JP7612144B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
本発明は、パワーデバイス等として有用な半導体装置に関する。
酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）は、室温において４．８－５．３ｅＶという広いバンドギャップを持ち、可視光及び紫外光をほとんど吸収しない透明半導体である。そのため、特に、深紫外光線領域で動作する光・電子デバイスや透明エレクトロニクスにおいて使用するための有望な材料であり、近年においては、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）を基にした、光検知器、発光ダイオード（ＬＥＤ）及びトランジスタの開発が行われている（非特許文献１参照）。
また、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）には、α、β、γ、σ、εの５つの結晶構造が存在し、一般的に最も安定な構造は、β－Ｇａ２Ｏ３である。しかしながら、β－Ｇａ２Ｏ３はβガリア構造であるので、一般に電子材料等で利用する結晶系とは異なり、半導体装置への利用は必ずしも好適ではない。また、β－Ｇａ２Ｏ３薄膜の成長は高い基板温度や高い真空度を必要とするので、製造コストも増大するといった問題もある。また、非特許文献２にも記載されているように、β－Ｇａ２Ｏ３では、高濃度（例えば１×１０１９／ｃｍ３以上）のドーパント（Ｓｉ）でさえも、イオン注入後、８００℃～１１００℃の高温にてアニール処理を施さなければドナーとして使えなかった。
一方、α－Ｇａ２Ｏ３は、既に汎用されているサファイア基板と同じ結晶構造を有するため、光・電子デバイスへの利用には好適であり、さらに、β－Ｇａ２Ｏ３よりも広いバンドギャップをもつため、パワーデバイスに特に有用であり、そのため、α－Ｇａ２Ｏ３を半導体として用いた半導体装置が待ち望まれている状況である。
一方、α－Ｇａ２Ｏ３は、既に汎用されているサファイア基板と同じ結晶構造を有するため、光・電子デバイスへの利用には好適であり、さらに、β－Ｇａ２Ｏ３よりも広いバンドギャップをもつため、パワーデバイスに特に有用であり、そのため、α－Ｇａ２Ｏ３を半導体として用いた半導体装置が待ち望まれている状況である。
特許文献１および２には、β－Ｇａ２Ｏ３を半導体として用い、これに適合したオーミック特性が得られる電極として、Ｔｉ層およびＡｕ層からなる２層、Ｔｉ層、Ａｌ層およびＡｕ層からなる３層、またはＴｉ層、Ａｌ層、Ｎｉ層およびＡｕ層からなる４層を用いた半導体装置が記載されている。
また、特許文献３には、β－Ｇａ２Ｏ３を半導体として用い、これに適合したショットキー特性が得られる電極として、Ａｕ、Ｐｔ、あるいはＮｉおよびＡｕの積層体のいずれかを用いた半導体装置が記載されている。
しかしながら、特許文献１～３の記載の電極を、α－Ｇａ２Ｏ３を半導体として用いた半導体装置に適用した場合、ショットキー電極やオーミック電極として機能しなかったり、電極が膜につかなかったり、半導体特性が損なわれたりするなどの問題があった。さらに、特許文献１～３に記載の電極構成は、電極端部からリーク電流が発生してしまうなど、半導体装置として実用上満足できるようなものを得ることができていなかった。
また、特許文献３には、β－Ｇａ２Ｏ３を半導体として用い、これに適合したショットキー特性が得られる電極として、Ａｕ、Ｐｔ、あるいはＮｉおよびＡｕの積層体のいずれかを用いた半導体装置が記載されている。
しかしながら、特許文献１～３の記載の電極を、α－Ｇａ２Ｏ３を半導体として用いた半導体装置に適用した場合、ショットキー電極やオーミック電極として機能しなかったり、電極が膜につかなかったり、半導体特性が損なわれたりするなどの問題があった。さらに、特許文献１～３に記載の電極構成は、電極端部からリーク電流が発生してしまうなど、半導体装置として実用上満足できるようなものを得ることができていなかった。
特許文献４では、α－Ｇａ２Ｏ３を半導体として用いて、ショットキー電極として周期律表第４族～第９族から選ばれる少なくとも１種の金属を含む電極を用いた半導体装置が検討されている。なお、特許文献４は本出願人による特許出願に関する。
Jun Liang Zhao et al, "UV and Visible Electroluminescence From a Sn:Ga2O3/n+－Si Heterojunction by Metal－Organic Chemical Vapor Deposition",IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES, VOL. 58, NO.5 MAY 2011
Kohei Sasaki et al, "Si-Ion Implantation Doping in β－Ga2O3 an d Its Application to Fabrication of Low－Resistance Ohmic Contacts", Applied Physics Express 6 (2013) 086502
本発明は、リーク電流が抑制された低損失な半導体装置を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、コランダム構造を有する酸化物半導体を主成分として含む半導体層とショットキー電極とを少なくとも備え、前記ショットキー電極が、第１の電極層および第１の電極層よりも導電率が高い第２の電極層を含む半導体装置であって、第２の電極層の外端部が第１の電極層を介して前記半導体層と電気的に接続しており、電気的に接続している第２の電極層の電気的接続領域の外端部よりも外側に第１の電極層の外端部が位置している半導体装置が、半導体層内に空乏層を良好に伸ばすことができ、リーク電流が抑制された低損失なものであることを見出し、このようにして得られた半導体装置が、上記した従来の問題を一挙に解決できるものであることを見出した。
また、本発明者らは、上記知見を得た後、さらに検討を重ねて本発明を完成させるに至った。
また、本発明者らは、上記知見を得た後、さらに検討を重ねて本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明は、以下の発明に関する。
［１］ コランダム構造を有する酸化物半導体を主成分として含む半導体層とショットキー電極とを少なくとも備え、前記ショットキー電極が、第１の電極層および第１の電極層よりも導電率が高い第２の電極層を含む半導体装置であって、第２の電極層の外端部が第１の電極層を介して前記半導体層と電気的に接続しており、電気的に接続している第２の電極層の電気的接続領域の外端部よりも外側に第１の電極層の外端部が位置していることを特徴とする半導体装置。
［２］ 前記酸化物半導体が、アルミニウム、インジウムおよびガリウムから選ばれる少なくとも１種の金属を含む前記［１］記載の半導体装置。
