(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に、エピタキシャル層と金属層とが形成され、前記エピタキシャル層内に、前記エピタキシャル層より不純物濃度が高く、かつ前記エピタキシャル層と同じ導電型の埋込み層が形成されているショットキバリアダイオードであって、前記埋込み層の不純物濃度の最高濃度が７〜９×１０１９ｃｍ−３の範囲であることを特徴とするショットキバリアダイオード。
【請求項２】
前記エピタキシャル層の表面近傍における前記埋込み層の不純物濃度が、１×１０１６ｃｍ−３程度である請求項１に記載のショットキバリアダイオード。
【請求項３】
前記埋込み層は、前記エピタキシャル層と前記半導体基板との界面の上下部分に形成され、前記最高濃度が７〜９×１０１９ｃｍ−３の範囲である部分は、前記埋込み層と前記半導体基板との界面部分に形成されている請求項１または２に記載のショットキバリアダイオード。
【請求項４】
半導体基板上の所定領域に固体蒸着源を用いて前記半導体基板と同じ導電型の不純物を蒸着し、前記半導体基板内の前記不純物の濃度が７〜９×１０１９ｃｍ−３の範囲となるように前記不純物をドライブ拡散し、前記半導体基板上にエピタキシャル層を形成した後、前記不純物をドライブ拡散し、前記エピタキシャル層内に埋め込み層を形成することを特徴とするショットキバリアダイオードの製造方法。
【請求項５】
前記ドライブ拡散により、前記エピタキシャル層の表面近傍における前記埋込み層の不純物濃度を１×１０１６ｃｍ−３程度にする請求項４に記載のショットキバリアダイオードの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エピタキシャル層内に高濃度の埋込み層が形成されているショットキバリアダイオード（以下、「ＳＢＤ」という。）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の高性能化に伴い、高速スイッチング素子、整流用素子等としＳＢＤが用いられている。ＳＢＤは、順方向電圧を低くすることができ、逆回復時間が短いという利点がある反面、逆方向リーク電流が高く、低耐圧であるとういう欠点があった。
【０００３】
このような欠点を克服するために、現在までに種々のＳＢＤが提案されている。図１に示しているのは、特開平１０−１１７０００号公報に提案されているＳＢＤの断面図である。Ｎ＋型の半導体基板１上に、低濃度のＮ−型のエピタキシャル層２が形成され、エピタキシャル層２の表面には、Ｐ＋型のガードリング層３が環状に形成されている。
【０００４】
エピタキシャル層２、ガードリング層３、及び絶縁層４上には、金属層５が形成されている。さらに、半導体基板１とエピタキシャル層２との境界の上下部分には、エピタキシャル層２より不純物濃度が高いＮ＋型の埋込み層６が形成されている。
【０００５】
このように、高濃度層である埋込み層６を形成することにより、エピタキシャル層２全体を薄くすることなく、順方向電圧を下げることができる。すなわち、耐圧が問題となるガードリング層３下部のエピタキシャル層２の厚さは一定厚確保した状態で、埋込み層６の形成されている動作層部分におけるエピタキシャル層２の厚さを薄くできるので、耐圧の低下を防止しつつ、順方向電圧を下げることができる。すなわち、エピタキシャル層の動作部分におけるシリーズ抵抗を下げることで、順方向電圧ＶＦを下げることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記のような従来のＳＢＤには、以下のような問題があった。不純物導入の拡散源として液体蒸着源、例えばＰＯＣｌ３を用いた場合には、不純物の表面濃度が１×１０２０ｃｍ−３を大きく超えてしまう。このようにエピタキシャル層成長時に、基板の不純物濃度が１×１０２０ｃｍ−３以上の高濃度となるとエピタキシャル層内及び表面に欠陥が生じ、デバイスの歩留まりが低下するという問題があった。特に、エピタキシャル層表面に欠陥が生じると、金属層形成の際にショットキ接合不良が発生し、順方向特性、逆方向特性に悪影響を与えることになる。
【０００７】
また、蒸着したＰＯＣｌ３にバラツキが大きくデバイスの歩留まりが低下する原因になっていた。さらに、埋込層の不純物濃度の勾配が大きいため、空乏層が広がらずに、耐圧が低下するという問題があった。
【０００８】
本発明は、前記のような従来の問題を解決するものであり、エピタキシャル層の欠陥を防止し、かつ高耐圧化を図ったＳＢＤ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明のショットキバリアダイオードは、半導体基板上に、エピタキシャル層と金属層とが形成され、前記エピタキシャル層内に、前記エピタキシャル層より不純物濃度が高く、かつ前記エピタキシャル層と同じ導電型の埋込み層が形成されているショットキバリアダイオードであって、前記埋込み層の不純物濃度の最高濃度が７〜９×１０１９ｃｍ−３の範囲であることを特徴とする。前記のようなショットキバリアダイオードによれば、エピタキシャル層のシリーズ抵抗を下げ、順方向電圧ＶＦを下げるという埋込み層の役割を果たしながら、エピタキシャル層を成長させる際に、エピタキシャル層の欠陥の発生を防止できる。
