(57)【要約】【課題】不純物高濃度層２と不純物低濃度層４が積層されており、不純物低濃度層４内に欠陥６ａ，６ｂ等が形成されている半導体基板５から、リーク電流が流れにくいショットキーダイオード１５を製造する。【解決手段】  不純物低濃度層４に欠陥６ａ，６ｂが存在する部位にのみ、絶縁層８ａ，８ｂを形成し、その上にショットキー電極１２を形成する。欠陥６ａ，６ｂを除去しないことから簡単な製造工程を採用できる。絶縁層８ａ，８ｂで絶縁することから、欠陥６ａ，６ｂがあってもリーク電流が流れない。特性のすぐれたショットキーダイオード１５を安価に製造することが可能となる。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
不純物高濃度層と不純物低濃度層が積層されている半導体基板と、半導体基板の不純物高濃度層側の表面に形成されているオーミック電極と、半導体基板の不純物低濃度層側の表面に形成されているショットキー電極を備えているショットキーダイオードであり、
不純物低濃度層の欠陥存在部位を選択して、不純物低濃度層とショットキー電極の間に両者を絶縁する絶縁層が形成されていることを特徴とするショットキーダイオード。
【請求項２】
不純物高濃度層と不純物低濃度層が積層されている半導体基板と、半導体基板の不純物高濃度層側の表面に形成されているオーミック電極と、半導体基板の不純物低濃度層側の表面に形成されているショットキー電極を備えているショットキーダイオードの製造方法であり、
ショットキー電極形成前の半導体基板を検査して不純物低濃度層に欠陥が存在する部位を特定する工程と、
その工程で特定された部位を選択して半導体基板の不純物低濃度層側の表面に絶縁層を形成する工程と、
選択した部位に絶縁層が形成されている半導体基板の不純物低濃度層側の表面にショットキー電極を形成する工程と、
半導体基板の不純物高濃度層側の表面にオーミック電極を形成する工程を備えてい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３】
不純物高濃度層と不純物低濃度層が積層されている半導体基板を露光する装置であり、
不純物低濃度層に欠陥が存在する部位を特定するデータを記憶する記憶装置と、
半導体基板の不純物低濃度層側の表面のうちの前記記憶装置に記憶されている部位を選択してエネルギービームを照射する照射装置を備えていることを特徴とする露光装置。
【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に関する。すなわち、不純物高濃度層と不純物低濃度層が積層されている半導体基板と、半導体基板の不純物高濃度層側の表面に形成されているオーミック電極と、半導体基板の不純物低濃度層側の表面に形成されているショットキー電極を備えているショットキーダイオードに関する。
【０００２】
本発明は、ショットキーダイオードの製造方法と、その製造方法に適している製造装置にも関する。
【背景技術】
【０００３】
不純物高濃度層と不純物低濃度層が積層されている半導体基板の表裏両面に電極を形成すると、半導体基板の不純物高濃度層側の表面に形成されている電極がオーミック電極となり、半導体基板の不純物低濃度層側の表面に形成されている電極がショットキー電極となってショットキーダイオードを実現できることが知られている。
【０００４】
ダイオードには、逆方向電圧が印加されたときに高い絶縁性能を維持することが求められる。不純物低濃度層には各種の欠陥が形成されやすい。多数の欠陥を含む不純物低濃度層を用いてショットキーダイオードを形成すると、逆方向電圧が印加されたときに大きなリーク電流が流れてしまう。
【０００５】
特許文献１に、不純物高濃度層と不純物低濃度層が積層されている半導体基板を利用してダイオードを形成する技術が開示されている。特許文献２に、不純物高濃度層と不純物低濃度層が積層されている半導体基板を利用してＭＯＳＦＥＴを形成する技術が開示されている。
【０００６】
特許文献１の技術では、不純物低濃度層に存在するマイクロパイプと呼ばれる欠陥によってダイオード特性が悪化することを避けるために、マイクロパイプに絶縁物質を充填する。
【０００７】
特許文献２の技術では、コメットテイルと呼ばれる欠陥が存在する部位の不純物低濃度層をエッチングして除去し、エッチングして形成した孔に絶縁物質を充填する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−７７０２４号公報