［３］ 前記酸化物半導体が、少なくともガリウムを含む前記［１］または［２］に記載の半導体装置。
［４］ 第１の電極層が、周期律表第４族～第１０族から選ばれる少なくとも１種の金属を含む前記［１］～［３］のいずれかに記載の半導体装置。
［５］ 第１の電極層が、周期律表第４族および第９族から選ばれる少なくとも１種の金属を含む前記［１］～［４］のいずれかに記載の半導体装置。
［６］ 第１の電極層が、互いに組成の異なる２層以上からなる前記［１］～［５］のいずれかに記載の半導体装置。
［７］ 第１の電極層のうち、第２の電極層の外端部よりも外側に張り出した部分の少なくとも一部が、前記半導体装置の外側に向かって膜厚が減少するテーパ領域を有する前記［１］～［６］のいずれかに記載の半導体装置。
［８］ 第２の電極層が、銀、銅、金およびアルミニウムから選ばれる少なくとも１種の金属を含む前記［１］～［７］のいずれかに記載の半導体装置。
［９］ 第１の電極層の層厚が第２の電極層の層厚よりも薄い前記［１］～［８］のいずれかに記載の半導体装置。
［１０］ さらに、フィールド絶縁膜を有しており、第１の電極層の外端部が前記フィールド絶縁膜上に位置している前記［１］～［９］のいずれかに記載の半導体装置。
［１１］ ショットキーバリアダイオードである前記［１］～［１０］のいずれかに記載の半導体装置。
［１２］ パワーデバイスである前記［１］～［１１］のいずれかに記載の半導体装置。
［１３］ 半導体装置を備える半導体システムであって、前記半導体装置が、前記［１］～［１２］のいずれかに記載の半導体装置であることを特徴とする半導体システム。
［１］ コランダム構造を有する酸化物半導体を主成分として含む半導体層とショットキー電極とを少なくとも備え、前記ショットキー電極が、第１の電極層および第１の電極層よりも導電率が高い第２の電極層を含む半導体装置であって、第２の電極層の外端部が第１の電極層を介して前記半導体層と電気的に接続しており、電気的に接続している第２の電極層の電気的接続領域の外端部よりも外側に第１の電極層の外端部が位置していることを特徴とする半導体装置。
［２］ 前記酸化物半導体が、アルミニウム、インジウムおよびガリウムから選ばれる少なくとも１種の金属を含む前記［１］記載の半導体装置。
［３］ 前記酸化物半導体が、少なくともガリウムを含む前記［１］または［２］に記載の半導体装置。
［４］ 第１の電極層が、周期律表第４族～第１０族から選ばれる少なくとも１種の金属を含む前記［１］～［３］のいずれかに記載の半導体装置。
［５］ 第１の電極層が、周期律表第４族および第９族から選ばれる少なくとも１種の金属を含む前記［１］～［４］のいずれかに記載の半導体装置。
［６］ 第１の電極層が、互いに組成の異なる２層以上からなる前記［１］～［５］のいずれかに記載の半導体装置。
［７］ 第１の電極層のうち、第２の電極層の外端部よりも外側に張り出した部分の少なくとも一部が、前記半導体装置の外側に向かって膜厚が減少するテーパ領域を有する前記［１］～［６］のいずれかに記載の半導体装置。
［８］ 第２の電極層が、銀、銅、金およびアルミニウムから選ばれる少なくとも１種の金属を含む前記［１］～［７］のいずれかに記載の半導体装置。
［９］ 第１の電極層の層厚が第２の電極層の層厚よりも薄い前記［１］～［８］のいずれかに記載の半導体装置。
［１０］ さらに、フィールド絶縁膜を有しており、第１の電極層の外端部が前記フィールド絶縁膜上に位置している前記［１］～［９］のいずれかに記載の半導体装置。
［１１］ ショットキーバリアダイオードである前記［１］～［１０］のいずれかに記載の半導体装置。
［１２］ パワーデバイスである前記［１］～［１１］のいずれかに記載の半導体装置。
［１３］ 半導体装置を備える半導体システムであって、前記半導体装置が、前記［１］～［１２］のいずれかに記載の半導体装置であることを特徴とする半導体システム。
本発明の半導体装置は、リーク電流が抑制されており、低損失である。
本発明の半導体装置は、コランダム構造を有する酸化物半導体を主成分として含む半導体層とショットキー電極とを少なくとも備え、前記ショットキー電極が、第１の電極層および第１の電極層よりも導電率が高い第２の電極層を含む半導体装置であって、第２の電極層の外端部が第１の電極層を介して前記半導体層と電気的に接続しており、電気的に接続している第２の電極層の電気的接続領域の外端部よりも外側に第１の電極層の外端部が位置していることを特長とする。ここで、「電気的に接続」とは、直接接触していてもよいし、導電膜または半導体膜等を介して接触している状態であってもよい。前記電気的接続領域の外端部は、第２の電極層の外端部であってもよいし、第２の電極層内における第１の電極層と電気的に接続されている領域の外端部であってもよい。以下、「前記電気的接続領域の外端部」の一例として、「第２の電極層の外端部」を挙げて説明するが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。
前記半導体層は、コランダム構造を有する酸化物半導体を主成分として含むものであれば、特に限定されない。前記のコランダム構造を有する酸化物半導体としては、例えば、アルミニウム、ガリウム、インジウム、鉄、クロム、バナジウム、チタン、ロジウム、ニッケル、コバルトおよびイリジウムから選ばれる１種または２種以上の金属を含む金属酸化物などがあげられる。本発明においては、前記酸化物半導体が、アルミニウム、インジウムおよびガリウムから選ばれる少なくとも１種の金属を含有するのが好ましく、少なくともガリウムを含むのがより好ましく、α－Ｇａ２Ｏ３またはその混晶であるのが最も好ましい。なお、「主成分」とは、前記のコランダム構造を有する酸化物半導体が、原子比で、前記半導体層の全成分に対し、好ましくは５０％以上、より好ましくは７０％以上、さらにより好ましくは９０％以上含まれることを意味し、１００％であってもよいことを意味する。また、前記半導体層の厚さは、特に限定されず、１μｍ以下であってもよいし、１μｍ以上であってもよいが、本発明においては、１０μｍ以上であるのが好ましい。前記半導体膜の表面積は特に限定されないが、１ｍｍ２以上であってもよいし、１ｍｍ２以下であってもよいが、１０ｍｍ２～３００ｃｍ２であるのが好ましく、１００ｍｍ２～１００ｃｍ２であるのがより好ましい。また、前記半導体層は、通常、単結晶であるが、多結晶であってもよい。また、前記半導体層は、少なくとも第１の半導体層と第２の半導体層とを含む多層膜であって、第１の半導体層上にショットキー電極が設けられる場合には、第１の半導体層のキャリア密度が、第２の半導体層のキャリア密度よりも小さい多層膜であるのも好ましい。なお、この場合、第２の半導体層には、通常、ドーパントが含まれており、前記半導体層のキャリア密度は、ドーピング量を調節することにより、適宜設定することができる。
