(57)【要約】【課題】逆方向耐電圧の高いショットキーバリアダイオードおよび効率と歩留まりのよいショットキーバリアダイオードの製造方法を提供する。【解決手段】ショットキーバリアダイオード１は、半導体層２０と、開口部３０ｗを有する窒化ケイ素絶縁膜３０と、ショットキー電極４０ｓと、フィールドプレート電極４０ｆと、を含み、窒化ケイ素絶縁膜３０は半導体層側よりもフィールドプレート電極側の方で窒素原子濃度が高く、窒化ケイ素絶縁膜３０の開口部３０ｗの側面３０ｓは、開口部の中心から近い部分３０ｐが窒化ケイ素絶縁膜３０の半導体層側３０ｐに位置し、遠い部分３０ｑがフィールドプレート電極側３０ｑに位置し、近い部分３０ｐにおける窒化ケイ素絶縁膜３０の厚さより遠い部分３０ｑにおける窒化ケイ素絶縁膜３０の厚さが大きくなるように形成されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体層と、前記半導体層上に配置され開口部を有する窒化ケイ素絶縁膜と、前記開口部の内部で前記半導体層上に配置され前記半導体層にショットキー接触するショットキー電極と、前記ショットキー電極に接続するとともに前記窒化ケイ素絶縁膜の一部上に配置されたフィールドプレート電極と、を含み、
前記窒化ケイ素絶縁膜は、前記半導体層側よりも前記フィールドプレート電極側の方で窒素原子濃度が高く、
前記窒化ケイ素絶縁膜の前記開口部の側面は、前記開口部の中心から近い部分と遠い部分とを有し、前記近い部分が前記窒化ケイ素絶縁膜の前記半導体層側に位置し前記遠い部分が前記窒化ケイ素絶縁膜の前記フィールドプレート電極側に位置し、前記近い部分における前記窒化ケイ素絶縁膜の厚さより前記遠い部分における前記窒化ケイ素絶縁膜の厚さが大きくなるように形成されているショットキーバリアダイオード。
【請求項２】
前記窒化ケイ素絶縁膜の前記開口部の側面は、２以上の複数の階段状面および斜面の少なくとも１つの面を含む請求項１に記載のショットキーバリアダイオード。
【請求項３】
前記半導体層は、ＩＩＩ族窒化物半導体層である請求項１または請求項２に記載のショットキーバリアダイオード。
【請求項４】
半導体層を形成する工程と、
前記半導体層上に、前記半導体層側よりも前記半導体層側の反対側の方で窒素原子濃度が高い窒化ケイ素絶縁膜を形成する工程と、
前記窒化ケイ素絶縁膜に、前記窒化ケイ素絶縁膜の開口部の側面が、前記開口部の中心から近い部分と遠い部分とを有し、前記近い部分が前記窒化ケイ素絶縁膜の前記半導体層側に位置し前記遠い部分が前記窒化ケイ素絶縁膜の前記半導体層側の反対側に位置し、前記近い部分における前記窒化ケイ素絶縁膜の厚さより前記遠い部分における前記窒化ケイ素絶縁膜の厚さが大きくなるように、前記開口部を形成する工程と、
前記開口部の内部で前記半導体層上に前記半導体層にショットキー接触するショットキー電極を形成するとともに、前記窒化ケイ素絶縁膜の一部上に前記ショットキー電極に接続するフィールドプレート電極を形成する工程と、を含むショットキーバリアダイオードの製造方法。
【請求項５】
前記窒化ケイ素絶縁膜を形成する工程において、電子サイクロン共鳴スパッタ法により、原料窒素ガス流量を２以上の段階的または連続的に増大させながら前記窒化ケイ素絶縁膜を形成する請求項４に記載のショットキーバリアダイオードの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ショットキーバリアダイオードおよびその製造方法に関し、ショットキー電極およびフィールドプレート電極を含む逆方向耐電圧の高いショットキーバリアダイオード、およびかかるショットキーバリアダイオードを高い歩留まりで製造するショットキーバイアダイオードの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＩＩ族窒化物半導体の１種である窒化ガリウム（ＧａＮ）半導体は、ケイ素（Ｓｉ）に比べて約３倍の大きなバンドギャップエネルギー、約１０倍の高い絶縁破壊電界強度、さらに、大きな飽和電子速度などの様々な優れた特性を有している。このため、ＧａＮ半導体などのＩＩＩ族窒化物半導体は、従来の半導体材料では困難な高耐圧化と、低損失化すなわち低オン抵抗化と、の両立が期待できるため、電力用デバイス（パワーデバイス）への応用が期待されている。
【０００３】
たとえば、特開２００９−０７６８７４号公報（特許文献１）は、フィールドプレート構造により逆方向耐電圧を向上させる観点から、主表面を有する半導体層と、主表面上に形成され、開口部が形成されている窒化絶縁膜と、開口部の内部に、主表面に接触するように形成されたショットキー電極と、ショットキー電極に接続するとともに、窒化絶縁膜に重なるように形成されたフィールドプレート電極と、を備え、窒化絶縁膜中の水素濃度が３．８×１０22ｃｍ-3未満であるショットキーバリアダイオードを開示する。
【０００４】
また、特開２０１３−２５８２５１号公報（特許文献２）は、耐圧性能を一層向上させる観点から、ＩＩＩ−Ｖ系半導体と金属電極とのショットキー接触を含むショットキーバリアダイオードであって、半導体の表面に接し、半導体が露出するように開口が開けられた下層絶縁膜と、下層絶縁膜に接し、半導体および下層絶縁膜の開口の周縁部が露出するように拡大開口があけられた上層絶縁膜と、下層絶縁膜の開口から露出する半導体と下層絶縁膜および上層絶縁膜とに接して位置する金属電極を含むフィールドプレート電極と、を備え、下層絶縁膜は、拡大開口において上層絶縁膜側から開口の端に向かって厚みが薄くなるように傾斜しているショットキーバリアダイオードを開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−０７６８７４号公報