【特許文献２】特開平１０−１２０４９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１の技術は、不純物低濃度層に存在する欠陥に絶縁物質を充填することによって欠陥の影響を除去する技術であるために、絶縁物質を充填できる欠陥以外には対応することができない。欠陥の中には、異物が取り込まれているパーティクルと呼ばれる欠陥や、結晶格子の乱れに起因するコメットテイルと呼ばれる欠陥が存在する。これらに欠陥には絶縁物質を充填することができない。
【００１０】
特許文献２の技術では、欠陥を除去する工程を必要とする。この工程が除去できれば、製造工程を簡単化できる。
【００１１】
本発明では、欠陥の種類に限定されず、しかも、少ない工程数で欠陥による悪影響を防止できる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、不純物高濃度層と不純物低濃度層が積層されている半導体基板と、半導体基板の不純物高濃度層側の表面に形成されているオーミック電極と、半導体基板の不純物低濃度層側の表面に形成されているショットキー電極を備えているショットキーダイオードに関する。
【００１３】
本発明のショットキーダイオードは、不純物低濃度層の欠陥存在部位を選択して、不純物低濃度層とショットキー電極の間に両者を絶縁する絶縁層が形成されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明のショットキーダイオードは、ダイオード特性を悪化させる欠陥を電極から絶縁するので、欠陥が存在していてもダイオード特性が悪化しない。欠陥の種類の関わらず、欠陥がダイオード特性を悪化させることを防止できる。半導体基板に欠陥が存在していても、欠陥種類に限定されることなく、リーク電流が流れにくいダイオードを実現することができる。
【００１５】
本発明のショットキーダイオードは、欠陥を除去しないで製造することができる。製造工程を簡単化することができる。
【００１６】
本発明は、ショットキーダイオードの製造方法をも提供する。その製造方法は、ショットキー電極形成前の半導体基板を検査して不純物低濃度層に欠陥が存在する部位を特定する工程と、その工程で特定された部位を選択して半導体基板の不純物低濃度層側の表面に絶縁層を形成する工程と、選択した部位に絶縁層が形成されている半導体基板の不純物低濃度層側の表面にショットキー電極を形成する工程と、半導体基板の不純物高濃度層側の表面にオーミック電極を形成する工程を備えている。
【００１７】
欠陥存在部位の特定工程と絶縁層の局所的形成工程とショットキー電極の形成工程は、その順序に限定されるが、オーミック電極の形成工程の実施順序は特に限定されない。
【００１８】
本発明は、上記の製造方法に適した露光装置をも提供する。その露光装置は、不純物高濃度層と不純物低濃度層が積層されている半導体基板を露光する装置であり、不純物低濃度層に欠陥が存在する部位を特定するデータを記憶する記憶装置と、半導体基板の不純物低濃度層側の表面のうちの記憶装置に記憶されている部位を選択してエネルギービームを照射する照射装置を備えている。
【００１９】
ここでいうエネルビームは、半導体基板の表面を被覆してその後の加工から半導体基板の表面を保護するレジスト層を改質するものをいう。レジスト層を改質して除去しやすくするものと、レジスト層を改質して除去しづらくするものがある。ホトレジストに対しては光ビームが相当する。
【００２０】
上記の露光装置によると、不純物低濃度層に欠陥が存在する部位を選択して不純物低濃度層の表面に絶縁層を形成する工程を簡単に実施できる。
【００２１】