前記半導体層は、ドーパントが含まれているのが好ましい。前記ドーパントは、特に限定されず、公知のものであってよい。前記ドーパントとしては、例えば、スズ、ゲルマニウム、ケイ素、チタン、ジルコニウム、バナジウムまたはニオブ等のｎ型ドーパント、またはマグネシウム、カルシウム、亜鉛等のｐ型ドーパントなどが挙げられる。本発明においては、前記ｎ型ドーパントが、Ｓｎ、ＧｅまたはＳｉであるのが好ましい。ドーパントの含有量は、前記半導体層の組成中、０．００００１原子％以上であるのが好ましく、０．００００１原子％～２０原子％であるのがより好ましく、０．００００１原子％～１０原子％であるのが最も好ましい。より具体的には、ドーパントの濃度は、通常、約１×１０１６／ｃｍ３～１×１０２２／ｃｍ３であってもよいし、また、ドーパントの濃度を例えば約１×１０１７／ｃｍ３以下の低濃度にしてもよい。また、さらに、本発明によれば、ドーパントを約１×１０２０／ｃｍ３以上の高濃度で含有させてもよい。本発明においては、１×１０１７／ｃｍ３以上のキャリア濃度で含有させるのが好ましい。
前記半導体層は、公知の手段を用いて形成されてよい。前記半導体層の形成手段としては、例えば、ＣＶＤ法、ＭＯＣＶＤ法、ＭＯＶＰＥ法、ミストＣＶＤ法、ミスト・エピタキシー法、ＭＢＥ法、ＨＶＰＥ法、パルス成長法またはＡＬＤ法などが挙げられる。本発明においては、前記半導体層の形成手段が、ミストＣＶＤ法またはミスト・エピタキシー法であるのが好ましい。前記のミストＣＶＤ法またはミスト・エピタキシー法では、例えば図５に示すミストＣＶＤ装置を用いて、原料溶液を霧化し（霧化工程）、液滴を浮遊させ、霧化後、得られた霧化液滴をキャリアガスでもって基体上まで搬送し（搬送工程）、ついで、前記基体近傍で前記霧化液滴を熱反応させることによって、基体上に結晶性酸化物半導体を主成分として含む半導体膜を積層する（成膜工程）ことにより前記半導体層を形成する。
（霧化工程）
霧化工程は、前記原料溶液を霧化する。前記原料溶液の霧化手段は、前記原料溶液を霧化できさえすれば特に限定されず、公知の手段であってよいが、本発明においては、超音波を用いる霧化手段が好ましい。超音波を用いて得られた霧化液滴は、初速度がゼロであり、空中に浮遊するので好ましく、例えば、スプレーのように吹き付けるのではなく、空間に浮遊してガスとして搬送することが可能なミストであるので衝突エネルギーによる損傷がないため、非常に好適である。液滴サイズは、特に限定されず、数ｍｍ程度の液滴であってもよいが、好ましくは５０μｍ以下であり、より好ましくは１００ｎｍ～１０μｍである。
霧化工程は、前記原料溶液を霧化する。前記原料溶液の霧化手段は、前記原料溶液を霧化できさえすれば特に限定されず、公知の手段であってよいが、本発明においては、超音波を用いる霧化手段が好ましい。超音波を用いて得られた霧化液滴は、初速度がゼロであり、空中に浮遊するので好ましく、例えば、スプレーのように吹き付けるのではなく、空間に浮遊してガスとして搬送することが可能なミストであるので衝突エネルギーによる損傷がないため、非常に好適である。液滴サイズは、特に限定されず、数ｍｍ程度の液滴であってもよいが、好ましくは５０μｍ以下であり、より好ましくは１００ｎｍ～１０μｍである。
（原料溶液）
前記原料溶液は、霧化または液滴化が可能であり、半導体膜を形成可能な原料を含んでいれば特に限定されず、無機材料であっても、有機材料であってもよい。本発明においては、前記原料が、金属または金属化合物であるのが好ましく、アルミニウム、ガリウム、インジウム、鉄、クロム、バナジウム、チタン、ロジウム、ニッケル、コバルトおよびイリジウムから選ばれる１種または２種以上の金属を含むのがより好ましい。
前記原料溶液は、霧化または液滴化が可能であり、半導体膜を形成可能な原料を含んでいれば特に限定されず、無機材料であっても、有機材料であってもよい。本発明においては、前記原料が、金属または金属化合物であるのが好ましく、アルミニウム、ガリウム、インジウム、鉄、クロム、バナジウム、チタン、ロジウム、ニッケル、コバルトおよびイリジウムから選ばれる１種または２種以上の金属を含むのがより好ましい。
本発明においては、前記原料溶液として、前記金属を錯体または塩の形態で有機溶媒または水に溶解または分散させたものを好適に用いることができる。錯体の形態としては、例えば、アセチルアセトナート錯体、カルボニル錯体、アンミン錯体、ヒドリド錯体などが挙げられる。塩の形態としては、例えば、有機金属塩（例えば金属酢酸塩、金属シュウ酸塩、金属クエン酸塩等）、硫化金属塩、硝化金属塩、リン酸化金属塩、ハロゲン化金属塩（例えば塩化金属塩、臭化金属塩、ヨウ化金属塩等）などが挙げられる。
また、前記原料溶液には、ハロゲン化水素酸や酸化剤等の添加剤を混合するのが好ましい。前記ハロゲン化水素酸としては、例えば、臭化水素酸、塩酸、ヨウ化水素酸などが挙げられるが、中でも、異常粒の発生をより効率的に抑制できるとの理由から、臭化水素酸またはヨウ化水素酸が好ましい。前記酸化剤としては、例えば、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）、過酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ２）、過酸化バリウム（ＢａＯ２）、過酸化ベンゾイル（Ｃ６Ｈ５ＣＯ）２Ｏ２等の過酸化物、次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）、過塩素酸、硝酸、オゾン水、過酢酸やニトロベンゼン等の有機過酸化物などが挙げられる。
前記原料溶液には、ドーパントが含まれていてもよい。原料溶液にドーパントを含ませることで、ドーピングを良好に行うことができる。前記ドーパントは、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されない。前記ドーパントとしては、例えば、スズ、ゲルマニウム、ケイ素、チタン、ジルコニウム、バナジウムまたはニオブ等のｎ型ドーパント、またはＭｇ、Ｈ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｆｒ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｒａ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｔｉ、Ｐｂ、Ｎ、もしくはＰ等のｐ型ドーパントなどが挙げられる。前記ドーパントの含有量は、所望のキャリア密度に対するドーパントの原料中の濃度の関係を示す検量線を用いることにより適宜設定される。
原料溶液の溶媒は、特に限定されず、水等の無機溶媒であってもよいし、アルコール等の有機溶媒であってもよいし、無機溶媒と有機溶媒との混合溶媒であってもよい。本発明においては、前記溶媒が水を含むのが好ましく、水または水とアルコールとの混合溶媒であるのがより好ましい。
（搬送工程）
