(57)【要約】【課題】安定して電界集中緩和効果を得ることが可能なフィールドプレート構造を有するショットキーバリアダイオードを提供する。【解決手段】ショットキーバリアダイオード１は、ＧａＮ自立基板２上に形成されたＧａＮエピタキシャル層３と、ショットキー電極５と、絶縁層４と、電極部分７とを備える。ショットキー電極５は、ＧａＮエピタキシャル層３の表面に接触するように形成される。絶縁層４は、ＧａＮエピタキシャル層３の表面上において、ショットキー電極５に隣接するように形成される。電極部分７は、ショットキー電極５と接続され、絶縁層４上に接触して延在するとともにショットキー電極５を構成する材料と異なる材料により構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された半導体層と、
前記半導体層の表面に接触するように形成されたショットキー電極と、
前記半導体層の表面上において、前記ショットキー電極に隣接するように形成された絶縁層と、
前記ショットキー電極と接続され、前記絶縁層上に接触して延在するとともに前記ショットキー電極を構成する材料と異なる材料により構成される電極部分とを備える、ショットキーバリアダイオード。
【請求項２】
前記電極部分は、前記ショットキー電極の上部表面上に延在する延在部を含み、
前記電極部分は前記延在部において前記ショットキー電極と接続されている、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】
前記ショットキー電極は、前記電極部分上に延在する電極延在部を含み、
前記ショットキー電極は前記電極延在部において前記電極部分と接続されている、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４】
前記基板は窒化ガリウム基板である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のショットキーバリアダイオード。
【請求項５】
前記ショットキー電極を構成する材料は、金、白金、ニッケル、パラジウム、コバルト、銅からなる群から選択される少なくとも一種を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載のショットキーバリアダイオード。
【請求項６】
前記電極部分を構成する材料は、チタン、ニッケル、モリブデン、クロム、アルミニウム、タングステン、およびパラジウムからなる群から選択される少なくとも一種を含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載のショットキーバリアダイオード。
【請求項７】
前記絶縁層を構成する材料は、窒化珪素、酸化珪素、酸化窒化珪素、酸化ハフニウム、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化マグネシウム、および酸化スカンジウムからなる群から選択される少なくとも一種を含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載のショットキーバリアダイオード。
【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に関し、より特定的には、フィールドプレート構造を有するショットキーバリアダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＧａＮ基板を用いたショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）、ｐｎ接合ダイオード、ＭＩＳトランジスタなどの半導体素子が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。パワーデバイスに用いられるＧａＮ材料としては、従来サファイアやシリコンカーバイドなどの異種基板上に形成されたＧａＮエピタキシャル層が、一般的に用いられてきた。これに対し、ＧａＮ基板上に形成したＧａＮエピタキシャル層は、異種基板上に形成したＧａＮエピタキシャル層に対し、不純物濃度が低く、転位密度が低い。そのため、ＧａＮ基板上にＧａＮエピタキシャル成長を行なうことで、高耐圧・低オン抵抗のパワーデバイスを実現できることが開示されている（たとえば、非特許文献１参照）。
【０００３】
また、パワーデバイスの電極端部への電界集中を抑制し高耐圧化を図るための構造として、フィールドプレート（ＦＰ）構造が知られている（たとえば、非特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００６−１００８０１号公報
【非特許文献１】田辺達也他「ＧａＮ基板上ＧａＮエピタキシャル成長とパワーデバイスへの応用」、ＳＥＩテクニカルレビュー第１７０号、２００７年１月、ｐ３４〜ｐ３９
【非特許文献２】高田賢治他「ＡｌＧａＮ／ＧａＮ  ＨＥＭＴ  パワーデバイス」、東芝レビュー５９巻７号、２００４年７月、ｐ３５〜ｐ３８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明者は、ＧａＮ基板を用いたショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）の高耐圧化を図るため、ＳＢＤに上述したフィールドプレート構造を適用することを検討した。具体的には、ＳＢＤのショットキー電極に隣接してシリコン窒化膜などの絶縁層（フィールドプレート用絶縁層）を形成し、当該絶縁層上にショットキー電極の外周部を延在させてフィールドプレート電極とする構造を検討した。この検討において、本発明者は、フィールドプレート電極を構成するショットキー電極の構成材料（たとえば金（Ａｕ））と、フィールドプレート用絶縁層との密着性が低く、フィールドプレート用絶縁層からフィールドプレート電極が比較的容易に剥離するという問題を見出した。このようにフィールドプレート電極がフィールドプレート用絶縁層から剥離すると、フィールドプレート電極による電界集中緩和効果を安定して得ることができない。