【特許文献２】特開２０１３−２５８２５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特開２００９−０７６８７４号公報（特許文献１）に開示されたショットキーバリアダイオードは、窒化絶縁膜へのレジストマスクの密着性を制御することによるサイドエッチングにより側面が傾斜している開口部を形成している。このため、レジストマスクの密着性の制御およびこれに伴うサイドエッチングの制御が容易でなく、開口部の側面の傾斜などがばらつくため、ショットキーバリアダイオードの歩留まりを高めることが難しいという問題点があった。
【０００７】
特開２０１３−２５８２５１号公報（特許文献２）に開示されたショットキーバリアダイオードは、下層絶縁膜および上層絶縁膜の種類の異なる２層の絶縁膜を形成することにより、開口部の側面の傾斜などのばらつきを低減することでき、ショットキーバリアダイオードの歩留まりを高めることが可能である。しかしながら、種類の異なる２層の絶縁膜を形成する必要があるため、製造効率が低下し、製造コストが増大するという問題点があった。
【０００８】
そこで、上記問題点を解決して、逆方向耐電圧の高いショットキーバリアダイオードおよびかかるショットキーバリアダイオードを効率よくかつ歩留まりよく製造するショットキーバリアダイオードの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のある態様にかかるショットキーバリアダイオードは、半導体層と、半導体層上に配置され開口部を有する窒化ケイ素絶縁膜と、開口部の内部で半導体層上に配置され半導体層にショットキー接触するショットキー電極と、ショットキー電極に接続するとともに窒化ケイ素絶縁膜の一部上に配置されたフィールドプレート電極と、を含む。ここで、窒化ケイ素絶縁膜は、半導体層側よりもフィールドプレート電極側の方で窒素原子濃度が高い。窒化ケイ素絶縁膜の開口部の側面は、開口部の中心から近い部分と遠い部分とを有し、近い部分が窒化ケイ素絶縁膜の半導体層側に位置し遠い部分が窒化ケイ素絶縁膜のフィールドプレート電極側に位置し、近い部分における窒化ケイ素絶縁膜の厚さより遠い部分における窒化ケイ素絶縁膜の厚さが大きくなるように形成されている。
【００１０】
本発明の別の態様にかかるショットキーバリアダイオードの製造方法は、半導体層を形成する工程と、半導体層上に、半導体層側よりも半導体層側の反対側の方で窒素原子濃度が高い窒化ケイ素絶縁膜を形成する工程と、窒化ケイ素絶縁膜に、窒化ケイ素絶縁膜の開口部の側面が、開口部の中心から近い部分と遠い部分とを有し、近い部分が窒化ケイ素絶縁膜の半導体層側に位置し遠い部分が窒化ケイ素絶縁膜の半導体層側の反対側に位置し、近い部分における窒化ケイ素絶縁膜の厚さより遠い部分における窒化ケイ素絶縁膜の厚さが大きくなるように、開口部を形成する工程と、開口部の内部で半導体層上に半導体層にショットキー接触するショットキー電極を形成するとともに、窒化ケイ素絶縁膜の一部上にショットキー電極に接続するフィールドプレート電極を形成する工程と、を含む。
【発明の効果】
【００１１】
上記態様によれば、、逆方向耐電圧の高いショットキーバリアダイオードおよびかかるショットキーバリアダイオードを効率よくかつ歩留まりよく製造するショットキーバリアダイオードの製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明のある態様にかかるショットキーバリアダイオードのある例を示す概略断面図である。
【図２】本発明のある態様にかかるショットキーバリアダイオードの別の例を示す概略断面図である。
【図３】本発明のある態様にかかるショットキーバリアダイオードのさらに別の例を示す概略断面図である。
【図４】本発明の別の態様にかかるショットキーバリアダイオードの製造方法のある例を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜本発明の実施形態の説明＞
本発明のある実施形態であるショットキーバリアダイオード１は、半導体層２０と、半導体層２０上に配置され開口部３０ｗを有する窒化ケイ素絶縁膜３０と、開口部３０ｗの内部で半導体層２０上に配置され半導体層２０にショットキー接触するショットキー電極４０ｓと、ショットキー電極４０ｓに接続するとともに窒化ケイ素絶縁膜３０の一部上に配置されたフィールドプレート電極４０ｆと、を含む。ここで、窒化ケイ素絶縁膜３０は、半導体層側３０ｐよりもフィールドプレート電極側３０ｑの方で窒素原子濃度が高い。窒化ケイ素絶縁膜３０の開口部３０ｗの側面３０ｓは、開口部３０ｗの中心から近い部分３０ｓｎと遠い部分３０ｓｆとを有し、近い部分３０ｓｎが窒化ケイ素絶縁膜３０の半導体層側３０ｐに位置し遠い部分３０ｓｆが窒化ケイ素絶縁膜３０のフィールドプレート電極側３０ｑに位置し、近い部分３０ｓｎにおける窒化ケイ素絶縁膜３０の厚さより遠い部分３０ｓｆにおける窒化ケイ素絶縁膜３０の厚さが大きくなるように形成されている。
【００１４】
本実施形態のショットキーバリアダイオード１は、ばらつきの小さいフィールドプレート構造を有しているため、逆方向耐電圧が高く、歩留まりも高い。
【００１５】