【００１０】
前記ショットキバリアダイオードにおいては、前記エピタキシャル層の表面近傍における前記埋込み層の不純物濃度が、１×１０１６ｃｍ−３程度であることが好ましい。前記のようなショットキバリアダイオードによれば、不純物濃度の勾配が緩やかになり、逆方向電圧の印加時に空乏層が広がり易くなり、耐圧が向上する。
【００１１】
また、前記埋込み層は、前記エピタキシャル層と前記半導体基板との界面の上下部分に形成され、前記最高濃度が７〜９×１０１９ｃｍ−３の範囲である部分は、前記埋込み層と前記半導体基板との界面部分に形成されていることが好ましい。
【００１２】
次に、本発明のショットキバリアダイオードの製造方法は、半導体基板上の所定領域に固体蒸着源を用いて前記半導体基板と同じ導電型の不純物を蒸着し、前記半導体基板内の前記不純物の濃度が７〜９×１０１９ｃｍ−３の範囲となるように前記不純物をドライブ拡散し、前記半導体基板上にエピタキシャル層を形成した後、前記不純物をドライブ拡散し、前記エピタキシャル層内に埋め込み層を形成することを特徴とする。
前記のようなショットキバリアダイオードの製造方法によれば、エピタキシャル層のシリーズ抵抗を下げ、順方向電圧ＶＦを下げるという埋込み層の役割を果たしながら、エピタキシャル層を成長させる際に、エピタキシャル層の欠陥の発生を防止できるショットキバリアダイオードを製造することができる。
【００１３】
また、半導体基板への不純物蒸着に、固体蒸着源を用いているので、不純物濃度のコントロールが可能であり、不純物の表面濃度が大きくなり過ぎることを防止でき、かつウエハ内における蒸着した不純物濃度のバラツキを小さくすることができデバイスの歩留まりを向上させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の一実施形態について説明する。本実施形態に係るＳＢＤの構成は、従来例で説明した図１と同様であるので、構成の詳細な説明は省略する。本実施形態に係るＳＢＤは、埋込み層６の不純物濃度の最高濃度を７〜９×１０１９ｃｍ−３の範囲とし、埋込み層６の上面側でエピタキシャル層表面近傍における不純物濃度を、１×１０１６ｃｍ−３程度としている。
【００１５】
また、埋込み層６は、エピタキシャル層２と半導体基板１との界面の上下部分に形成され、不純物濃度が最高濃度となる部分は、埋込み層６と半導体基板１との界面部分に形成されている。
【００１６】
以下、本発明の実施形態に係るＳＢＤについて、図２に示した工程図を参照しながら説明する。図２（ａ）に示したように、まずＮ＋型の半導体基板１上に熱酸化法等により形成したＳｉＯ２等の酸化膜のマスク７を形成する。
【００１７】
この状態の半導体基板１を、図３に示したように、炉芯管１２に入れ不活性ガス中で加熱して、固体蒸着板１１を用いて不純物８を半導体基板１（図３では、ウエハ１０として図示）上のマスク７の開口部に蒸着させる。炉芯管１２には例えば石英チューブを用い、不活性ガスには例えばＮ２を用いる。加熱温度は例えば９２５℃、加熱時間は例えば６０分である。
【００１８】
半導体基板１は、比抵抗３〜５ｍΩｃｍ程度（不純物濃度が２〜３×１０１９ｃｍ−３程度）で、厚さ４００μｍ程度である。拡散源として固体ソースを用いることにより、不純物濃度のコントロールが可能となり、後に説明する埋込み層６ａ表面の不純物濃度が大きくなり過ぎることを防止することができる。また、ウエハ内の蒸着した不純物のバラツキを、小さくすることができデバイスの歩留まりを向上させることができる。
【００１９】
次に、図２（ｂ）に示した工程では、ドライブ拡散を行い半導体基板１内に不純物を拡散させて埋込み層６ａを形成する。このときの不純物濃度は、７〜９×１０１９ｃｍ−３の範囲となるようする。
【００２０】
次に、図２（ｃ）に示したように、基板１上にエピタキシャル層２を形成する。エピタキシャル層２は、比抵抗１〜２Ωｃｍ程度（不純物濃度が２〜５×１０１５ｃｍ−３程度）で、厚さ４〜５μｍ程度である。このエピタキシャル層２の形成時には、埋込み層６ｂの不純物元素リンがエピタキシャル層２にせり上がる。
【００２１】
次に、図２（ｄ）に示した工程では、ドライブ拡散を行い埋込み層６の不純物を拡散させることにより、エピタキシャル層２表面の近傍（例えば表面から０．５〜１μｍ）における埋込み層６の濃度が、１×１０１６ｃｍ−３程度となるように調節する。
【００２２】
次に、図２では図示を省略しているが、エピタキシャル層２を形成後に、図１に示したような絶縁層３、Ｐ＋型のガードリング層３、及び金属層８を形成して、ＳＢＤを完成させる。ガードリング層３は、エピタキシャル２上に熱酸化法等によりＳｉＯ２等の酸化膜のマスクを形成した後、このマスクの開口部にボロン（Ｂ）等のＰ型不純物を用いて、例えば熱拡散法またはイオン注入法により形成する。