【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するために成されたものであり、この発明の目的は、安定して電界集中緩和効果を得ることが可能なフィールドプレート構造を有するショットキーバリアダイオードを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に従ったショットキーバリアダイオードは、基板上に形成された半導体層と、ショットキー電極と、絶縁層と、電極部分とを備える。ショットキー電極は、半導体層の表面に接触するように形成される。絶縁層は、半導体層の表面上において、ショットキー電極に隣接するように形成される。電極部分は、ショットキー電極と接続され、絶縁層上に接触して延在するとともにショットキー電極を構成する材料と異なる材料により構成される。
【０００７】
このようにすれば、絶縁層上に延在する電極部分をフィールドプレート構造を構成するフィールドプレート電極として作用させることができる。さらに、ショットキー電極を構成する材料とは別の材料を電極部分の材料として用いることができるので、ショットキー電極を構成する材料と絶縁層との密着性が低い場合であっても、電極部分を構成する材料を適宜選択することにより、電極部分と絶縁層との密着性を向上させることができる。このため、ショットキー電極を絶縁層上に直接接触させてフィールドプレート電極を構成する場合のように、フィールドプレート電極が絶縁層から剥離するといった問題の発生を抑制できる。この結果、フィールドプレート電極による電界集中緩和効果を安定して得ることができる。
【０００８】
なお、ここでフィールドプレート構造とは、絶縁層と、絶縁層上に形成されたフィールドプレート電極とによって構成される構造である。フィールドプレート電極はショットキー電極と電気的に接続されており、ショットキー電極とフィールドプレート電極とは同電位である。フィールドプレート構造によって、デバイス破壊の原因となる動作時のショットキー電極端部での電界集中を緩和し、ショットキーバリアダイオードの高耐圧化、高出力化を可能としている。
【０００９】
上記ショットキーバリアダイオードにおいて、電極部分は、ショットキー電極の上部表面上に延在する延在部を含んでいてもよい。電極部分は延在部においてショットキー電極と接続されていてもよい。
【００１０】
この場合、電極部分の延在部がショットキー電極上に積層することになる。したがって、ショットキー電極および絶縁層を形成した後、電極部分をショットキー電極を覆うとともにショットキー電極に隣接する絶縁層の上部表面上にまで延在するように形成することで、本発明によるショットキーバリアダイオードを容易に製造することができる。
【００１１】
上記ショットキーバリアダイオードにおいて、ショットキー電極は、電極部分上に延在する電極延在部を含んでいてもよい。ショットキー電極は電極延在部において電極部分と接続されていてもよい。
【００１２】
この場合、フィールドプレート電極を構成する部材としてショットキー電極の電極延在部を利用できるので、電極部分としては当該電極延在部と絶縁層との間に介在し、電極部分と絶縁層との密着性を確保することができるのに必要な厚みだけ形成すればよい。このため、電極部分の材料として比較的高価な材料を用いる場合であっても、ショットキーバリアダイオードの製造コストが増大することを抑制できる。
【００１３】
上記ショットキーバリアダイオードにおいて、基板は窒化ガリウム（ＧａＮ）基板であってもよい。この場合、窒化ガリウム（ＧａＮ）は、シリコン（Ｓｉ）に比べて約３倍のバンドギャップ、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ため、従来のＳｉを用いたショットキーバリアダイオード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される。そして、このような高耐圧化をより促進するフィールドプレート構造を採用する場合に、本発明は特に効果的である。
【００１４】
上記ショットキーバリアダイオードにおいて、ショットキー電極を構成する材料は、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）からなる群から選択される少なくとも一種を含んでいてもよい。
【００１５】
この場合、ショットキー電極の材質として金などを用いることにより、低リーク電流な
ショットキー電極を実現できるので、フィールドプレート構造による電界緩和が顕在化する。その結果、逆方向リーク電流が減少し、逆方向耐電圧が上昇する。
【００１６】
上記ショットキーバリアダイオードにおいて、電極部分を構成する材料は、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、およびパラジウム（Ｐｄ）からなる群から選択される少なくとも一種を含んでいてもよい。この場合、後述する絶縁層を構成する材料との良好な密着性を有する電極部分を形成することができる。
【００１７】
上記ショットキーバリアダイオードにおいて、絶縁層を構成する材料は、窒化珪素（ＳｉＮｘ）、酸化珪素（ＳｉＯ２）、酸化窒化珪素（ＳｉＯＮ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、および酸化スカンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）からなる群から選択される少なくとも一種を含んでいてもよい。この場合、絶縁層として十分な絶縁特性を確保できるとともに、上述した電極部分を構成する材料との良好な密着性を得ることができる。
【発明の効果】
【００１８】