例えば、不純物低濃度層の表面に一様に絶縁層を形成し、その後に改質前のレジスト層を一様に形成する。この状態で、欠陥存在部位にレジスト層を除去しづらく改質するエネルギービームを照射してからレジスト層を除去すれば、欠陥存在部位のみがレジスト層で被覆された状態を得ることができる。この状態で絶縁層をエッチングすれば、欠陥が存在する部位を選択して不純物低濃度層の表面に絶縁層を形成した結果を得ることができる。あるいは、不純物低濃度層の表面に、絶縁層と改質前のレジスト層を一様に形成する。この状態で、レジスト層を除去しやすく改質するエネルギービームを欠陥存在部位以外の範囲に照射してからレジスト層を除去すれば、欠陥存在部位のみがレジスト層で被覆された状態を得ることができる。この状態で絶縁層をエッチングすれば、欠陥が存在する部位を選択して不純物低濃度層の表面に絶縁層を形成した結果を得ることができる。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１のショットキーダイオードは、欠陥を介してリーク電流が流れることがない。しかも簡単な工程で製造することができる。製造しやすく、しかも特性に優れたショットキーダイオードを実現する。
【００２３】
請求項２の製造方法と請求項３の製造装置によると、特性に優れたショットキーダイオードを簡単に製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施例１のショットキーダイオードの製造過程の第１段階を示す。
【図２】実施例１のショットキーダイオードの製造過程の第２段階を示す。
【図３】実施例１のショットキーダイオードの製造過程の第３段階を示す。
【図４】実施例１のショットキーダイオードの製造過程の第４段階を示す。
【図５】実施例１のショットキーダイオードの要部断面図を示す。
【図６】実施例１のショットキーダイオードの断面図(図５よりも広い範囲)を示す。
【図７】実施例１の不純物低濃度層の表面を顕微鏡で観察した一例を示す。
【図８】実施例１のショットキーダイオードのリーク特性を示す。
【図９】実施例２のショットキーダイオードの製造過程の第１段階を示す。
【図１０】実施例２のショットキーダイオードの製造過程の第２段階を示す。
【図１１】実施例２のショットキーダイオードの製造過程の第３段階を示す。
【図１２】実施例２のショットキーダイオードの製造過程の第４段階を示す。
【図１３】実施例２のショットキーダイオードの製造過程の第５段階を示す。
【図１４】実施例２のショットキーダイオードの要部断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本明細書で開示される技術の特徴を以下に整理しておく。
（１）半導体基板は、炭化珪素（ＳｉＣ）で形成されており、Ｓｉ基板等に比して多くの欠陥を備えている。本発明は、欠陥の存在密度が高いＳｉＣ基板からショットキーダイオードを製造するのに特に適している。
（２）欠陥の存在部位を顕微鏡によって観察して特定する。
（３）欠陥の存在部位をリーク電流の大きさに基づいて特定する。
（４）欠陥自体をマスクに利用して欠陥存在部位を選択して絶縁層を形成する。この方式によると、製造設備が簡単化され、欠陥存在部位と絶縁層形成位置がずれない。
（５）不純物高濃度層にエピタキシャル成長して不純物低濃度層が積層されている半導体基板を形成する。本技術で欠陥の影響を除去できることから、欠陥の発生に留意しないでエピタキシャル成長条件を選択できる。
【実施例１】
【００２６】
本発明をＳｉＣ基板に適用した実施例１を図１〜図６を参照して説明する。ＳｉＣは、バンドギャップが広いことからオン抵抗の低いダイオードを提供することができると期待されている。しかしＳｉ基板に比して多くの欠陥を含んでおり、その欠陥によってリーク電流が流れやすいという問題を備えている。本発明によって欠陥の影響が除去できると、リーク電流が低くてオン抵抗も低いダイオードを提供できる。本発明は、ＳｉＣ基板を用いるダイオードに特に有用である。
【００２７】
図１は、ｎ型不純物を含むＳｉＣ基板２の上に、ｎ型不純物を低濃度に含むＳｉＣ層４をエピタキシャル成長して形成した半導体基板５を示す。以下では、後者の層を不純物低濃度層４といい、前者の基板を不純物高濃度層２（不純物低濃度層４に比して不純物濃度が濃い）という。
【００２８】
不純物高濃度層２は、１×１０１８ｃｍ−３の不純物濃度を持ち、その厚みは３５０μｍである。不純物低濃度層４は、５×１０１５ｃｍ−３の不純物濃度を持ち、その厚みは１５μｍである。
【００２９】
ＳｉＣで形成されている不純物低濃度層４は、Ｓｉ基板に比して多くの欠陥を持つことが避けられない。欠陥の種類は単一でなく、特許文献１に記載されているマイクロパイプや、特許文献２に記載されているコメットテイルや、ｐ型の不純物等の異物が高密度に集積しているパーティクル等の欠陥が存在する。
【００３０】