【００２３】
図１に示したように金属層８は、ショットキメタルであるＴｉ、Ｍｏ、Ｗ、又はＣｒ等の金属材料を用いて、ガードリング層３の一方の周縁に接触させて形成する。ガードリング層３を形成することにより、ショットキ接合の中央部に比べて耐圧が低下する傾向にあるショットキ接合の周辺部の耐圧を向上させることができる。
【００２４】
図４は、ＳＢＤの不純物濃度プロファイルを示した図であり、実線で示した曲線が実施例、破線で示した曲線が従来例を示している。縦軸は不純物濃度（ｃｍ−３）で、横軸は半導体層表面からの深さ（μｍ）を示している。横軸のＡ点は、埋込み層のエピタキシャル層近傍を示しており半導体表面から０．５〜１μｍ程度である。Ｂ点はエピタキシャル層と半導体基板との境界部であり、半導体層表面から４〜５μｍ程度である。
【００２５】
埋込み層の不純物濃度はＢ点で最高濃度を示し、この値は従来例では１×１０２０ｃｍ−３であるのに対して、本実施例では８×１０１９ｃｍ−３である。本実施例では従来例と比べて最高濃度を下げているので、エピタキシャル層が成長する際に、エピタキシャル層の欠陥の発生を防止できる。
【００２６】
本図では、不純物濃度の最高濃度が８×１０１９ｃｍ−３の例を示しているが、前記実施形態で示したように、不純物濃度の最高濃度は７〜９×１０１９ｃｍ−３の範囲であればよい。このような範囲としたのは、この範囲以下であるとエピタキシャルのシリーズ抵抗を下げ順方向電圧ＶＦを下げるという埋込み層の役割を果たすことができず、逆にこの範囲以上であるとエピタキシャル層が成長する際に、エピタキシャル層の欠陥発生の原因となるからである。
【００２７】
また、実線で示した本実施形態、破線で示した従来例共に、Ａ点における不純物濃度は１×１０１６ｃｍ−３であり、最高濃度は共にＢ点で示しており、本実施形態は従来例より最高濃度値が低い。すなわち、本実施形態では、従来例と比べる不純物濃度の勾配が緩やかになっている。このため、本実施形態では逆方向電圧の印加時に空乏層が広がり易くなり、耐圧が向上する。具体的には、従来例では空乏層の広がりは矢印ａで示したように、破線部分までであるのに対して、本実施形態では矢印ｂで示したように、空乏層は実線部分にまで広がる。
【００２８】
以下の表１に、埋込み層の不純物濃度の最高値を変化させた各サンプルの諸特性の評価を示す。
【００２９】
【表１】
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表１中の○印は、エピタキシャル層については欠陥が無いことを、順方向電圧ＶＦの特性については０．４Ｖ以下（順方向電流ＩＦ＝１Ａ）であることを、耐圧については３０Ｖ以上であることを、それぞれ示している。総合評価の○印は、各項目のいずれについても良好であることを示している。
【００３０】
各サンプルのエピタキシャル層の厚さは４〜５μｍとし、不純物濃度を１×１０１６ｃｍ−３程度とした。また、いずれのサンプルも、埋込み層のエピタキシャル層表面近傍（表面から深さ０．５〜０．１μｍ）の濃度は、１×１０１６程度である。
【００３１】
サンプル３〜５では、エピタキシャル層に欠陥がなく、ＶＦ特性、耐圧共に良好な結果を示した。なお、サンプル３〜５では、逆方向リーク電流ＩＲは１００μＡ程度（逆方向電圧ＶＲ＝２０Ｖ）であった。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、埋込み層の不純物濃度の最高濃度を７〜９×１０１９ｃｍ−３の範囲とすることにより、エピタキシャルのシリーズ抵抗を下げ順方向電圧ＶＦを下げるという埋込み層の役割を果たしながら、エピタキシャル層を成長させる際に、エピタキシャル層の欠陥の発生を防止できる。
【００３３】
また、前記埋込み層の上面側のエピタキシャル層近傍における埋込み層の不純物濃度を、１×１０１６ｃｍ−３程度とすることにより、不純物濃度の勾配が緩やかになり、逆方向電圧の印加時に空乏層が広がり易くなり、耐圧が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るＳＢＤの断面図
【図２】本発明の実施形態に係るＳＢＤの製造方法を示す工程図
【図３】本発明の実施形態に係るウエハへの不純物蒸着を示す図
【図４】本発明の実施形態に係る不純物濃度プロファイルを示す図
【符号の説明】
１  シリコン基板
２  エピタキシャル層
３  ガードリング層
４  絶縁層
５  金属層
６，６ａ，６ｂ  埋込み層
７  マスク
８  不純物
１０  ウエハ
１１  固体蒸着源
１２  炉芯管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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