このように、本発明によれば、電極部分を含むフィールドプレート電極が絶縁層から剥離することを防止できるため、安定して電界集中緩和効果を得ることが可能なフィールドプレート構造を有するショットキーバリアダイオードを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は、本発明によるショットキーバリアダイオードの実施の形態１の断面模式図である。図２は、図１に示したショットキーバリアダイオードの斜視模式図である。なお、図１は図２の線分Ｉ−Ｉにおける断面を示している。また、図２においては、ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）１の断面構造を示すため、ショットキーバリアダイオード１の約４分の１となる平面形状が四角形状の部分が仮想的に除去され、当該ショットキーバリアダイオードの断面が示されている。図１および図２を参照して、本発明によるショットキーバリアダイオードの実施の形態１を説明する。
【００２１】
図１および図２に示すように、ショットキーバリアダイオード１では、ＧａＮ自立基板２の主表面上に半導体層としてのＧａＮエピタキシャル層３が形成されている。なお、ＧａＮエピタキシャル層３は、複数のエピタキシャル層を含んでいてもよい。たとえば、ＧａＮ自立基板２の主表面上に形成されたｎ＋ＧａＮエピタキシャル層を２μｍ、当該ｎ＋ＧａＮエピタキシャル層上に形成されたドリフト層としてのｎ−ＧａＮエピタキシャル層を７μｍ、という積層構造を形成してもよい。このとき、ドリフト層のキャリア濃度としてはたとえば１×１０１６ｃｍ−３としてもよい。また、ＧａＮ自立基板２において、ＧａＮエピタキシャル層３が形成されている主表面と反対側の表面（裏面）には、オーミック電極６が形成されている。ＧａＮエピタキシャル層３上には、絶縁層４が形成されている。絶縁層４の厚みＴは任意の厚みとすることができる。また、この絶縁層４の中央部には平面形状が円形状の開口部が形成されている。
【００２２】
この開口部においてはＧａＮエピタキシャル層３の上部表面が露出した状態となっている。この開口部の内部において、ＧａＮエピタキシャル層３の上部表面と接触するようにショットキー電極５が形成されている。このショットキー電極５上から絶縁層４の上部表
面上にまで延在するように電極部分７が形成されている。この電極部分７の平面形状は図２からもわかるように円形状である。また、上述したショットキー電極５の平面形状も、絶縁層４に形成された開口部の平面形状と同様の円形状となっている。
【００２３】
この電極部分７とショットキー電極５とから電極８が形成される。電極部分７の外周部において、絶縁層４の上部表面上に延在している部分は、フィールドプレート（ＦＰ）電極部分９となる。このフィールドプレート電極部分９の長さＬ（絶縁層４に形成される開口部の側壁からフィールドプレート電極部分９の外周端部までの距離）は任意の距離とすることができるが、たとえば長さＬを１μｍ以上１ｍｍ以下とすることができる。また、絶縁層４の厚みＴはたとえば１０ｎｍ以上５μｍ以下とすることができる。
【００２４】
このように、電極８として、ショットキー電極５と電極部分７との積層構造を採用することによって、ショットキー電極５を構成する材料としてＧａＮエピタキシャル層３とショットキー電極を形成することが可能な材料（たとえば金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）などの材料）を用いることができる。そして、フィールドプレート電極部分９を含む電極部分７を構成する材料として絶縁層４との密着性に優れた材料を、ショットキー電極５の材料とは独立して選択することができる。たとえば、電極部分７を構成する材料として、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、パラジウム（Ｐｄ）などを用いることができる。この結果、ショットキー電極５によって電極８のショットキー特性を良好に維持するとともに、フィールドプレート電極部分９が絶縁層４から剥がれるといった問題の発生を抑制することができる。この結果、安定してフィールドプレート構造による電荷集中緩和の効果を得ることができる。
【００２５】
次に、図１および図２に示したショットキーバリアダイオードの製造工程を説明する。図３は、図１および図２に示したショットキーバリアダイオードの製造工程を説明するためのフローチャートである。図４〜図１２は、図３に示したショットキーバリアダイオードの製造工程を説明するための断面模式図である。図３〜図１２を参照して、本発明によるショットキーバリアダイオードの実施の形態１の製造工程を説明する。
【００２６】
図３に示すように、まず基板準備工程（Ｓ１０）を実施する。この工程（Ｓ１０）においては、窒化ガリウム（ＧａＮ）自立基板２（図４参照）を準備する。このＧａＮ自立基板２としては、任意の製造方法で形成された基板を用いることができるが、たとえばＨＶＰＥ法で作製された（０００１）面のＧａＮ自立基板２を準備する。なお、このＧａＮ自立基板２における平均転位密度は１×１０7ｃｍ-2以下とすることが好ましい。なお、転位密度は、たとえば溶融ＫＯＨ中のエッチングによりできるピットの個数を数えて、エッチングを行なった基板の面積で割るという方法によって測定することができる。
【００２７】
次に、エピタキシャル膜形成工程（Ｓ２０）を実施する。具体的には、ＧａＮ自立基板２の主表面上にＧａＮエピタキシャル層３を任意の方法で形成する。この結果、図４に示すような構造を得る。ＧａＮエピタキシャル層３の形成方法としては、任意の方法を用いることができるが、たとえば有機金属気相成長法（Organo-Metallic Vapor Phase Epitaxy：ＯＭＶＰＥ法）を用いてもよい。
【００２８】
次に図３に示すように絶縁層形成工程（Ｓ３０）を実施する。この工程（Ｓ３０）においては、図５に示すようにＧａＮエピタキシャル層３上に絶縁層４を形成する。絶縁層４の製造方法としては任意の方法を用いることができる。また、絶縁層４を構成する材料としては、任意の材料を用いることができるが、たとえば窒化ケイ素、酸化ケイ素、酸化窒化ケイ素、酸化ハフニウム、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化マグネシウム、酸化スカンジウムなどを用いることができる。この結果、図５に示すよう
な構造を得る。
【００２９】