搬送工程では、キャリアガスでもって前記霧化液滴を成膜室内に搬送する。前記キャリアガスとしては、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されず、例えば、酸素、オゾン、窒素やアルゴン等の不活性ガス、または水素ガスやフォーミングガス等の還元ガスなどが好適な例として挙げられる。また、キャリアガスの種類は１種類であってよいが、２種類以上であってもよく、流量を下げた希釈ガス（例えば１０倍希釈ガス等）などを、第２のキャリアガスとしてさらに用いてもよい。また、キャリアガスの供給箇所も１箇所だけでなく、２箇所以上あってもよい。キャリアガスの流量は、特に限定されないが、０．０１～２０Ｌ／分であるのが好ましく、１～１０Ｌ／分であるのがより好ましい。希釈ガスの場合には、希釈ガスの流量が、０．００１～２Ｌ／分であるのが好ましく、０．１～１Ｌ／分であるのがより好ましい。
搬送工程では、キャリアガスでもって前記霧化液滴を成膜室内に搬送する。前記キャリアガスとしては、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されず、例えば、酸素、オゾン、窒素やアルゴン等の不活性ガス、または水素ガスやフォーミングガス等の還元ガスなどが好適な例として挙げられる。また、キャリアガスの種類は１種類であってよいが、２種類以上であってもよく、流量を下げた希釈ガス（例えば１０倍希釈ガス等）などを、第２のキャリアガスとしてさらに用いてもよい。また、キャリアガスの供給箇所も１箇所だけでなく、２箇所以上あってもよい。キャリアガスの流量は、特に限定されないが、０．０１～２０Ｌ／分であるのが好ましく、１～１０Ｌ／分であるのがより好ましい。希釈ガスの場合には、希釈ガスの流量が、０．００１～２Ｌ／分であるのが好ましく、０．１～１Ｌ／分であるのがより好ましい。
（成膜工程）
成膜工程では、前記基体近傍で前記霧化液滴を熱反応させることによって、基体上に、前記半導体膜を成膜する。熱反応は、熱でもって前記霧化液滴が反応すればそれでよく、反応条件等も本発明の目的を阻害しない限り特に限定されない。本工程においては、前記熱反応を、通常、溶媒の蒸発温度以上の温度で行うが、高すぎない温度（例えば１０００℃）以下が好ましく、６５０℃以下がより好ましく、３００℃～６５０℃が最も好ましい。また、熱反応は、本発明の目的を阻害しない限り、真空下、非酸素雰囲気下（例えば、不活性ガス雰囲気下等）、還元ガス雰囲気下および酸素雰囲気下のいずれの雰囲気下で行われてもよいが、不活性ガス雰囲気下または酸素雰囲気下で行われるのが好ましい。また、大気圧下、加圧下および減圧下のいずれの条件下で行われてもよいが、本発明においては、大気圧下で行われるのが好ましい。なお、膜厚は、成膜時間を調整することにより、設定することができる。
成膜工程では、前記基体近傍で前記霧化液滴を熱反応させることによって、基体上に、前記半導体膜を成膜する。熱反応は、熱でもって前記霧化液滴が反応すればそれでよく、反応条件等も本発明の目的を阻害しない限り特に限定されない。本工程においては、前記熱反応を、通常、溶媒の蒸発温度以上の温度で行うが、高すぎない温度（例えば１０００℃）以下が好ましく、６５０℃以下がより好ましく、３００℃～６５０℃が最も好ましい。また、熱反応は、本発明の目的を阻害しない限り、真空下、非酸素雰囲気下（例えば、不活性ガス雰囲気下等）、還元ガス雰囲気下および酸素雰囲気下のいずれの雰囲気下で行われてもよいが、不活性ガス雰囲気下または酸素雰囲気下で行われるのが好ましい。また、大気圧下、加圧下および減圧下のいずれの条件下で行われてもよいが、本発明においては、大気圧下で行われるのが好ましい。なお、膜厚は、成膜時間を調整することにより、設定することができる。
（基体）
前記基体は、前記半導体膜を支持できるものであれば特に限定されない。前記基体の材料も、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されず、公知の基体であってよく、有機化合物であってもよいし、無機化合物であってもよい。前記基体の形状としては、どのような形状のものであってもよく、あらゆる形状に対して有効であり、例えば、平板や円板等の板状、繊維状、棒状、円柱状、角柱状、筒状、螺旋状、球状、リング状などが挙げられるが、本発明においては、基板が好ましい。基板の厚さは、本発明においては特に限定されない。
前記基体は、前記半導体膜を支持できるものであれば特に限定されない。前記基体の材料も、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されず、公知の基体であってよく、有機化合物であってもよいし、無機化合物であってもよい。前記基体の形状としては、どのような形状のものであってもよく、あらゆる形状に対して有効であり、例えば、平板や円板等の板状、繊維状、棒状、円柱状、角柱状、筒状、螺旋状、球状、リング状などが挙げられるが、本発明においては、基板が好ましい。基板の厚さは、本発明においては特に限定されない。
前記基板は、板状であって、前記半導体膜の支持体となるものであれば特に限定されない。絶縁体基板であってもよいし、半導体基板であってもよいし、金属基板や導電性基板であってもよいが、前記基板が、絶縁体基板であるのが好ましく、また、表面に金属膜を有する基板であるのも好ましい。前記基板としては、例えば、コランダム構造を有する基板材料を主成分として含む下地基板、またはβ－ガリア構造を有する基板材料を主成分として含む下地基板、六方晶構造を有する基板材料を主成分として含む下地基板などが挙げられる。ここで、「主成分」とは、前記特定の結晶構造を有する基板材料が、原子比で、基板材料の全成分に対し、好ましくは５０％以上、より好ましくは７０％以上、更に好ましくは９０％以上含まれることを意味し、１００％であってもよい。
基板材料は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されず、公知のものであってよい。前記のコランダム構造を有する基板材料としては、例えば、α－Ａｌ２Ｏ３（サファイア基板）またはα－Ｇａ２Ｏ３が好適に挙げられ、ａ面サファイア基板、ｍ面サファイア基板、ｒ面サファイア基板、ｃ面サファイア基板や、α型酸化ガリウム基板（ａ面、ｍ面またはｒ面）などがより好適な例として挙げられる。β－ガリア構造を有する基板材料を主成分とする下地基板としては、例えばβ－Ｇａ２Ｏ３基板、又はＧａ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ３とを含みＡｌ２Ｏ３が０ｗｔ％より多くかつ６０ｗｔ％以下である混晶体基板などが挙げられる。また、六方晶構造を有する基板材料を主成分とする下地基板としては、例えば、ＳｉＣ基板、ＺｎＯ基板、ＧａＮ基板などが挙げられる。