本実施形態のショットキーバリアダイオード１において、窒化ケイ素絶縁膜３０の開口部３０ｗの側面３０ｓは、２以上の複数の階段状面および斜面の少なくとも１つの面を含むことができる。これにより、逆方向耐電圧がより高く、歩留まりがより高いショットキーバリアダイオードとなる。
【００１６】
本実施形態のショットキーバリアダイオード１において、半導体層２０は、ＩＩＩ族窒化物半導体層とすることができる。これにより、逆方向耐電圧が極めて高いショットキーバリアダイオードとなる。
【００１７】
本発明の別の実施形態であるショットキーバリアダイオード１の製造方法は、半導体層２０を形成する工程と、半導体層２０上に、半導体層側３０ｐよりも半導体層側３０ｐの反対側の方で窒素原子濃度が高い窒化ケイ素絶縁膜３０を形成する工程と、窒化ケイ素絶縁膜３０に、窒化ケイ素絶縁膜３０の開口部３０ｗの側面３０ｓが、開口部３０ｗの中心から近い部分３０ｓｎと遠い部分３０ｓｆとを有し、近い部分３０ｓｎが窒化ケイ素絶縁膜３０の半導体層側３０ｐに位置し遠い部分３０ｓｆが窒化ケイ素絶縁膜３０の半導体層側３０ｐの反対側に位置し、近い部分３０ｓｎにおける窒化ケイ素絶縁膜３０の厚さより遠い部分３０ｓｆにおける窒化ケイ素絶縁膜３０の厚さが大きくなるように、開口部３０ｗを形成する工程と、開口部３０ｗの内部で半導体層２０上に半導体層２０にショットキー接触するショットキー電極４０ｓを形成するとともに、窒化ケイ素絶縁膜３０の一部上にショットキー電極４０ｓに接続するフィールドプレート電極４０ｆを形成する工程と、を含む。
【００１８】
本実施形態のショットキーバリアダイオード１の製造方法は、ばらつきの小さいフィールドプレート構造を形成できるため、逆方向耐電圧が高いショットキーバリアダイオード１が効率よくかつ歩留まりよく得られる。
【００１９】
本実施形態のショットキーバリアダイオード１の製造方法においては、窒化ケイ素絶縁膜３０を形成する工程において、電子サイクロン共鳴スパッタ法により、原料窒素ガス流量を２以上の段階的または連続的に増大させながら窒化ケイ素絶縁膜３０を形成することができる。これにより、ばらつきの小さいフィールドプレート構造を形成できるため、逆方向耐電圧が高いショットキーバリアダイオード１が効率よくかつ歩留まりよく得られる。
【００２０】
＜本発明の実施形態の詳細＞
［実施形態１：ショットキーバリアダイオード］
図１〜図３を参照して、本実施形態のショットキーバリアダイオード１は、半導体層２０と、半導体層２０上に配置され開口部３０ｗを有する窒化ケイ素絶縁膜３０と、開口部３０ｗの内部で半導体層２０上に配置され半導体層２０にショットキー接触するショットキー電極４０ｓと、ショットキー電極４０ｓに接続するとともに窒化ケイ素絶縁膜３０の一部上に配置されたフィールドプレート電極４０ｆと、を含む。このように、本実施形態のショットキーバリアダイオード１は、窒化ケイ素絶縁膜３０の開口部３０ｗの内部で半導体層２０にショットキー接触するショットキー電極４０ｓに接続するフィールドプレート電極４０ｆが窒化ケイ素絶縁膜３０の一部（開口部３０ｗおよびその近傍）上に配置されているフィールドプレート構造を有するため、逆方向耐電圧が高い。
【００２１】
ここで、窒化ケイ素絶縁膜３０は、半導体層側３０ｐよりもフィールドプレート電極側３０ｑの方で窒素原子濃度が高い。かかる窒化ケイ素絶縁膜３０は、特に制限がないが、逆方向耐電圧が高くばらつきの小さいフィールドプレート構造を形成する観点から、窒素原子濃度が互いに異なる２以上の層が半導体層側３０ｐからフィールドプレート電極側３０ｑに窒素原子濃度の低い層から窒素原子濃度のより高い層となるように配置されて構成されていることが好ましく、また、半導体層側３０ｐからフィールドプレート電極側３０ｑに窒素原子濃度が連続的に高くなるように構成されていることが好ましい。
【００２２】
たとえば、図１に示すショットキーバリアダイオード１の窒化ケイ素絶縁膜３０は、半導体層側３０ｐからフィールドプレート電極側３０ｑに順に配置された窒素原子濃度が低い第１層３０ａおよび第１層３０ａよりも窒素原子濃度が高い第２層３０ｂで構成されている。第２に示すショットキーバリアダイオード１の窒化ケイ素絶縁膜３０は、半導体層側３０ｐからフィールドプレート電極側３０ｑに順に配置された窒素原子濃度が低い第１層３０ａ、第１層３０ａよりも窒素原子濃度が高い第２層３０ｂおよび第２層３０ｂより窒素原子濃度が高い第３層３０ｃで構成されている。図３に示すショットキーバリアダイオード１の窒化ケイ素絶縁膜３０は、半導体層側３０ｐからフィールドプレート電極側３０ｑに窒素原子濃度が連続的に高くなるように構成されている。
【００２３】
ここで、窒化ケイ素絶縁膜中の窒素原子の濃度は、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）法などにより測定する。
【００２４】
このような窒化ケイ素絶縁膜３０は、半導体層側３０ｐよりもフィールドプレート電極側３０ｑの方で窒素原子濃度が高く、また、窒素原子濃度が高いほどエッチングされやすいため、エッチングにより半導体層側３０ｐよりもフィールドプレート電極側３０ｑの方に広がった（すなわち、半導体層側３０ｐよりフィールドプレート電極側３０ｑの方が主面に平行な面の面積が大きい）開口部３０ｗが形成される。
【００２５】
すなわち、窒化ケイ素絶縁膜３０の開口部３０ｗの側面３０ｓは、開口部３０ｗの中心から近い部分３０ｓｎと遠い部分３０ｓｆとを有し、近い部分３０ｓｎが窒化ケイ素絶縁膜３０の半導体層側３０ｐに位置し遠い部分３０ｓｆが窒化ケイ素絶縁膜３０のフィールドプレート電極側３０ｑに位置し、近い部分３０ｓｎにおける窒化ケイ素絶縁膜３０の厚さより遠い部分３０ｓｆにおける窒化ケイ素絶縁膜３０の厚さが大きくなるように形成されている。このようなフィールドプレート構造は、ショットキー電極４０ｓの端部における電界集中をよく緩和しかつエッチングの際の構造のばらつきが小さいため、逆方向耐電圧が高くかつ歩留まりも高い。