次に、オーミック電極形成工程（Ｓ４０）を実施する。この工程（Ｓ４０）においては、図６に示すように、ＧａＮ自立基板２の裏面（ＧａＮ自立基板２においてＧａＮエピタキシャル層３が形成された表面と反対側の面）上にオーミック電極６を形成する。なお、このオーミック電極６を形成する工程に先立って、ＧａＮ自立基板２の少なくとも裏面を洗浄することが好ましい。この洗浄方法としては、たとえば有機洗浄と塩酸洗浄とを組合せて実施してもよい。
【００３０】
オーミック電極６としては、単一の材料からなる電極を形成してもよいが、複数の導電体を積層した積層構造を有するオーミック電極６を形成してもよい。たとえば、オーミック電極６として、ＧａＮ自立基板２側からチタン／アルミニウム／チタン／金というように導電体としての金属層を積層した構造としてもよい。これらの金属層は電子線蒸着法（ＥＢ蒸着法）など任意の方法を用いて形成することができる。この結果、図６に示すような構造を得る。
【００３１】
次に、ショットキー電極および電極部分形成工程（Ｓ５０）を実施する。この工程（Ｓ５０）においては、具体的に絶縁層４上にフォトリソグラフィ法を用いてパターンを有するレジスト膜１０を形成する。この結果、図７に示すような構造を得る。図７に示したレジスト膜１０には、絶縁層４においてショットキー電極５（図１参照）が配置されるべき開口部を形成する領域上に開口パターンが形成されている。
【００３２】
そして、レジスト膜１０をマスクとして用いて、絶縁層４をエッチングにより部分的に除去する。この結果、図８に示すように、絶縁層４において開口部１１が形成される。ここで、絶縁層４を部分的に除去するためのエッチングとしては、ドライエッチングを用いてもよいがウエットエッチングを用いてもよい。
【００３３】
次に、図９に示すように、ショットキー電極５（図１参照）となるべき金属膜１２を形成する。この金属膜１２としては、上述した金などのショットキー特性の良好な材料を用いることができる。金属膜１２の形成方法としては、任意の方法を用いることができるが、たとえばＥＢ蒸着法などを用いることができる。なお、上述した金属膜１２を形成する工程に先立って、開口部１１において露出しているＧａＮエピタキシャル層３の表面を塩酸などを用いた洗浄工程によって洗浄してもよい。
【００３４】
次に、レジスト膜１０を除去することにより、レジスト膜１０上に形成されていた金属膜１２を同時に除去する（リフトオフ）。この結果、図１０に示すように、開口部１１の内部に金属膜が残り、当該金属膜からなるショットキー電極５が形成される。
【００３５】
次に、図１１に示すように、フォトリソグラフィ法を用いて所定のパターンを有するレジスト膜１３が形成される。このレジスト膜１３には、ショットキー電極５を露出させるとともに、電極部分７（図１参照）が形成されるべき領域に開口パターンが形成されている。この結果、図１１に示したような構造を得る。
【００３６】
次に、図１２に示すように、電極部分７（図１参照）を構成する金属膜１４を任意の方法により形成する。この後、レジスト膜１３を除去することによって、レジスト膜１３上に形成された金属膜１４も除去する（リフトオフ）。この結果、ショットキー電極５上に積層した電極部分７（図１参照）が形成される。
【００３７】
次に、後処理工程（Ｓ６０）を実施する。この工程（Ｓ６０）では、ＧａＮエピタキシャル層３や電極８、オーミック電極６などが形成されたＧａＮ自立基板２を個々のチップ
に分割する分割工程などを実施する。このようにして、図１に示したショットキーバリアダイオード１を得ることができる。
【００３８】
図１３は、図１および図２に示したショットキーバリアダイオードの実施の形態１の変形例を示す断面模式図である。図１３を参照して、本発明によるショットキーバリアダイオードの実施の形態１の変形例を説明する。なお、図１３は図１に対応する。
【００３９】
図１３に示したショットキーバリアダイオード１は、基本的には図１および図２に示したショットキーバリアダイオードと同様の構造を備えるが、ショットキー電極５が配置された絶縁層４の開口部の側壁の形状が図１に示したショットキーバリアダイオード１異なっている。すなわち、図１３に示したショットキーバリアダイオード１においては、絶縁層４における開口部の側壁がＧａＮエピタキシャル層３の上部表面に対して傾斜角度θだけ傾斜している。その傾斜角度θ（絶縁層４の開口部の側壁とＧａＮエピタキシャル層３の上部表面とのなす角度）は、たとえば０．１°以上６０°以下、より好ましくは１°以上４５°以下とすることができる。また、より好ましくは当該傾斜角度θを１°以上２２°以下、さらに好ましくは１°以上１１°以下としてもよい。このようにすれば、絶縁層４における開口部の底壁端部における電極８の角部の角度を鈍角とすることができるので、電界集中を緩和する効果をより大きくすることができる。
【００４０】
図１３に示したショットキーバリアダイオード１の製造方法は、基本的には図１および図２に示したショットキーバリアダイオード１の製造方法と同様であるが、図３に示した製造工程における工程（Ｓ５０）の内容が一部異なる。すなわち、図７および図８に示した絶縁層４に開口部１１を形成する工程でのエッチング条件が、図１および図２に示したショットキーバリアダイオードの製造方法と異なっている。具体的には、開口部１１を形成するエッチングとしてウエットエッチングを用い、当該ウエットエッチングの条件を調整することによって、開口部１１の側壁をＧａＮエピタキシャル層３の上部表面に対して傾斜させる。
【００４１】
上述した開口部１１の側壁をＧａＮエピタキシャル層３の上部表面に対して傾斜させる工程の一例としては、たとえば以下のような工程を用いることができる。まず、図３の工程（Ｓ１０）〜工程（Ｓ４０）までを実施し、図６に示すような構造を得る。その後、絶縁層４の上部表面をアセトン・イソプロピルアルコールにより有機洗浄する。
【００４２】