本発明においては、前記成膜工程の後、アニール処理を行ってもよい。アニールの処理温度は、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されず、通常、３００℃～６５０℃であり、好ましくは３５０℃～５５０℃である。また、アニールの処理時間は、通常、１分間～４８時間であり、好ましくは１０分間～２４時間であり、より好ましくは３０分間～１２時間である。なお、アニール処理は、本発明の目的を阻害しない限り、どのような雰囲気下で行われてもよい。非酸素雰囲気下であってもよいし、酸素雰囲気下であってもよい。非酸素雰囲気下としては、例えば、不活性ガス雰囲気下（例えば、窒素雰囲気下）または還元ガス雰囲気下等が挙げられるが、本発明においては、不活性ガス雰囲気下が好ましく、窒素雰囲気下であるのがより好ましい。
また、本発明においては、前記基体上に、直接、前記半導体膜を設けてもよいし、応力緩和層（例えば、バッファ層、ＥＬＯ層等）、剥離犠牲層等の他の層を介して前記半導体膜を設けてもよい。各層の形成手段は、特に限定されず、公知の手段であってよいが、本発明においては、ミストＣＶＤ法が好ましい。
本発明においては、前記半導体膜を、前記基体等から剥離する等の公知の手段を用いた後に、前記半導体層として半導体装置に用いてもよいし、そのまま前記半導体層として半導体装置に用いてもよい。
第１の電極層は、導電性を有しており、第２の電極層よりも導電率が低いものであれば、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されない。第１の電極層の構成材料は、導電性無機材料であってもよいし、導電性有機材料であってもよい。本発明においては、第１の電極の材料が、金属であるのが好ましい。前記金属としては、好適には、例えば、周期律表第４族～第１０族から選ばれる少なくとも１種の金属等が挙げられる。周期律表第４族の金属としては、例えば、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）などが挙げられる。周期律表第５族の金属としては、例えば、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）などが挙げられる。周期律表第６族の金属としては、例えば、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）およびタングステン（Ｗ）などが挙げられる。周期律表第７族の金属としては、例えば、マンガン（Ｍｎ）、テクネチウム（Ｔｃ）、レニウム（Ｒｅ）などが挙げられる。周期律表第８族の金属としては、例えば、鉄（Ｆｅ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）などが挙げられる。周期律表第９族の金属としては、例えば、コバルト（Ｃｏ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）などが挙げられる。周期律表第１０族の金属としては、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）などが挙げられる。本発明においては、第１の電極層が、周期律表第４族および第９族から選ばれる少なくも１種の金属を含むのが好ましく、周期律表第９族金属を含むのがより好ましい。第１の電極層の層厚は、特に限定されないが、０．１ｎｍ～１０μｍが好ましく、５ｎｍ～５００ｎｍがより好ましく、１０ｎｍ～２００ｎｍが最も好ましい。なお、本発明においては、第１の電極層の層厚が、第２の電極層の層厚よりも薄いのが好ましい。また、本発明においては、第１の電極層が、互いに組成の異なる２層以上からなるのが好ましい。第１の電極層をこのような好ましい構成とすることにより、よりショットキー特性に優れた半導体装置を得ることができるだけでなく、リーク電流の抑制効果をより良好に発現することができる。
第２の電極層は、導電性を有しており、第１の電極層よりも導電率の高いものであれば、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されない。第２の電極層の構成材料は、導電性無機材料であってもよいし、導電性有機材料であってもよい。本発明においては、第２の電極の材料が、金属であるのが好ましい。本発明においては、第２の電極の材料が、金属であるのが好ましい。前記金属としては、好適には、例えば、周期律表８族～第１３族から選ばれる少なくとも１種の金属等が挙げられる。周期律表第８族～１０族の金属としては、第１の電極層の説明において周期律表第８族～１０族の金属としてそれぞれ例示した金属などが挙げられる。周期律表第１１族金属としては、例えば、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）などが挙げられる。周期律表第１２族の金属としては、例えば、亜鉛（ＺＮ）、カドミウム（Ｃｄ）などが挙げられる。また、周期律表第１３族の金属としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）などが挙げられる。本発明においては、第２の電極層が、周期律表第１１族および第１３族金属から選ばれる少なくとも１種の金属を含むのが好ましく、銀、銅、金およびアルミニウムから選ばれる少なくとも１種の金属を含むのがより好ましい。なお、第２の電極層の層厚は、特に限定されないが、１ｎｍ～５００μｍが好ましく、１０ｎｍ～１００μｍがより好ましく、０．５μｍ～１０μｍがもっとも好ましい。
第１の電極層または第２の電極層の形成手段は特に限定されず、公知の手段であってよい。第１の電極または第２の電極層の形成手段としては、具体的には例えば、ドライ法やウェット法などが挙げられる。ドライ法としては、例えば、スパッタ、真空蒸着、ＣＶＤ等が挙げられる。ウェット法としては、例えば、スクリーン印刷やダイコート等が挙げられる。
第１の電極層の外端部は、第２の電極層の外端部よりも外側に位置していれば、特に限定されないが、本発明においては、第１の電極層の外端部と第２の電極層の外端部との間の距離が１μｍ以上であるのが、よりリーク電流を抑制することができるので、好ましい。また、本発明においては、第１の電極層のうち、第２の電極層の外端部よりも外側に張り出している部分（以下、「張り出し部分」ともいう）の少なくとも一部が、前記半導体装置の外側に向かって膜厚が減少するテーパ領域を有しているのも、前記半導体装置の耐圧性をより優れたものとすることができるので、好ましい。また、このような好ましい電極構成と上記した好ましい前記半導体層の構成材料とを組み合わせることによって、より良好にリーク電流が抑制された、より低損失な半導体装置を得ることができる。なお、前記テーパ領域における膜厚の減少率などは特に限定されず、便宜上、内側の膜厚と外側の膜厚との任意の２点から、前記半導体装置の外側に向かって膜厚が減少するといえる場合には、前記テーパ領域としてもよい。