【００２６】
また、窒化ケイ素絶縁膜３０の開口部３０ｗの側面３０ｓは、特に制限はないが、逆方向耐電圧が高くばらつきの小さいフィールドプレート構造を形成する観点から、２以上の複数の階段状面および斜面の少なくとも１つの面を含むこと好ましい。
【００２７】
たとえば、図１に示すショットキーバリアダイオード１の窒化ケイ素絶縁膜３０の開口部３０ｗの側面３０ｓは、２段の階段状の面（２つのステップ面とそれらを繋ぐ１つのテラス面）を含む。図２に示すショットキーバリアダイオード１の窒化ケイ素絶縁膜３０の開口部３０ｗの側面３０ｓは、３段の階段状の面（３つのステップ面とそれらをつなぐ２つのテラス面）を含む。図３に示すショットキーバリアダイオード１の窒化ケイ素絶縁膜３０の開口部３０ｗの側面３０ｓは、斜面を含む。
【００２８】
また、半導体層２０は、特に制限はないが、ショットキーバリアダイオード１の逆方向耐電圧を高くする観点から、絶縁破壊電界強度が高いＩＩＩ族窒化物半導体層であることが好ましい。
【００２９】
また、ショットキー電極４０ｓおよびフィールドプレート電極４０ｆで構成される半導体層側電極４０は、半導体層２０とショットキー接触する電極であれば特に制限はないが、ＩＩＩ族窒化物半導体に対するバリアハイトを大きくする観点から、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、プラチナ（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）およびチタンタングステン（ＴｉＷ）からなる群から選ばれる少なくとも１つの金属を含むことが好ましく、たとえば、Ｎｉ電極、Ａｕ電極、Ｐｄ電極、Ｐｔ電極、Ｎｉ／Ａｕ電極、Ｎｉ／Ｗ／Ａｕ電極などが好ましい。
【００３０】
本実施形態のショットキーバリアダイオード１は、特に制限はないが、機械的強度を高くする観点から、基板１０を含むことができる。基板１０は、縦型構造のショットキーバリアダイオード１を構成する観点から、導電性基板であることが好ましく、たとえば、導電性ＩＩＩ族窒化物半導体基板、導電性ＩＩＩ族窒化物層を含む金属基板、導電性ＩＩＩ族窒化物層を含む導電性半導体基板などが好ましい。
【００３１】
本実施形態のショットキーバリアダイオード１は、基板１０として導電性基板を含む場合、縦型構造が高耐圧性および大電流密度が得られる観点から、基板１０上に基板側電極５０を含むことができる。基板側電極５０は、接触抵抗を小さくすることによりオン抵抗が低減できる観点から、基板１０とオーミック接触するオーミック電極であることが好ましく、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、プラチナ（Ｐｔ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、タングステン（Ｗ）およびチタンタングステン（ＴｉＷ）からなる群から選ばれる少なくとも１つの金属を含むことが好ましく、たとえば、Ｔｉ電極、Ａｌ電極、Ｔｉ／Ａｌ電極、Ａｌ／Ｍｏ／Ａｕ電極、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ電極、Ｔｉ／Ａｌ／Ｍｏ／Ａｕ電極などであることが好ましい。
【００３２】
［実施形態２：ショットキーバリアダイオードの製造方法］
図１〜図４を参照して、実施形態１のショットキーバリアダイオード１の製造方法は、半導体層２０を形成する工程Ｓ２０と、半導体層２０上に、半導体層側３０ｐよりも半導体層側３０ｐの反対側の方で窒素原子濃度が高い窒化ケイ素絶縁膜３０を形成する工程Ｓ３０と、窒化ケイ素絶縁膜３０に、窒化ケイ素絶縁膜３０の開口部３０ｗの側面３０ｓが、開口部の中心から近い部分３０ｓｎと遠い部分３０ｓｆとを有し、近い部分３０ｓｎが窒化ケイ素絶縁膜３０の半導体層側３０ｐに位置し遠い部分３０ｓｆが窒化ケイ素絶縁膜３０の半導体層側３０ｐの反対側に位置し、近い部分３０ｓｎにおける窒化ケイ素絶縁膜３０の厚さより遠い部分３０ｓｆにおける窒化ケイ素絶縁膜３０の厚さが大きくなるように、開口部３０ｗを形成する工程Ｓ５０と、開口部３０ｗの内部で半導体層２０上に半導体層２０にショットキー接触するショットキー電極４０ｓを形成するとともに、窒化ケイ素絶縁膜３０の一部上にショットキー電極４０ｓに接続するフィールドプレート電極４０ｆを形成する工程Ｓ６０と、を含む。
【００３３】
本実施形態のショットキーバリアダイオード１の製造方法は、ばらつきの小さいフィールドプレート構造を形成できるため、逆方向耐電圧が高いショットキーバリアダイオード１が効率よくかつ歩留まりよく得られる。
【００３４】
本実施形態のショットキーバリアダイオード１の製造方法は、特に制限はないが、効率的にかつ歩留まりよく製造する観点から、以下の工程を含むことが好ましい。
【００３５】
（基板を準備する工程）
図１〜図４を参照して、本実施形態のショットキーバリアダイオード１の製造方法は、基板１０を準備する工程Ｓ１０を含むことが好ましい。これにより、機械的強度の高いショットキーバリアダイオード１が得られる。
【００３６】