次に、加熱温度１２０℃で加熱時間を２分とした脱水ベーク処理を、ＧａＮエピタキシャル層３が形成されたＧａＮ自立基板２に対して行なう。その後、ＧａＮエピタキシャル層３の表面にレジスト（ポジレジスト）を塗布する。さらに、レジストに対して加熱温度１１０℃で加熱時間２分という条件でプリベーク処理を行なう。その後、露光・現像処理を行ない、図７に示すような開口パターンを有するレジスト膜１０を形成する。さらに、加熱温度１３０℃、加熱時間２分という条件でレジスト膜１０に対してポストベーク処理を行なう。その後、当該レジスト膜１０をマスクとして、緩衝フッ酸（ＢＨＦ）を用いたウエットエッチングにより絶縁層４を部分的に除去する。このＢＨＦとしては１０％のＢＨＦ（ＢＨＦ１１０）を用いた。
【００４３】
このようにして、絶縁層４に側壁が傾斜した開口部を形成することができる。このとき形成される側壁の傾斜角度θはたとえば２２°程度になる。
【００４４】
なお、上述した開口部を形成する工程において、現像処理後のポストベーク処理を行なわず、そのままウエットエッチングを行なうことで、より側壁の傾斜角度θを小さくする（たとえば傾斜角度θを１１°程度にする）ことができる。これは、ポストベーク処理を省略することで、ポストベークによるレジスト膜と絶縁層との密着性の向上がなされない
ため、ウエットエッチングにおける開口部側壁のエッチングがより促進されるためである。
【００４５】
このように側壁の傾斜した開口部を形成した後は、図９〜図１２を用いて説明した工程と同様の工程を実施することで、図１３に示すショットキーバリアダイオードを得ることができる。
【００４６】
（実施の形態２）
図１４は、本発明によるショットキーバリアダイオードの実施の形態２を示す断面模式図である。図１４を参照して、本発明によるショットキーバリアダイオードの実施の形態２を説明する。
【００４７】
図１４を参照して、本発明によるショットキーバリアダイオード１は、基本的には図１および図２に示したショットキーバリアダイオードと同様の構造を備えるが、電極８の構造が異なっている。すなわち、図１４に示したショットキーバリアダイオード１の電極８では、絶縁層４において開口部１１の外側における絶縁層４の上部表面上に位置する部分に、絶縁層４の上部表面と接触するように電極部分７が形成されている。この電極部分７は、下層電極部分２１と上層電極部分２２との２層からなる積層構造を有している。下層電極部分２１を構成する材料としてはたとえばチタンを用いることができる。上層電極部分２２を構成する材料としてはたとえば金を用いることができる。
【００４８】
そして、この電極部分７上から開口部１１において露出するＧａＮエピタキシャル層３の上部表面上にまで延在するようにショットキー電極５が形成されている。このような構造によっても、図１および図２に示したショットキーバリアダイオードと同様の効果を得ることができる。すなわち、フィールドプレート電極部分９が絶縁層４側から見て電極部分７とショットキー電極５との積層構造となっている。このため、電極部分７として絶縁層４との密着性に優れた材料を選択することで、当該フィールドプレート電極部分９が絶縁層４から剥離しやすくなるといった問題の発生を抑制できる。
【００４９】
図１４に示したショットキーバリアダイオードの製造方法は、基本的には図３に示したショットキーバリアダイオードの製造方法と同様であるが、ショットキー電極および電極部分形成工程（Ｓ５０）の内容が本発明によるショットキーバリアダイオードの実施の形態１の製造方法とは異なっている。具体的には、絶縁層４において、図７および図８に示した工程と同様の工程を用いて開口部１１を形成する。その後、図１４に示した電極部分７が形成されるべき領域（開口部１１の外側であって開口部１１を囲む環状の部分）を露出するような環状の溝パターンを有するレジスト膜を形成する。そして、電極部分７を構成する下層電極部分２１および上層電極部分２２となるべき金属膜を任意の方法で形成する。その後、リフトオフ法を用いて当該電極部分７となるべき金属膜以外の部分を除去する。具体的には、レジスト膜とともに当該レジスト膜上に形成された金属膜を除去する。
【００５０】
その後、図１４に示したショットキー電極５が形成されるべき領域（開口部１１を囲む環状の部分であって電極部分７が形成された領域と、開口部１１の内部）に平面形状が円形状の開口パターンを有するレジスト膜を再度形成する。そして、当該レジスト膜上および開口パターンの内部にショットキー電極５となるべき金属膜を形成する。そして、レジスト膜を除去することにより、レジスト膜の上部表面上に形成されていた金属膜を除去する（リフトオフ）。この結果、開口部１１の内部から電極部分７の上部表面上にまで延在するショットキー電極５（図１４参照）を得ることができる。このようにして電極８を形成した後は、図３の後処理工程（Ｓ６０）と同様の工程を実施することにより、図１４に示すショットキーバリアダイオード１を得ることができる。
【００５１】
図１５は、図１４に示したショットキーバリアダイオードの実施の形態２の変形例を示す断面模式図である。図１５を参照して、本発明によるショットキーバリアダイオードの実施の形態２の変形例を説明する。図１５に示したショットキーバリアダイオード１は、基本的には図１４に示したショットキーバリアダイオード１と同様の構造を備えるが、絶縁層４に形成された開口部１１の側壁がＧａＮエピタキシャル層３の上部表面に対して傾斜している点が異なっている。すなわち、絶縁層４の開口部１１の側壁の延在方向とＧａＮエピタキシャル層３の上部表面とのなす角である傾斜角度θが鋭角となっている。この傾斜角度θは図１３で示したθと同様に、０．１°以上６０°以下、より好ましくは１°以上４５°以下とすることができる。また、より好ましくは当該傾斜角度θを１°以上２２°以下、さらに好ましくは１°以上１１°以下としてもよい。このような構造によっても、図１４に示したショットキーバリアダイオード１と同様の効果を得ることができるとともに、図１３に示したショットキーバリアダイオード１による効果と同様の効果を得ることができる。
【００５２】
図１５に示したショットキーバリアダイオードの製造方法は、基本的には、図１４に示したショットキーバリアダイオードの製造方法と同様であるが、絶縁層４に開口部１１を形成するときのエッチング条件が異なる。具体的には、開口部１１を形成するエッチングとしてウエットエッチングを用い、当該ウエットエッチングの条件を調整することによって、開口部１１の側壁をＧａＮエピタキシャル層３の上部表面に対して傾斜させる。