また、本発明においては、前記半導体層上に、さらに、フィールド絶縁膜を有しているのも好ましく、この場合、第１の電極層の外端部が、前記フィールド絶縁膜上に位置しているのが、半導体層内に空乏層がより良好に形成されるので、より好ましい。前記フィールド絶縁膜の構成材料は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されず、公知の材料であってよい。前記フィールド絶縁膜としては、例えば、ＳｉＯ２膜、ポリシリコン膜、リン添加ＳｉＯ２膜（ＰＳＧ膜）、ボロン添加ＳｉＯ２膜、リンーボロン添加ＳｉＯ２膜（ＢＰＳＧ膜）等が挙げられる。前記フィールド絶縁膜の形成手段としては、例えば、ＣＶＤ法、大気圧ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、ミストＣＶＤ法、熱酸化法等が挙げられる。本発明においては、前記フィールド絶縁膜の形成手段が、ミストＣＶＤ法または大気圧ＣＶＤ法であるのが好ましい。
以下、図面を用いて本発明の好適な実施の態様をより詳細に説明するが、本発明はこれら実施の態様に限定されるものではない。
図１は、本発明の好適な実施態様の一つであるショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）の主要部を示す。図１のＳＢＤは、オーミック電極１０２、ｎ－型半導体層１０１ａ、ｎ＋型半導体層１０１ｂ、ショットキー電極１０３を備えている。また、ショットキー電極１０３は、金属層１０３ａ、金属層１０３ｂおよび金属層１０３ｃから構成されている。図１の半導体装置は、第１の電極層としての金属層１０３ｂおよび／または金属層１０３ｃの外端部が、第２の電極層としての金属層１０３ａの外端部よりも外側に位置しているので、リーク電流をより良好に抑制することができる。またさらに、金属層１０３ｂおよび／または金属層１０３ｃのうち、金属層１０３ａの外端部よりも外側に張り出した部分が、半導体装置の外側に向かって膜厚が減少するテーパ領域を有しているので、より耐圧性に優れた構成となっている。
金属層１０３ａの構成材料としては、例えば、第２の電極層の構成材料として例示した上記金属などが挙げられる。また、金属層１０３ｂおよび金属層１０３ｃの構成材料としては、例えば、第１の電極層の構成材料として例示した上記金属などが挙げられる。図１の各層の形成手段は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されず、公知の手段であってよい。例えば、真空蒸着法やＣＶＤ法、スパッタ法、各種コーティング技術により成膜した後、フォトリソグラフィー法によりパターニングする手段、または印刷技術などを用いて直接パターニングを行う手段などが挙げられる。
図２は、本発明の他の好適な実施態様の一つであるショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）の主要部を示す。図２のＳＢＤは、フィールド絶縁膜１０４をさらに有しており、金属層１０３ｂおよび／または金属層１０３ｃの外端部がフィールド絶縁膜１０４上に位置している点で、図１のＳＢＤと異なる。このような構成とすることにより、半導体装置の耐圧特性をより優れたものとすることができる。
図２の各層の形成手段は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されず、公知の手段であってよい。例えば、真空蒸着法やＣＶＤ法、スパッタ法、各種コーティング技術により成膜した後、フォトリソグラフィー法によりパターニングする手段、または印刷技術などを用いて直接パターニングを行う手段などが挙げられる。
以下、図２の半導体装置を製造する好適な例を用いて、本発明をより詳細に説明する。
図３（ａ）は、オーミック電極１０２上にｎ＋型半導体層１０１ｂおよびｎ－型半導体層１０１ａがこの順で形成されており、ｎ－型半導体層上にフィールド絶縁膜１０４が形成されている積層体を示している。フィールド絶縁膜１０４の形成手段は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されない。フィールド絶縁膜１０４の形成手段としては、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法、塗布法、ＣＶＤ法、大気圧ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、ミストＣＶＤ法、熱酸化法等が挙げられるが、本発明においては、ミストＣＶＤ法または大気圧ＣＶＤ法が好ましい。また、フィールド絶縁膜４には、前記ｎ－型半導体層１０１ａの少なくとも一部が露出するように、第１の電極層のための開口部が形成されている。前記開口部の形成手段は、特に限定されず、公知のエッチング手段であってよい。なお、フィールド絶縁膜１０４には、前記半導体装置の外側から内側に向かって膜厚が減少するテーパ部が形成されている。テーパ部の形成手段は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されず、公知の手段であってよい。
次に、図３（ａ）の積層体上に、前記ドライ法または前記ウェット法を用いて金属層１０３ａ、１０３ｂおよび１０３ｃを形成し、図３（ｂ）の積層体を得る。その後、金属層１０３ａ、金属層１０３ｂおよび金属層１０３ｃのうち余分な部分を公知のエッチング技術を用いて除去することにより、図３（ｃ）の積層体を得る。なお、該エッチングにおいて、例えば、レジストを後退させながらエッチングすることにより、第１の電極の外端部がテーパ形状を有するように形成するのが好ましい。以上のようにして得られた半導体装置は、リーク電流を抑制しつつ優れた耐圧性を有する構成となっている。
図４は、本発明の他の好適な実施態様の一つであるショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）の主要部を示す。図４のＳＢＤは、第１の金属層の外端部周辺に、保護金属層１０５がさらに設けられている点で図２のＳＢＤと異なる。保護金属層１０５は、少なくともフィールド絶縁膜１０４の端部を覆うよう設けられている。保護金属層の構成材料は特に限定されず、上記金属層の材料として例示した金属と同様であってよい。このような構成とすることにより、金属層１０３ａ、金属層１０３ｂおよび金属層１０３ｃの形成をより効率的に行うことができ、耐圧特性をより向上しつつ、半導体装置の信頼性をより優れたものとすることができる。
図４の各層の形成手段は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されず、公知の手段であってよい。例えば、真空蒸着法やＣＶＤ法、スパッタ法、各種コーティング技術により成膜した後、フォトリソグラフィー法によりパターニングする手段、または印刷技術などを用いて直接パターニングを行う手段などが挙げられる。
前記半導体装置は、とりわけ、パワーデバイスに有用である。前記半導体装置としては、例えば、ダイオード（例えば、ＰＮダイオード、ショットキーバリアダイオード、ジャンクションバリアショットキーダイオード等）またはトランジスタ（例えば、ＭＯＳＦＥＴ、ＭＥＳＦＥＴ等）などが挙げられるが、中でもダイオードが好ましく、ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）がより好ましい。