半導体基板５の不純物高濃度層２側の表面にオーミック電極を形成し、半導体基板５の不純物低濃度層４側の表面にショットキー電極を形成すれば、ショットキーダイオードを形成することができる。しかしながら欠陥に対策しないでショットキーダイオードを形成すると、不純物低濃度層４に存在する欠陥によってリーク電流が流れてしまう。欠陥がダイオードの特性を損ねてしまう。
【００３１】
図１の６ａは、不純物低濃度層４に含まれているパーティクルの１個を模式的に示している。図７は、半導体基板５の不純物低濃度層４側の表面を顕微鏡で観察したときに得られる画像の一例を示している。半導体基板５の不純物低濃度層４側の表面を顕微鏡で観察すると、パーティクル６ａの存在部位が特定される。
【００３２】
本実施例では、以下に説明する加工工程に先立って、半導体基板５の不純物低濃度層４側の表面を顕微鏡で観察し、パーティクルの存在位置を示すデータを記憶装置９に記憶しておく。図１と図６の例では、１個のパーティクル６ａのみが図示されているが、実際には複数個のパーティクルが存在するので、各々のパーティクルの存在位置を示すデータを記憶装置９に記憶する。この処理は、顕微鏡と画像解析装置によって自動化することができる。画像解析して欠陥存在部位を特定する技術によると、パーティクルに限られず、光学的に検出できる種類の欠陥の全部の存在部位を特定することができる。
【００３３】
半導体基板５上における欠陥存在部位を示すデータを記憶装置９に記憶したら、図２に示すように、不純物低濃度層４の表面に一様に絶縁層８を形成する。次に、絶縁層８の表面に一様に露光前のレジスト層１０を形成する。絶縁層８には、ＳｉＮ，ＳｉＯ２，またはＡｌ２Ｏ３を利用することができる。これらの材料をＣＶＤ法で不純物低濃度層４の表面に堆積することで絶縁層８が形成される。絶縁層８の厚みは１μｍ程度とする。露光前のレジスト層１０は、絶縁層８の表面にスピンコートとする。
【００３４】
次に、レジスト層１０に対して場所を選択して露光する。すなわち、記憶装置９に記憶されている部位のみを照射する。本実施例では、レーザー光を照射すると不溶化するレジスト層１０を利用しているので、記憶装置９に記憶されている部位にのみレーザー光１１を照射する。参照番号１３は、レーザー光の発生装置を示している。指示された位置にのみレーザー光を照射する装置には市販の装置を利用することができる。本実施例では、不純物低濃度層４に欠陥が存在する部位を特定するデータの記憶装置９と、記憶装置９に記憶されている部位を選択して不純物低濃度層４の表面にエネルギービームを照射する照射装置１３を備えている製造装置を利用することから、欠陥存在部位を選択して露光する作業を簡単に実施することができる。
【００３５】
部位を選択して照射するエネルギービームはレーザー光に限られない。電子ビームに反応するレジスト層１０を利用する場合には電子ビームを照射する。レジスト層１０を改質するエネルギービームを選択する。
【００３６】
欠陥存在部位を選択して露光してから現像すると、欠陥存在部位にのみレジスト層が残る。図３では、欠陥存在部位に残ったレジスト層１０ａを示している。次に、残ったレジスト層１０ａをマスクに利用して絶縁層８をエッチングする。すると、欠陥存在部位にのみレジスト層８が残る。図３では、欠陥存在部位に残った絶縁層８ａを示している。次に、欠陥存在部位に残ったレジスト層１０ａを除去する。この状態が図４に示されている。
【００３７】
次に、欠陥存在部位に絶縁層８ａが残っている状態の不純物低濃度層４の表面に金属を堆積することによってショットキー電極１２を形成する。５×１０１５ｃｍ−３程度の不純物濃度を持つＳｉＣ層４に、Ｎｉ，ＴｉまたはＭｏを堆積すると、ＳｉＣ層４と電極１２はショットキー接触する。ショットキー電極１２は、Ｎｉ，ＴｉまたはＭｏから選択される２種類以上の金属を積層したものであってもよい。
【００３８】
また、半導体基板５の不純物高濃度層２側の表面に金属を堆積することによってオーミック電極１４を形成する。５×１０１８ｃｍ−３程度の不純物濃度を持つＳｉＣ層２に、Ｎｉ，ＴｉまたはＡｕを堆積すると、ＳｉＣ層４と電極１４はオーミック接触する。オーミック電極１４は、Ｎｉ，ＴｉまたはＡｕから選択される２種類以上の金属を積層したものとすることができる。なお、オーミック電極１４の形成順序は特に限定されない。
【００３９】
図５は、一個の欠陥６ａを例示している。図６は、２個の欠陥６ａ，６ｂが存在している場合を示している。欠陥６ａの存在部位に絶縁層８ａが形成され、欠陥６ｂの存在部位に絶縁層８ｂが形成されている。