【００５３】
上述した本発明の実施の形態と一部重複する部分もあるが、以下に本発明の特徴的な構成を列挙する。
【００５４】
この発明に従ったショットキーバリアダイオード１（ＳＢＤ１）は、基板としてのＧａＮ自立基板２上に形成された半導体層としてのＧａＮエピタキシャル層３と、ショットキー電極５と、絶縁層４と、電極部分７とを備える。ショットキー電極５は、ＧａＮエピタキシャル層３の表面に接触するように形成される。絶縁層４は、ＧａＮエピタキシャル層３の表面上において、ショットキー電極５に隣接するように形成される。電極部分７は、ショットキー電極５と接続され、絶縁層４上に接触して延在するとともにショットキー電極５を構成する材料と異なる材料により構成される。
【００５５】
このようにすれば、絶縁層４上に延在する電極部分７を、フィールドプレート構造を構成するフィールドプレート電極として作用させることができる。さらに、ショットキー電極５を構成する材料とは別の材料を電極部分７の材料として用いることができるので、ショットキー電極５を構成する材料と絶縁層４との密着性が低い場合であっても、電極部分７を構成する材料を適宜選択することにより、電極部分７と絶縁層４との密着性を向上させることができる。このため、ショットキー電極５を絶縁層４上に直接接触させてフィールドプレート電極を構成する場合のように、フィールドプレート電極が絶縁層４から剥離するといった問題の発生を抑制できる。この結果、フィールドプレート電極による電界集中緩和効果を安定して得ることができる。
【００５６】
上記ショットキーバリアダイオード１において、電極部分７は、図１に示すようにショットキー電極５の上部表面上に延在する延在部（ショットキー電極５上に積層した部分）を含んでいてもよい。電極部分７は延在部においてショットキー電極５と接続されていてもよい。
【００５７】
この場合、電極部分７の延在部がショットキー電極５上に積層することになる。したがって、ショットキー電極５および絶縁層４を形成した後、電極部分７を、ショットキー電極５を覆うとともにショットキー電極５に隣接する絶縁層４の上部表面上にまで延在するように形成することで、本発明によるショットキーバリアダイオード１を容易に製造する
ことができる。
【００５８】
上記ショットキーバリアダイオード１において、図１４に示すように、ショットキー電極５は、電極部分７上に延在する電極延在部（フィールドプレート電極部分９）を含んでいてもよい。ショットキー電極５は電極延在部（フィールドプレート電極部分９）において電極部分７と接続されていてもよい。
【００５９】
この場合、フィールドプレート電極を構成する部材としてショットキー電極５のフィールドプレート電極部分９を利用できるので、電極部分７としては当該フィールドプレート電極部分９と絶縁層４との間に介在し、電極部分７と絶縁層４との密着性を確保することができるのに必要な厚みだけ形成すればよい。このため、電極部分７の材料として比較的高価な材料を用いる場合であっても、ショットキーバリアダイオード１の製造コストが増大することを抑制できる。
【００６０】
上記ショットキーバリアダイオードにおいて、上述のように基板は窒化ガリウム（ＧａＮ）基板（ＧａＮ自立基板２）を用いている。この場合、窒化ガリウム（ＧａＮ）は、シリコン（Ｓｉ）に比べて約３倍のバンドギャップ、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ため、従来のＳｉを用いたショットキーバリアダイオード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される。そして、このような高耐圧化をより促進するフィールドプレート構造を採用する場合に、本発明は特に効果的である。
【００６１】
上記ショットキーバリアダイオード１は、ＧａＮ自立基板２においてＧａＮエピタキシャル層３が形成された面と反対側の裏面上に形成されたオーミック電極６をさらに備えている。このようにすれば、上記ショットキーバリアダイオード１は、ショットキー電極５およびオーミック電極６の一方から他方へと電流が流れる、縦型構造を有することになる。一般にパワーデバイスでは、横型構造に比べて縦型構造はより大きな電流を流すことができるので、縦型構造はパワーデバイスにより適した構造である。（なお、サファイアは絶縁性のため、サファイア基板を用いたパワーデバイスは縦型構造とすることができない。）上記のように、基板としてＧａＮ自立基板２を用いる場合、当該ＧａＮ自立基板２が導電性であるため、オーミック電極６を裏面側に形成した縦型構造が可能となる。
【００６２】
上記ショットキーバリアダイオード１において、ショットキー電極５を構成する材料は、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）からなる群から選択される少なくとも一種を含んでいてもよい。たとえば、ショットキー電極５を構成する材料は、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）のいずれか、あるいはこれらの金属のうちの２つ以上を含む合金であってもよい。また、上記ショットキー電極５は、上述した金属のいずれか、あるいは上記金属のうちの２つ以上を含む合金からなる単一層であってもよいし、上記金属のうちの少なくとも１つを含む積層構造であってもよい。
【００６３】
この場合、ショットキー電極の材質として金などを用いることにより、低リーク電流なショットキー電極を実現できるので、フィールドプレート構造による電界緩和が顕在化する。その結果、逆方向リーク電流が減少し、逆方向耐電圧が上昇する。
【００６４】
上記ショットキーバリアダイオードにおいて、電極部分７を構成する材料は、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、およびパラジウム（Ｐｄ）からなる群から選択される少なくとも一種を含んでいてもよい。たとえば、電極部分７は、上記金属の少なくとも１つからなる単一の膜であってもよいし、上記金属のうちの２つ以上を含む合金を含んでいてもよい