本発明の半導体装置は、上記した事項に加え、さらに公知の手段を用いて、パワーモジュール、インバータまたはコンバータとして好適に用いられ、これら半導体装置も本発明に含まれる。また、本発明の半導体装置は、さらには、例えば電源装置を用いた半導体システム等に好適に用いられる。前記電源装置は、公知の手段を用いて、配線パターン等に接続するなどすることにより、前記半導体装置からまたは前記半導体装置として作製することができる。図６に電源システムの例を示す。図６は、複数の前記電源装置と制御回路を用いて電源システムを構成している。前記電源システムは、図７に示すように、電子回路と組み合わせてシステム装置に用いることができる。なお、電源装置の電源回路図の一例を図８に示す。図８は、パワー回路と制御回路からなる電源装置の電源回路を示しており、インバータ（ＭＯＳＦＥＴ：Ａ～Ｄで構成）によりＤＣ電圧を高周波でスイッチングしＡＣへ変換後、トランスで絶縁及び変圧を実施し、整流ＭＯＳＦＥＴ（Ａ～Ｂ’）で整流後、ＤＣＬ（平滑用コイルＬ１，Ｌ２）とコンデンサにて平滑し、直流電圧を出力する。この時に電圧比較器で出力電圧を基準電圧と比較し、所望の出力電圧となるようＰＷＭ制御回路でインバータ及び整流ＭＯＳＦＥＴを制御する。
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
１．ｎ－型半導体層の形成
１－１．成膜装置
図５を用いて、本実施例で用いたミストＣＶＤ装置１を説明する。ミストＣＶＤ装置１は、キャリアガスを供給するためのキャリアガス源２ａと、キャリアガス源２ａから送り出されるキャリアガスの流量を調節するための流量調節弁３ａと、キャリアガス（希釈）を供給するキャリアガス（希釈）源２ｂと、キャリアガス（希釈）源２ｂから送り出されるキャリアガス（希釈）の流量を調節するための流量調節弁３ｂと、原料溶液４ａが収容されるミスト発生源４と、水５ａが入れられる容器５と、容器５の底面に取り付けられた超音波振動子６と、成膜室７と、ミスト発生源４から成膜室７までをつなぐ供給管９と、成膜室７内に設置されたホットプレート８と、熱反応後のミスト、液滴および排気ガスを排出する排出口１１とを備えている。なお、ホットプレート８上には、基板１０が設置されている。
１．ｎ－型半導体層の形成
１－１．成膜装置
図５を用いて、本実施例で用いたミストＣＶＤ装置１を説明する。ミストＣＶＤ装置１は、キャリアガスを供給するためのキャリアガス源２ａと、キャリアガス源２ａから送り出されるキャリアガスの流量を調節するための流量調節弁３ａと、キャリアガス（希釈）を供給するキャリアガス（希釈）源２ｂと、キャリアガス（希釈）源２ｂから送り出されるキャリアガス（希釈）の流量を調節するための流量調節弁３ｂと、原料溶液４ａが収容されるミスト発生源４と、水５ａが入れられる容器５と、容器５の底面に取り付けられた超音波振動子６と、成膜室７と、ミスト発生源４から成膜室７までをつなぐ供給管９と、成膜室７内に設置されたホットプレート８と、熱反応後のミスト、液滴および排気ガスを排出する排出口１１とを備えている。なお、ホットプレート８上には、基板１０が設置されている。
１－２．原料溶液の作製
０．１Ｍ臭化ガリウム水溶液に臭化スズを混合し、ガリウムに対するスズの原子比が１：０．０００８となるように水溶液を調製し、この際、臭化水素酸を体積比で２０％となるように含有させ、これを原料溶液とした。
０．１Ｍ臭化ガリウム水溶液に臭化スズを混合し、ガリウムに対するスズの原子比が１：０．０００８となるように水溶液を調製し、この際、臭化水素酸を体積比で２０％となるように含有させ、これを原料溶液とした。
１－３．成膜準備
上記１－２．で得られた原料溶液４ａをミスト発生源４に収容した。次に、基板１０として、表面にバッファ層としてノンドープα－Ｇａ２Ｏ３層が形成されたｍ面サファイア基板をホットプレート８上に設置し、ホットプレート８を作動させて成膜室７内の温度を４７０℃にまで昇温させた。次に、流量調節弁３ａ、３ｂを開いて、キャリアガス源であるキャリアガス供給源２ａ、２ｂからキャリアガスを成膜室７内に供給し、成膜室７の雰囲気をキャリアガスで十分に置換した後、キャリアガスの流量を１．２Ｌ／分に、キャリアガス（希釈）の流量を１．０Ｌ／分にそれぞれ調節した。なお、キャリアガスとして窒素を用いた。
上記１－２．で得られた原料溶液４ａをミスト発生源４に収容した。次に、基板１０として、表面にバッファ層としてノンドープα－Ｇａ２Ｏ３層が形成されたｍ面サファイア基板をホットプレート８上に設置し、ホットプレート８を作動させて成膜室７内の温度を４７０℃にまで昇温させた。次に、流量調節弁３ａ、３ｂを開いて、キャリアガス源であるキャリアガス供給源２ａ、２ｂからキャリアガスを成膜室７内に供給し、成膜室７の雰囲気をキャリアガスで十分に置換した後、キャリアガスの流量を１．２Ｌ／分に、キャリアガス（希釈）の流量を１．０Ｌ／分にそれぞれ調節した。なお、キャリアガスとして窒素を用いた。
１－４．結晶性酸化物半導体膜の形成
次に、超音波振動子６を２．４ＭＨｚで振動させ、その振動を、水５ａを通じて原料溶液４ａに伝播させることによって、原料溶液４ａを霧化させてミスト４ｂを生成させた。このミスト４ｂが、キャリアガスによって、供給管９内を通って、成膜室７内に導入され、大気圧下、６１５℃にて、成膜室７内でミストが熱反応して、基板１０上に膜が形成された。なお、成膜時間は６時間であった。
次に、超音波振動子６を２．４ＭＨｚで振動させ、その振動を、水５ａを通じて原料溶液４ａに伝播させることによって、原料溶液４ａを霧化させてミスト４ｂを生成させた。このミスト４ｂが、キャリアガスによって、供給管９内を通って、成膜室７内に導入され、大気圧下、６１５℃にて、成膜室７内でミストが熱反応して、基板１０上に膜が形成された。なお、成膜時間は６時間であった。
１－５．評価
ＸＲＤ回折装置を用いて、上記１－４．にて得られた膜の相の同定を行ったところ、得られた膜はα－Ｇａ２Ｏ３であった。
ＸＲＤ回折装置を用いて、上記１－４．にて得られた膜の相の同定を行ったところ、得られた膜はα－Ｇａ２Ｏ３であった。
２．ｎ＋型半導体層の形成
原料溶液として、０．１Ｍ臭化ガリウム水溶液に臭化スズを混合し、ガリウムに対するスズの原子比が１：０．２４となるように水溶液を調製し、この際、臭化水素酸を体積比で２０％となるように含有させた水溶液を用いたこと、および成膜時間を２時間としたこと以外は、上記１．と同様にして、結晶性酸化物半導体膜を形成した。得られた膜につき、ＸＲＤ回折装置を用いて膜の相の同定を行ったところ、得られた膜はα－Ｇａ２Ｏ３であった。