【００４０】
実施例１のショットキーダイオード１５によると、絶縁層８ａ，８ｂによって絶縁されるので、欠陥６ａ,６ｂによってリーク電流が流れることが防止される。図８では、横軸に逆方向電圧をとり、縦軸にリーク電流をとっており、グラフ１６は実施例１のショットキーダイオード１５の測定結果を図示している。グラフ１８は、絶縁層８ａ，８ｂを形成しない場合に得られるショットキーダイオードの測定結果を図示している。実施例１のショットキーダイオード１５によると、リーク電流を顕著に減少させることができる。
【００４１】
実施例１のショットキーダイオード１５は、図６に例示するように、欠陥６ａ，６ｂを除去せずに製造する。簡単な製造工程で製造することができる。
【００４２】
上記の技術では、光学的に観測して欠陥６ａ，６ｂ等の存在部位を特定する。これに代えて、リーク電流を検出してもよい。不純物低濃度層４の表面において部位を変えながらリーク電流を測定することによって欠陥の存在部位を特定してもよい。この方法によると、光学的には観測できないが電気的には欠陥となる部位をも検出することができる。
【００４３】
両者を組み合わせて欠陥存在部位を特定する手法もとりえる。微弱な電流が流れると発光する物質を不純物低濃度層４の表面に塗布しておけば、リーク電流が流れる部位を簡単に特定することが可能となる。
【実施例２】
【００４４】
実施例２では、欠陥６ａ自身をマスクにして、欠陥存在部位を選択して絶縁層８ａ等を形成する。欠陥存在部位を特定して記憶しておく必要がない。また部位を選択して露光する必要もない。
【００４５】
実施例２では、図１０に示すように、半導体基板５の不純物低濃度層４側の表面に一様に絶縁層８を形成する。絶縁層８は実施例１と同様なものである。次に、絶縁層８の表面に一様にレジスト膜２０を形成する。レジスト膜２０は、露光すると除去しやすい状態に変質するものを用いる。
【００４６】
次に、図１１に示すように、半導体基板５の不純物高濃度層２側の表面に、一様に紫外線２２を照射する。ＳｉＣで形成されている半導体基板５は、紫外線２２に対して透明である。また１μｍ程度の絶縁層８も紫外線２２に対して透明である。この結果、半導体基板５の不純物高濃度層２側の表面を照射した紫外線２２は、半導体基板５と絶縁層８を透過し、レジスト膜２０を露光する。紫外線２２に露光された範囲のレジスト膜２０は、現像すると除去される状態に変質する。
【００４７】
欠陥６ａ等が存在している部位では、紫外線２２が不純物低濃層４を透過しない。この結果、欠陥６ａ等が存在している部位では、レジスト膜２０が現像しても除去されない状態を維持する。
【００４８】
図１２は、紫外線照射後に現像した状態を示している。欠陥６ａ等が存在している部位にのみレジスト層が残っている。図１２では、欠陥存在部位に残ったレジスト層２０ａを示している。次に、残ったレジスト層２０ａをマスクに利用して絶縁層８をエッチングする。すると、欠陥存在部位にのみレジスト層８が残る。図１３では、欠陥存在部位に残った絶縁層８ａを示している。次に、欠陥存在部位に残ったレジスト層２０ａを除去する。その後に、ショットキー電極１２とオーミック電極１４を形成する。以上によって実施例２のショットキーダイオード２５が製造される。
【００４９】
上記実施例では、半導体基板にＳｉＣを用いた場合を説明した。ＳｉＣ基板は多くの欠陥を含むことから、本技術が特に有用である。しかしながら、本技術は、ＳｉＣ基板に限って有用なものではない。Ｓｉ基板やＧａＮ基板等にも欠陥が存在する。本技術は、それらの半導体基板からショットキーダイオードを形成する場合に有用である。
【００５０】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【００５１】
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００５２】
２：不純物高濃度層
４：不純物低濃度層
５：半導体基板
６：欠陥
８：絶縁層
１０，２０：レジスト層
１２：ショットキー電極
１４：オーミック電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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