。また、電極部分７は、上記金属の少なくとも１つを含む積層構造であってもよい。当該積層構造では、電極部分７のうちの絶縁層４と接触する部分が上記金属を含んでいればよく、積層構造において絶縁層４と直接接触しない層（絶縁層４と接触する表層以外の層）は上記金属以外の材料（導電体）により構成されていてもよい。この場合、後述する絶縁層４を構成する材料との良好な密着性を有する電極部分を形成することができる。
【００６５】
上記ショットキーバリアダイオード１において、絶縁層４を構成する材料は、窒化珪素（ＳｉＮｘ）、酸化珪素（ＳｉＯ２）、酸化窒化珪素（ＳｉＯＮ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、および酸化スカンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）からなる群から選択される少なくとも一種を含んでいてもよい。この場合、絶縁層４として十分な絶縁特性を確保できるとともに、上述した電極部分７を構成する材料との良好な密着性を得ることができる。
【００６６】
上記ショットキーバリアダイオード１において、ＧａＮ自立基板２の転位密度は、１×１０８ｃｍ−２以下であってもよい。
【００６７】
ここで、本発明者は、ＧａＮ基板を用いたショットキーバリアダイオードの高耐圧化について検討を進める中で、以下のような現象を見出した。すなわち、従来パワーデバイス用ＧａＮ材料として一般的に用いられてきた、Ｓｉ基板やサファイア基板などの異種基板上に形成したＧａＮエピタキシャル層（半導体層）を用いて、ショットキーバリアダイオードを作製した場合、当該ショットキーバリアダイオードにフィールドプレート（ＦＰ）構造を適用しても、ＦＰ構造によるショットキー電極端の電界集中緩和に基づく、逆方向リーク電流の減少・逆方向耐電圧の上昇という効果が顕著には得られない、という現象を本発明者は見出したのである。本発明者は、上述した現象の発生原因について検討した。その結果、Ｓｉ基板やサファイア基板などの異種基板とＧａＮとの結晶構造の違いのために、形成されるＧａＮエピタキシャル層中の転位密度が１×１０８ｃｍ−２以上と多いことが上記現象の発生原因であると推定した。このため、上記のように１×１０８ｃｍ−２以下という低転位密度を有するＧａＮ自立基板２を用いることで、半導体層（ＧａＮエピタキシャル層３）中の転位が減少する。この結果、フィールドプレート構造を有するショットキーバリアダイオード１において、逆方向リーク電流が減少しているという条件下で、フィールドプレート構造による電界緩和が起こる。したがって、逆方向リーク電流がさらに減少し、逆方向耐電圧を上昇させることができる。ＧａＮ自立基板２の転位密度は低いほど好ましい。たとえば、ＧａＮ自立基板２の転位密度は、１×１０６ｃｍ−２以下であればより好ましい。なお、現状では、ＧａＮ自立基板２の転位密度の下限値は１×１０３ｃｍ−２程度である。
【００６８】
上記ショットキーバリアダイオード１において、絶縁層４の厚みｔは、１０ｎｍ以上５μｍ以下であってもよい。絶縁層の厚みｔが１０ｎｍ未満であれば、絶縁層４の耐圧が低く、絶縁層４が先に破壊されてフィールドプレート構造の効果は得られない場合がある。また、絶縁層４の厚みｔが５μｍ超であれば、フィールドプレート構造による電界緩和自体が得られない。絶縁層４の厚みｔは、たとえば耐圧１ｋＶ設計においては、０．２μｍ以上２μｍ以下であればより好ましい。
【００６９】
上記ショットキーバリアダイオード１において、少なくとも電極部分７を含むフィールドプレート電極として作用する部分の、絶縁層４と重なる部分の長さＬ（図１参照）は、１μｍ以上１ｍｍ以下であってもよい。上記長さＬが１μｍ未満であれば、フィールドプレート電極が絶縁層４と重なる部分の寸法の制御が困難となり、安定してフィールドプレート構造の効果が得られない。また、上記長さＬが１ｍｍ超であれば、フィールドプレート構造による電界緩和自体が得られない。上記長さＬは、たとえば耐圧１ｋＶ設計におい
ては空乏層幅は２μｍ以上２０μｍ以下に拡がるので、５μｍ以上４０μｍ以下であればより好ましい。
【００７０】
上記ショットキーバリアダイオード１において、絶縁層４のショットキー電極５に面する端面（側壁）は、図１３や図１５に示すように、ＧａＮエピタキシャル層３の表面に対して傾斜しており、当該端面とＧａＮエピタキシャル層３の表面とのなす角度である傾斜角度θは０．１°以上６０°以下であることが好ましい。また、電極部分７を含むフィールドプレート電極として作用する電極の部分は、絶縁層４の上記端面に接着するように、絶縁層４に重ねられていることが好ましい。この場合、絶縁層４の端面がＧａＮエピタキシャル層３の表面に対し傾斜しているために、フィールドプレート構造による電界緩和の効果を増大させることができるので、ショットキーバリアダイオード１の逆方向耐電圧を一層向上させることができる。
【００７１】
ここで、上記傾斜角度が小さくなるほどフィールドプレート構造による電界緩和の効果が大きくなり、ショットキーバリアダイオード１の耐圧を向上させることができる。しかし、傾斜角度θが０．１°未満であれば、角度の再現性が得にくくなるため製造上問題となる場合があり、また、電流が流れないフィールドプレート電極が、ショットキー電極５に対して相対的に大きくなるため、余計に原料が必要となり製造上不利となる。一方、傾斜角度θが６０°超であれば、電界緩和の効果が小さくなる。なお、傾斜角度θは、１°以上３０°以下であればより好ましい。絶縁層４の端面の傾斜は、上述のようなウエットエッチングや、ドライエッチングなどによっても形成することができる。
【００７２】
上記ショットキーバリアダイオード１において、絶縁層４は窒化絶縁膜であってもよく、窒化絶縁膜中の水素濃度は、３．８×１０２２ｃｍ−３未満であってもよい。なお、窒化絶縁膜とは、たとえばＳｉＮｘ（シリコン窒化膜）やＡｌＮ（窒化アルミニウム）などの、絶縁性を有する、窒化物を含む膜をいう。