基板１０を準備する方法は、基板１０として導電性ＩＩＩ族窒化物半導体基板を準備する場合は、特に制限はないが、品質の高い導電性ＩＩＩ族窒化物半導体基板が得られる観点から、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長）法、ＭＢＥ（分子線気相成長）法、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長）法、昇華法などの気相法、フラックス法、高窒素圧溶液法などの液相法などが好ましい。
【００３７】
（半導体層を形成する工程）
図１〜図４を参照して、本実施形態のショットキーバリアダイオード１の製造方法は、基板１０上に半導体層２０を形成する工程Ｓ２０を含む。これにより、ショットキーバリアダイオード１が得られる。半導体層２０は、逆方向耐電圧を高くする観点から、ＩＩＩ族窒化物半導体層であることが好ましい。半導体層２０の形成方法は、ＩＩＩ族窒化物半導体層を形成する場合は、品質の高いＩＩＩ族窒化物半導体層を形成する観点から、ＭＯＶＰＥ法、ＭＢＥ法、ＨＶＰＥ法、昇華法などの気相法、フラックス法、高窒素圧溶液法などの液相法などが好ましい。
【００３８】
（窒化ケイ素絶縁膜を形成する工程）
図１〜図４を参照して、本実施形態のショットキーバリアダイオード１の製造方法は、半導体層２０上に、半導体層側３０ｐよりも半導体層側３０ｐの反対側の方で窒素原子濃度が高い窒化ケイ素絶縁膜３０を形成する工程Ｓ３０を含む。これにより、逆方向耐電圧が高くばらつきの小さいフィールドプレート構造を形成することができる。
【００３９】
半導体層側３０ｐよりも半導体層側３０ｐの反対側の方で窒素原子濃度が高い窒化ケイ素絶縁膜３０を形成する方法は、特に制限はないが、窒素原子濃度の調整が容易で高品質な膜を形成できる観点から、電子サイクロン共鳴スパッタ法が好ましい。
【００４０】
電子サイクロン共鳴（ＥＣＲ）スパッタ法とは、ＥＣＲにより発生させたプラズマ（ＥＣＲプラズマ）を利用し、そのプラズマの周囲に配置したターゲットに電圧を印加して、プラズマをターゲットに加速入射させることでスパッタリング現象を生ぜしめ、放出したターゲット粒子を近傍に設置した基板上に付着させることにより薄膜を形成する方法をいう。ＥＣＲプラズマは、真空容器内にガスを導入して、圧力を０．０１Ｐａから０．２Ｐａ程度に保持し、５０ｍＴから１００ｍＴ程度の磁界と１ＧＨｚから５ＧＨｚ程度のマイクロ波を印加することにより発生させることができる。一般のプラズマよりも１〜２桁低い圧力での放電が可能であり、１０〜３０ｅＶ程度の低エネルギーかつ高密度のイオン照射下で基板上に薄膜を形成できる。かかるイオン照射によって、低温かつ低損傷で緻密平滑な高品質薄膜を形成できる他、酸素ガスおよび窒素ガスの反応性を利用して、無加熱のままで酸化物および窒化物をそれぞれ形成できる。
【００４１】
ＥＣＲスパッタ法により半導体層２０上に窒化ケイ素絶縁膜３０を形成する方法は、ＥＣＲにより原料窒素ガス中に発生させた窒素プラズマを、固体ケイ素ターゲットに加速入射させることにより放出した窒化ケイ素粒子を半導体層２０上に付着させる方法である。
【００４２】
半導体層側３０ｐよりも半導体層側３０ｐの反対側の方で窒素原子濃度が高い窒化ケイ素絶縁膜３０を形成する工程は、特に制限はないが、効率よく品質のよい窒化ケイ素絶縁膜を形成する観点から、原料窒素ガス流量を２以上の段階的または連続的に増大させながら窒化ケイ素絶縁膜３０を形成することが好ましい。
【００４３】
たとえば、図１を参照して、原料窒素ガス流量を２段階で段階的に増大させることにより、半導体層側３０ｐからその反対側に配置された、窒素原子濃度が低い第１層３０ａと、第１層３０ａよりも窒素原子濃度が高い第２層３０ｂと、で構成される窒化ケイ素絶縁膜３０が得られる。図２を参照して、原料窒素ガス流量を３段階で段階的に増大させることにより、半導体層側３０ｐからその反対側に配置された、窒素原子濃度が低い第１層３０ａと、第１層３０ａよりも窒素原子濃度が高い第２層３０ｂと、第２層よりも窒素原子濃度が高い第３層３０ｃと、で構成される窒化ケイ素絶縁膜３０が得られる。図３を参照して、原料窒素ガス流量を連続的に増大させることにより、半導体層側３０ｐからその反対側にかけて厚さ方向に窒素原子濃度が連続的に高くなる窒化ケイ素絶縁膜３０が得られる。
【００４４】
（基板側電極を形成する工程）
図１〜図４を参照して、本実施形態のショットキーバリアダイオード１の製造方法は、基板１０が導電性基板である場合、基板１０上に基板側電極５０を形成する工程Ｓ４０を含むことが好ましい。これにより、縦型のショットキーバリアダイオード１を構成することができる。
【００４５】
基板側電極５０を形成する方法は、特に制限はなく、電子線（ＥＢ）蒸着法、抵抗加熱蒸着法、スパッタ法などが挙げられる。
【００４６】
（窒化ケイ素絶縁膜に開口部を形成する工程）
図１〜図４を参照して、本実施形態のショットキーバリアダイオード１の製造方法は、窒化ケイ素絶縁膜３０に開口部３０ｗを形成する工程Ｓ５０を含む。ここで、開口部３０ｗは、ショットキーバリアダイオード１の逆方向耐電圧を高くする観点から、窒化ケイ素絶縁膜３０の開口部３０ｗの側面３０ｓが開口部３０ｗの中心から近い部分３０ｓｎと遠い部分３０ｓｆとを有し、近い部分３０ｓｎが窒化ケイ素絶縁膜３０の半導体層側３０ｐに位置し、遠い部分３０ｓｎが窒化ケイ素絶縁膜３０の半導体層側３０ｐの反対側に位置し、近い部分３０ｓｎにおける窒化ケイ素絶縁膜３０の厚さより遠い部分３０ｓｆにおける窒化ケイ素絶縁膜３０の厚さが大きくなるように形成する。
【００４７】
