn)行熱處理(燒 結(jié)處理)，形成與SiC的合金，并作為歐姆電極。
形成了歐姆電極之后，同樣利用光刻法技術(shù)，在SiC外延膜的表 面上形成作為肖特基電極的金屬膜。接著，在其上面形成例如作為中 間金屬膜的金屬膜之后，在氬氣、氮?dú)獾榷栊詺怏w的氣體中進(jìn)行熱處理(燒結(jié)處理)，并形成肖特基電極。之后，利用上述的光刻法技術(shù)， 在中間金屬膜的上面形成作為焊線電極的金屬膜。
本發(fā)明的肖特基二極管，通過焊線電極，例如由鋁等引線接合、 焊錫連接、端子連接等與線路板等的外部電路進(jìn)行電連接。例如，在 端子上對(duì)焊線電極進(jìn)行引線接合，然后，在使端子的各端部分露出的 狀態(tài)下，通過在常用的封裝樹脂內(nèi)進(jìn)行封裝，從而得到樹脂封裝組件 的半導(dǎo)體器件。該半導(dǎo)體器件，也可以在相同的SiC單晶基片上形成
多個(gè)肖特基二極管或者肖特基二極管以外的元件構(gòu)造的半導(dǎo)體模塊。
本發(fā)明的肖特基二極管，能優(yōu)選應(yīng)用例如反向耐電壓為0.6 ~ 5.0kV 程度的肖特基二極管。
另外，本發(fā)明的肖特基二極管，并不限定于在肖特基電極上形成 針孔的肖特基二極管，通過批量生產(chǎn)設(shè)置有中間金屬膜的肖特基二極 管，從而提高了合格率。
權(quán)利要求
1、 一種肖特基勢(shì)壘二極管，該肖特基勢(shì)壘二極管在從碳化硅單晶 基片表面生長(zhǎng)的碳化硅外延膜的表面上，設(shè)置有肖特基電極，而在肖 特基電極的上面，設(shè)置有用于與外部進(jìn)行電連接的焊線電極，其特征 在于，在肖特基電極與焊線電極之間，設(shè)置有中間金屬膜，該中間金屬 膜和碳化硅外延膜之間的肖特基勢(shì)壘高度，大于等于肖特基電極和碳 化硅外延膜之間的肖特基勢(shì)壘高度。
2、 如權(quán)利要求1所述的肖特基勢(shì)壘二極管，其特征在于，所述焊 線電極和碳化硅外延膜之間的肖特基勢(shì)壘高度，小于所述肖特基電極 和碳化硅外延膜之間的肖特基勢(shì)壘高度。
3、 一種肖特基勢(shì)壘二極管的使用方法，其特征在于，使用權(quán)利要 求1或2所述的肖特基勢(shì)壘二極管，進(jìn)行正向以及反向的開關(guān)動(dòng)作， 由所述中間金屬膜，防止通過肖特基電極的針孔進(jìn)行正向通電時(shí)的過 電流。
4、 一種肖特基勢(shì)壘二極管的使用方法，其特征在于，使用權(quán)利要 求1或2所述的肖特基勢(shì)壘二極管，進(jìn)行正向以及反向的開關(guān)動(dòng)作， 由所述中間金屬膜，抑制通過肖特基電極針孔的反向漏電流。
全文摘要
在肖特基電極和焊線電極之間，設(shè)置有中間金屬膜，該中間金屬膜和碳化硅外延膜之間的肖特基勢(shì)壘高度，大于等于肖特基電極和碳化硅外延膜之間的肖特基勢(shì)壘高度。因此，焊線電極和碳化硅外延膜之間的肖特基勢(shì)壘高度，即使小于肖特基電極和碳化硅外延膜之間的肖特基勢(shì)壘高度時(shí)，也可抑制通過針孔的電流。
文檔編號(hào)H01L29/872GK101313407SQ20068004386
公開日2008年11月26日 申請(qǐng)日期2006年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月25日
發(fā)明者三柳俊之, 中村智宣, 土田秀一 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人電力中央研究所