【００７３】
ここで、本発明者は、ＧａＮ基板（ＧａＮ自立基板２）を用いたＳＢＤの高耐圧化について検討を進める中で、以下のような現象を見出した。すなわち、ＧａＮ基板上に形成したＧａＮエピタキシャル層３などの半導体層を用いて作製したショットキーバリアダイオードにＦＰ構造を適用しても、ＦＰ構造によるショットキー電極端の電界集中緩和に基づく逆方向耐電圧上昇の効果が抑制されるという現象を発明者は発見した。
【００７４】
本発明者は、このような現象の発生原因について検討した結果、当該発生原因を以下のように推定するに至った。すなわち、ＦＰ構造を構成する窒化絶縁膜を、プラズマＣＶＤ法を用いて成膜する際には、通常、原料ガスとしてアンモニアを用いている。そのため、成膜時にアンモニア分子が解離することにより、水素ラジカル、水素イオンなどが発生する。本明細書では水素ラジカル、水素イオンを含む用語として、「水素種」を用いる。水素種の発生により水素が基板に取り込まれることで、結果的に窒化絶縁膜中の水素濃度も上昇する。そして、ＦＰ構造を有するＳＢＤでは、水素が基板に取り込まれると悪影響を及ぼす。すなわち、本発明者は、基板中に取り込まれた水素によって、ＦＰ構造によるショットキー電極端の電界集中緩和に基づく逆方向耐電圧上昇の効果が抑制されると推定した。したがって、上記のように窒化絶縁膜中の水素濃度を低くするということは、つまりは窒化絶縁膜を形成するときに発生する水素種の量を低減させるということを意味する。これによって水素のＧａＮエピタキシャル層３（半導体層）への悪影響を排除することができる。したがって、窒化絶縁膜中の水素濃度を３．８×１０２２ｃｍ−３未満、より好ましくは２．０×１０２２ｃｍ−３未満と規定することにより、水素濃度の高い窒化絶縁膜を用いる場合と比べて、水素が基板に取り込まれる悪影響を排除することができる。そのため、フィールドプレート構造によるショットキー電極５端への電界集中の緩和に基づく、逆方向耐電圧上昇の効果が抑制される可能性を低減できる。つまり、大きな電界緩和
効果が得られ、逆方向耐電圧を上昇させることができる。ここで、窒化絶縁膜中の水素濃度は低いほど好ましく、たとえば窒化絶縁膜中の水素濃度が２．０×１０２２ｃｍ−３未満であればより好ましい。なお、現状では、水素濃度の検出限界は１．０×１０１７ｃｍ−３である。
【００７５】
今回開示された実施の形態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は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でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明は、特にＧａＮなどのワイドバンドギャップ半導体基板を用いたショットキーバリアダイオードであって、フィールドプレート構造を有するものに有利に適用される。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明によるショットキーバリアダイオードの実施の形態１の断面模式図である。
【図２】図１に示したショットキーバリアダイオードの斜視模式図である。
【図３】図１および図２に示したショットキーバリアダイオードの製造工程を説明するためのフローチャートである。
【図４】図３に示したショットキーバリアダイオードの製造工程を説明するための断面模式図である。
【図５】図３に示したショットキーバリアダイオードの製造工程を説明するための断面模式図である。
【図６】図３に示したショットキーバリアダイオードの製造工程を説明するための断面模式図である。
【図７】図３に示したショットキーバリアダイオードの製造工程を説明するための断面模式図である。
【図８】図３に示したショットキーバリアダイオードの製造工程を説明するための断面模式図である。
【図９】図３に示したショットキーバリアダイオードの製造工程を説明するための断面模式図である。
【図１０】図３に示したショットキーバリアダイオードの製造工程を説明するための断面模式図である。
【図１１】図３に示したショットキーバリアダイオードの製造工程を説明するための断面模式図である。
【図１２】図３に示したショットキーバリアダイオードの製造工程を説明するための断面模式図である。
【図１３】図１および図２に示したショットキーバリアダイオードの実施の形態１の変形例を示す断面模式図である。
【図１４】本発明によるショットキーバリアダイオードの実施の形態２を示す断面模式図である。
【図１５】図１４に示したショットキーバリアダイオードの実施の形態２の変形例を示す断面模式図である。
【符号の説明】
【００７８】
１  ショットキーバリアダイオード、２  ＧａＮ自立基板、３  ＧａＮエピタキシャル層、４  絶縁層、５  ショットキー電極、６  オーミック電極、７  電極部分、８  電極、９  フィールドプレート（ＦＰ）電極部分、１０，１３  レジスト膜、１１  開口部、
１２  金属膜（ショットキー電極用）、１４  金属膜（ＦＰ用）、２１  下層電極部分
（Ｔｉ）、２２  上層電極部分（Ａｕ）。
【図１】
2009059912.tif 000003
【図２】
2009059912.tif 000004
【図３】
2009059912.tif 000005
【図４】
2009059912.tif 000006
【図５】
2009059912.tif 000007
【図６】
2009059912.tif 000008
【図７】
2009059912.tif 000009
【図８】
2009059912.tif 000010
【図９】
2009059912.tif 000011
【図１０】
2009059912.tif 000012
【図１１】
2009059912.tif 000013
【図１２】
2009059912.tif 000014
【図１３】
2009059912.tif 000015
【図１４】
2009059912.tif 000016
【図１５】
2009059912.tif 000017