窒化ケイ素絶縁膜３０に開口部３０ｗを形成する方法は、特に制限はないが、上記の所望の形態に開口部３０ｗを形成する観点から、フォトリソグラフィーにより窒化ケイ素絶縁膜３０上にレジストパターンを形成し、エッチングした後、レジストパターンを除去する方法が好ましい。エッチングは、特に制限はないが、上記の所望の形態に開口部３０ｗを形成する観点から、フッ化水素酸、バッファードフッ酸などによるウェットエッチングが好ましい。
【００４８】
たとえば、図１を参照して、窒素原子濃度が低い第１層３０ａと、第１層３０ａよりも窒素原子濃度が高い第２層３０ｂと、で構成される窒化ケイ素絶縁膜３０をウェットエッチングすると、第１層３０ａに比べて第２層３０ｂはエッチング速度が高いため、第１層３０ａの開口部より第２層３０ｂの開口部が広くなり、窒化ケイ素絶縁膜３０の開口部３０ｗの側面３０ｓは、２段の階段状の面（２つのステップ面とそれらを繋ぐ１つのテラス面）を含む。
【００４９】
図２を参照して、窒素原子濃度が低い第１層３０ａと、第１層３０ａよりも窒素原子濃度が高い第２層３０ｂと、第２層よりも窒素原子濃度が高い第３層３０ｃと、で構成される窒化ケイ素絶縁膜３０をウェットエッチングすると、第１層３０ａに比べて第２層３０ｂはエッチング速度が高く、第２層３０ｂに比べて第３層３０ｃはエッチング速度が高いため、第１層３０ａの開口部より第２層３０ｂの開口部が広くまた第２層３０ｂの開口部より第３層３０ｃの開口部が広くなり、窒化ケイ素絶縁膜３０の開口部３０ｗの側面３０ｓは、３段の階段状の面（３つのステップ面とそれらをつなぐ２つのテラス面）を含む。
【００５０】
図３を参照して、半導体層側３０ｐからその反対側にかけて厚さ方向に窒素原子濃度が連続的に高くなる窒化ケイ素絶縁膜３０をウェットエッチングすると、窒化ケイ素絶縁膜３０の半導体層側３０ｐに比べて半導体層側３０ｐの反対側のエッチング速度が高いため、窒化ケイ素絶縁膜３０の半導体層側３０ｐの開口部より半導体層側３０ｐの反対側の開口部が広くなり、窒化ケイ素絶縁膜３０の開口部３０ｗの側面３０ｓは、斜面を含む。
【００５１】
（ショットキー電極およびフィールドプレート電極を形成する工程）
図１〜図４を参照して、本実施形態のショットキーバリアダイオード１の製造方法は、ショットキー電極４０ｓおよびフィールドプレート電極４０ｆを形成する工程Ｓ６０、詳細には、窒化ケイ素絶縁膜３０の開口部３０ｗの内部で半導体層２０上に半導体層２０にショットキー接触するショットキー電極４０ｓを形成するとともに、窒化ケイ素絶縁膜３０の一部上にショットキー電極４０ｓに接続するフィールドプレート電極４０ｆを形成する工程Ｓ６０を含む。かかる工程により、逆方向耐電圧の高いショットキーバリアダイオード１が得られる。
【００５２】
ショットキー電極４０ｓおよびフィールドプレート電極４０ｆを形成する方法としては、特に制限はないが、効率よく品質の高い電極を形成する観点から、フォトリソグラフィーにより窒化ケイ素絶縁膜３０の開口部３０ｗおよびその近傍上に開口部を有するレジストパターンを形成し、レジストパターンの開口部内の半導体層２０上および窒化ケイ素絶縁膜３０上に、ＥＢ蒸着法、抵抗加熱蒸着法、スパッタ法などにより、半導体層側電極４０を形成した後、レジストパターンをリフトオフするリフトオフ方法が挙げられる。
【００５３】
また、同じ観点から、窒化ケイ素絶縁膜３０の開口部３０ｗを含む主面全体に、ＥＢ蒸着法、抵抗加熱蒸着法、スパッタ法などにより半導体層側電極４０を形成し、開口部３０ｗおよびその近傍のショットキー電極４０ｓおよびフィールドプレート電極４０ｆを形成する領域を保護するレジストパターンを形成した後、保護した領域以外の半導体層側電極をウェットエッチングにより除去し、さらにレジストを除去するエッチング法が挙げられる。
【００５４】
このようにして、窒化ケイ素絶縁膜３０の開口部３０ｗの内部で半導体層２０上に半導体層２０にショットキー接触するショットキー電極４０ｓが形成され、窒化ケイ素絶縁膜３０の開口部３０ｗの側面３０ｓおよびその近傍上にフィールドプレート電極４０ｆとが形成される。ここで、半導体層側電極４０は、上記のショットキー電極４０ｓおよびそれに接続する上記のフィールドプレート電極４０ｆで構成される。
【実施例】
【００５５】
（実施例１）
１．基板の準備
図１および図４を参照して、基板１０として、ＨＶＰＥ法により作製した直径が５０ｍｍで厚さが４００μｍでキャリア濃度が１×１０18ｃｍ-3のｎ型ＧａＮ自立基板を準備した。
【００５６】
２．半導体層の形成
次に、上記の基板１０上に、ＭＯＶＰＥ法により、半導体層２０として、厚さが５μｍでキャリア濃度が１×１０16ｃｍ-3のｎ型ＧａＮ層を形成した。
【００５７】
３．窒化ケイ素絶縁膜の形成
次に、上記の半導体層２０上に、ＥＣＲスパッタ法により、厚さが５００ｎｍの窒化ケイ素絶縁膜３０を形成した。窒化ケイ素絶縁膜３０の形成の際、原料窒素ガスの流量を、最初は１０ｓｃｃｍとし、次に５０ｓｃｃｍとした。こうして、厚さが２５０ｎｍで窒素原子濃度が１０原子％である第１層３０ａと、厚さが２５０ｎｍで窒素原子濃度が５０原子％である第２層３０ｂと、で構成される窒化ケイ素絶縁膜３０が得られた。ここで、窒化ケイ素絶縁膜３０中の窒素原子濃度は、ＳＩＭＳ（２次イオン質量分析）法により測定した。
【００５８】
４．基板側電極の形成
次に、上記の基板１０上に、ＥＢ蒸着法により、基板側電極５０として、厚さが１０ｎｍのＴｉ層と厚さが２００ｎｍのＡｌ層とで構成されるオーミック電極を形成した。
【００５９】
５．窒化ケイ素絶縁膜に開口部を形成する工程
次に、フォトリソグラフィーにより窒化ケイ素絶縁膜３０上にレジストパターンを形成し、バッファードフッ酸（ダイキン社製ＢＨＦ１１０）によりエッチングした後、レジストパターンを除去することにより、窒化ケイ素絶縁膜３０の開口部３０ｗを形成した。得られた開口部３０ｗの広さは、半導体層２０が露出した第１層３０ａ部分で８００μｍ×８００μｍ角であり、第２層３０ｂ部分で８２０μｍ×８２０μｍ角であった。
【００６０】
６．ショットキー電極およびフィールドプレート電極の形成
次に、フォトリソグラフィーにより窒化ケイ素絶縁膜３０の開口部３０ｗおよび開口部３０ｗの周縁から５０μｍまでの８５０μｍ×８５０μｍ角の領域に開口部を有するレジストパターンを形成し、レジストパターンの開口部内の半導体層２０上および窒化ケイ素絶縁膜３０上に、ＥＢ蒸着法により、厚さが５０ｎｍのＮｉ層と厚さが３００ｎｍのＡｕ層とで構成される半導体層側電極４０を形成した後、レジストパターンをリフトオフするリフトオフ方法により、ショットキー電極４０ｓおよびフィールドプレート電極４０ｆを形成した。
【００６１】
７．特性評価
同様の手順により、同様の構造を有するショットキーバリアダイオードを１００個作製した。逆方向耐電圧が６００Ｖ以上のものを良品とするときの歩留まり率は９０％であった。また良品中の平均逆方向耐電圧は６５０Ｖであった。
【００６２】
（実施例２）
１．基板の準備
図２および図４を参照して、基板１０として、実施例１と同様のｎ型ＧａＮ自立基板を準備した。
【００６３】
２．半導体層の形成
次に、上記の基板１０上に、半導体層２０として、実施例１と同様のｎ型ＧａＮ層を形成した。
【００６４】
３．窒化ケイ素絶縁膜の形成
次に、上記の半導体層２０上に、ＥＣＲスパッタ法により、厚さが５００ｎｍの窒化ケイ素絶縁膜３０を形成した。窒化ケイ素絶縁膜３０の形成の際、原料窒素ガスの流量を、最初は１０ｓｃｃｍとし、次に２５ｓｃｃｍとし、さらに５０ｓｃｃｍとした。こうして、厚さが１６７ｎｍで窒素原子濃度が１０原子％である第１層３０ａと、厚さ１６６ｎｍで窒素原子濃度が２５原子％である第２層３０ｂと、厚さ１６７ｎｍで窒素原子濃度が５０原子％である第３層３０ｃと、で構成される窒化ケイ素絶縁膜３０が得られた。
【００６５】
４．基板側電極の形成
次に、上記の基板１０上に、基板側電極５０として、実施例１と同様のオーミック電極を形成した。
【００６６】
５．窒化ケイ素絶縁膜に開口部を形成する工程
次に、実施例１と同様にして窒化ケイ素絶縁膜３０に開口部３０ｗを形成した。得られた開口部３０ｗの広さは、半導体層２０が露出した第１層３０ａ部分で８００μｍ×８００μｍ角であり、第２層３０ｂ部分で８１０μｍ×８１０μｍ角であり、第３層３０ｃ部分で８２０μｍ×８２０μｍ角であった。
【００６７】
６．ショットキー電極およびフィールドプレート電極の形成
次に、実施例１と同様にしてショットキー電極お４０ｓおよびフィールドプレート電極４０ｆを形成した。
【００６８】
７．特性評価
同様の手順により、同様の構造を有するショットキーバリアダイオードを１００個作製した。逆方向耐電圧が６００Ｖ以上のものを良品とするときの歩留まり率は９０％であった。また良品中の平均逆方向耐電圧は６５０Ｖであった。
【００６９】
（実施例３）
１．基板の準備
図３および図４を参照して、基板１０として、実施例１と同様のｎ型ＧａＮ自立基板を準備した。
【００７０】
２．半導体層の形成
次に、上記の基板１０上に、半導体層２０として、実施例１と同様のｎ型ＧａＮ層を形成した。
【００７１】
３．窒化ケイ素絶縁膜の形成
次に、上記の半導体層２０上に、ＥＣＲスパッタ法により、厚さが５００ｎｍの窒化ケイ素絶縁膜３０を形成した。窒化ケイ素絶縁膜３０の形成の際、原料窒素ガスの流量を、最初の１０ｓｃｃｍから最後の５０ｓｃｃｍまで、連続的に変化させた。こうして、半導体層側３０ｐから半導体層側３０ｐの反対側にかけて厚さ方向に窒素原子濃度が１０原子％から５０原子％に増大した窒化ケイ素絶縁膜３０が得られた。
【００７２】
４．基板側電極の形成
次に、上記の基板１０上に、基板側電極５０として、実施例１と同様のオーミック電極を形成した。
【００７３】
５．窒化ケイ素絶縁膜に開口部を形成する工程
次に、実施例１と同様にして窒化ケイ素絶縁膜３０に開口部３０ｗを形成した。得られた開口部３０ｗの広さは、半導体層２０が露出した半導体層側３０ｐで８００μｍ×８００μｍ角であり、半導体層側３０ｐの反対側で８２０μｍ×８２０μｍ角であった。
【００７４】
６．ショットキー電極およびフィールドプレート電極の形成
次に、実施例１と同様にしてショットキー電極４０ｓおよびフィールドプレート電極４０ｆを形成した。
【００７５】
７．特性評価
同様の手順により、同様の構造を有するショットキーバリアダイオードを１００個作製した。逆方向耐電圧が６００Ｖ以上のものを良品とするときの歩留まり率は９０％であった。また良品中の平均逆方向耐電圧は６５０Ｖであった。
【００７６】
（実施例４）
ショットキー電極およびフィールドプレート電極の形成において、窒化ケイ素絶縁膜３０の開口部３０ｗを含む主面全体に、ＥＢ蒸着法により、厚さが５０ｎｍのＮｉ層と厚さが３００ｎｍのＡｕ層とで構成される半導体層側電極４０を形成し、窒化ケイ素絶縁膜３０の開口部３０ｗおよび開口部３０ｗの周縁から５０μｍまでの８５０μｍ×８５０μｍ角のショットキー電極４０ｓおよびフィールドプレート電極４０ｆを形成する領域を保護するレジストパターンを形成した後、保護した領域以外の半導体層側電極をウェットエッチングにより除去し、さらにレジストを除去するエッチング法により、ショットキー電極４０ｓおよびフィールドプレート電極４０ｆを形成したこと以外は、実施例１と同様にして、同様の構造を有するショットキーバリアダイオードを１００個作製した。逆方向耐電圧が６００Ｖ以上のものを良品とするときの歩留まり率は９０％であった。また良品中の平均逆方向耐電圧は６５０Ｖであった。
【００７７】
（実施例５）
ショットキー電極およびフィールドプレート電極の形成において、窒化ケイ素絶縁膜３０の開口部３０ｗを含む主面全体に、ＥＢ蒸着法により、厚さが５０ｎｍのＮｉ層と厚さが３００ｎｍのＡｕ層とで構成される半導体層側電極４０を形成し、窒化ケイ素絶縁膜３０の開口部３０ｗおよび開口部３０ｗの周縁から５０μｍまでの８５０μｍ×８５０μｍ角のショットキー電極４０ｓおよびフィールドプレート電極４０ｆを形成する領域を保護するレジストパターンを形成した後、保護した領域以外の半導体層側電極をウェットエッチングにより除去し、さらにレジストを除去するエッチング法により、ショットキー電極４０ｓおよびフィールドプレート電極４０ｆを形成したこと以外は、実施例２と同様にして、同様の構造を有するショットキーバリアダイオードを１００個作製した。逆方向耐電圧が６００Ｖ以上のものを良品とするときの歩留まり率は９０％であった。また良品中の平均逆方向耐電圧は６５０Ｖであった。
【００７８】
（実施例６）
ショットキー電極およびフィールドプレート電極の形成において、窒化ケイ素絶縁膜３０の開口部３０ｗを含む主面全体に、ＥＢ蒸着法により、厚さが５０ｎｍのＮｉ層と厚さが３００ｎｍのＡｕ層とで構成される半導体層側電極４０を形成し、窒化ケイ素絶縁膜３０の開口部３０ｗおよび開口部３０ｗの周縁から５０μｍまでの８５０μｍ×８５０μｍ角のショットキー電極４０ｓおよびフィールドプレート電極４０ｆを形成する領域を保護するレジストパターンを形成した後、保護した領域以外の半導体層側電極をウェットエッチングにより除去し、さらにレジストを除去するエッチング法により、ショットキー電極４０ｓおよびフィールドプレート電極４０ｆを形成したこと以外は、実施例３と同様にして、同様の構造を有するショットキーバリアダイオードを１００個作製した。逆方向耐電圧が６００Ｖ以上のものを良品とするときの歩留まり率は９０％であった。また良品中の平均逆方向耐電圧は６５０Ｖであった。
【００７９】
（比較例１）
１．基板の準備
基板として、実施例１と同様のｎ型ＧａＮ自立基板を準備した。
【００８０】
２．半導体層の形成
次に、上記の基板上に、半導体層として、実施例１と同様のｎ型ＧａＮ層を形成した。
【００８１】
３．窒化ケイ素絶縁膜の形成
次に、上記の半導体層上に、ＥＣＲスパッタ法により、厚さが５００ｎｍの窒化ケイ素絶縁膜を形成した。窒化ケイ素絶縁膜の形成の際、原料窒素ガスの流量を、１０ｓｃｃｍと一定にした。こうして、半導体層側から半導体層側の反対側にかけて厚さ方向に窒素原子濃度が１０原子％で一定の窒化ケイ素絶縁膜が得られた。
【００８２】
４．基板側電極の形成
次に、上記の基板上に、基板側電極として、実施例１と同様のオーミック電極を形成した。
【００８３】
５．窒化ケイ素絶縁膜に開口部を形成する工程
次に、実施例１と同様にして窒化ケイ素絶縁膜に開口部を形成した。得られた開口部の広さは、半導体層が露出した８００μｍ×８００μｍ角であった。
【００８４】
６．ショットキー電極およびフィールドプレート電極の形成
次に、実施例１と同様にしてショットキー電極およびフィールドプレート電極を形成した。
【００８５】
７．特性評価
同様の手順により、同様の構造を有するショットキーバリアダイオードを１００個作製した。逆方向耐電圧が６００Ｖ以上のものを良品とするときの歩留まり率は５０％であった。また良品中の平均逆方向耐電圧は６５０Ｖであった。
【００８６】
比較例１および実施例１〜実施例３とを比較すると、従来のショットキーバリアダイオードに比べて、図１〜図３にそれぞれ示す実施例１〜実施例３ショットキーバリアダイオードは、歩留まり率が高くなるとともに、良品中の平均逆方向耐電圧も高くなった。
【００８７】
今回開示された実施形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明でなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内のすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００８８】
１  ショットキーバリアダイオード
１０  基板
２０  半導体層
３０  窒化ケイ素絶縁膜
３０ａ  第１層
３０ｂ  第２層
３０ｃ  第３層
３０ｐ  半導体層側
３０ｑ  フィールドプレート電極側
３０ｓ  側面
３０ｓｆ  遠い部分
３０ｓｎ  近い部分
３０ｗ  開口部
４０  半導体層側電極
４０ｆ  フィールドプレート電極
４０ｓ  ショットキー電極
５０  基板側電極
Ｓ１０  基板を準備する工程
Ｓ２０  半導体層を形成する工程
Ｓ３０  窒化ケイ素絶縁膜を形成する工程
Ｓ４０  基板側電極を形成する工程
Ｓ５０  窒化ケイ素絶縁膜に開口部を形成する工程
Ｓ６０  ショットキー電極およびフィールドプレート電極（半導体層側電極）を形成する工程
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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