原料溶液として、０．１Ｍ臭化ガリウム水溶液に臭化スズを混合し、ガリウムに対するスズの原子比が１：０．２４となるように水溶液を調製し、この際、臭化水素酸を体積比で２０％となるように含有させた水溶液を用いたこと、および成膜時間を２時間としたこと以外は、上記１．と同様にして、結晶性酸化物半導体膜を形成した。得られた膜につき、ＸＲＤ回折装置を用いて膜の相の同定を行ったところ、得られた膜はα－Ｇａ２Ｏ３であった。
３．オーミック電極の形成
上記２．で得られた積層体のｎ＋型半導体層上に、Ｔｉ層およびＡｕ層をそれぞれスパッタリングにて積層した。なお、Ｔｉ層の厚さは７０ｎｍであり、Ａｕ層の厚さは３０ｎｍであった。
上記２．で得られた積層体のｎ＋型半導体層上に、Ｔｉ層およびＡｕ層をそれぞれスパッタリングにて積層した。なお、Ｔｉ層の厚さは７０ｎｍであり、Ａｕ層の厚さは３０ｎｍであった。
４．基板除去
上記３．にて得られた積層体のオーミック電極上に、仮ウエハを一時的に接合し、ついで、グラインダーおよびＣＭＰ装置を用いて、基板１０を研磨し、上記サファイア基板およびバッファ層を除去した。
上記３．にて得られた積層体のオーミック電極上に、仮ウエハを一時的に接合し、ついで、グラインダーおよびＣＭＰ装置を用いて、基板１０を研磨し、上記サファイア基板およびバッファ層を除去した。
５．絶縁膜の形成
上記４．で得られた積層体のｎ－型半導体層上に、プラズマＣＶＤにてＳｉＯ２膜を形成した。その後、エッチングにより、前記ｎ－型半導体層の一部が露出するようにＳｉＯ２膜に開口部を形成した。
上記４．で得られた積層体のｎ－型半導体層上に、プラズマＣＶＤにてＳｉＯ２膜を形成した。その後、エッチングにより、前記ｎ－型半導体層の一部が露出するようにＳｉＯ２膜に開口部を形成した。
６．ショットキー電極の形成
上記５．で得られた積層体のｎ－型半導体層上に、ＥＢ蒸着により、Ｃｏ膜（厚さ１００ｎｍ）、Ｔｉ膜（５０ｎｍ）およびＡｌ膜（厚さ５μｍ）をそれぞれ形成し、ショットキー電極とした。その後、エッチングにより、Ｃｏ膜、Ｔｉ膜およびＡｌ膜を除去した。得られたショットキー電極の外端部をＳＥＭにより観察したところ、Ａｌ膜の外周において、Ｔｉ膜およびＣｏ膜が約１０μｍ外側に張り出しており、Ｔｉ膜およびＣｏ膜の外端部が、Ａｌ膜の外端部よりも外側に位置していることを確認した。なお、Ｔｉ膜およびＣｏ膜の外端部はｎ－型半導体層に接触していた。また、張り出しているＣｏ膜のシート抵抗は、１．３Ωであった。
上記５．で得られた積層体のｎ－型半導体層上に、ＥＢ蒸着により、Ｃｏ膜（厚さ１００ｎｍ）、Ｔｉ膜（５０ｎｍ）およびＡｌ膜（厚さ５μｍ）をそれぞれ形成し、ショットキー電極とした。その後、エッチングにより、Ｃｏ膜、Ｔｉ膜およびＡｌ膜を除去した。得られたショットキー電極の外端部をＳＥＭにより観察したところ、Ａｌ膜の外周において、Ｔｉ膜およびＣｏ膜が約１０μｍ外側に張り出しており、Ｔｉ膜およびＣｏ膜の外端部が、Ａｌ膜の外端部よりも外側に位置していることを確認した。なお、Ｔｉ膜およびＣｏ膜の外端部はｎ－型半導体層に接触していた。また、張り出しているＣｏ膜のシート抵抗は、１．３Ωであった。
（比較例１）
ショットキー電極の形成を、Ａｌ膜、Ｃｏ膜およびＴｉ膜の外端部がＳｉＯ２膜上に位置し（第２の電極層としてのＡｌ膜の外端部が半導体層と電気的に接続していない状態）、且つＡｌ膜、Ｔｉ膜およびＣｏ膜の外端部が略同じ位置になるように行ったこと以外は、実施例１と同様にしてＳＢＤを作製した。
ショットキー電極の形成を、Ａｌ膜、Ｃｏ膜およびＴｉ膜の外端部がＳｉＯ２膜上に位置し（第２の電極層としてのＡｌ膜の外端部が半導体層と電気的に接続していない状態）、且つＡｌ膜、Ｔｉ膜およびＣｏ膜の外端部が略同じ位置になるように行ったこと以外は、実施例１と同様にしてＳＢＤを作製した。
（実施例２）
ｎ－半導体層の形成を、原料溶液として、０．１Ｍ臭化ガリウム水溶液に、臭化水素酸を体積比で１０％となるように含有させた水溶液を用いたこと、およびショットキー電極の形成を、Ａｌ膜がＣｏ膜およびＴｉ膜を介してｎ－型半導体層上と電気的に接続され、且つＣｏ膜およびＴｉ膜の外端部がＳｉＯ２膜上に位置するように形成したこと以外は、実施例１と同様にして、ＳＢＤを作製した。得られたＳＢＤにつき、ＩＶ測定を実施したところ、実施例１のＳＢＤと同等のリーク電流低減効果を有していた。
ｎ－半導体層の形成を、原料溶液として、０．１Ｍ臭化ガリウム水溶液に、臭化水素酸を体積比で１０％となるように含有させた水溶液を用いたこと、およびショットキー電極の形成を、Ａｌ膜がＣｏ膜およびＴｉ膜を介してｎ－型半導体層上と電気的に接続され、且つＣｏ膜およびＴｉ膜の外端部がＳｉＯ２膜上に位置するように形成したこと以外は、実施例１と同様にして、ＳＢＤを作製した。得られたＳＢＤにつき、ＩＶ測定を実施したところ、実施例１のＳＢＤと同等のリーク電流低減効果を有していた。
（Ｉ－Ｖ測定）
実施例１、比較例１および実施例２にて得られたＳＢＤにつき、Ｉ－Ｖ測定を実施した。実施例２および比較例１の結果を図９に示す。図９から明らかなように、実施例２のＳＢＤは比較例１のＳＢＤと比較してリーク電流が大幅に低減されていることが分かる。また、実施例１のＳＢＤは、実施例２のＳＢＤと同等のリーク電流抑制効果を有していた。
実施例１、比較例１および実施例２にて得られたＳＢＤにつき、Ｉ－Ｖ測定を実施した。実施例２および比較例１の結果を図９に示す。図９から明らかなように、実施例２のＳＢＤは比較例１のＳＢＤと比較してリーク電流が大幅に低減されていることが分かる。また、実施例１のＳＢＤは、実施例２のＳＢＤと同等のリーク電流抑制効果を有していた。
本発明の半導体装置は、半導体（例えば化合物半導体電子デバイス等）、電子部品・電気機器部品、光学・電子写真関連装置、工業部材などあらゆる分野に用いることができるが、とりわけ、パワーデバイスに有用である。
１ 成膜装置（ミストＣＶＤ装置）
２ａ キャリアガス源
２ｂ キャリアガス（希釈）源
３ａ 流量調節弁
３ｂ 流量調節弁
４ ミスト発生源
４ａ 原料溶液
４ｂ 原料微粒子
５ 容器
５ａ 水
６ 超音波振動子
７ 成膜室
８ ホットプレート
９ 供給管
１０ 基板
１０１ａ ｎ－型半導体層
１０１ｂ ｎ＋型半導体層
１０２ オーミック電極
１０３ ショットキー電極
１０３ａ 金属層
１０３ｂ 金属層
１０３ｃ 金属層
１０４ 絶縁膜（フィールド絶縁膜）
１０５ 保護金属層
２ａ キャリアガス源
２ｂ キャリアガス（希釈）源
３ａ 流量調節弁
３ｂ 流量調節弁
４ ミスト発生源
４ａ 原料溶液
４ｂ 原料微粒子
５ 容器
５ａ 水
６ 超音波振動子
７ 成膜室
８ ホットプレート
９ 供給管
１０ 基板
１０１ａ ｎ－型半導体層
１０１ｂ ｎ＋型半導体層
１０２ オーミック電極
１０３ ショットキー電極
１０３ａ 金属層
１０３ｂ 金属層
１０３ｃ 金属層
１０４ 絶縁膜（フィールド絶縁膜）
１０５ 保護金属層
Claims (13)
- コランダム構造を有する酸化物半導体を主成分として含む半導体層とショットキー電極とを少なくとも備え、前記ショットキー電極が、第１の電極層および第１の電極層よりも導電率が高い第２の電極層を含む半導体装置であって、前記第２の電極層の外端部が前記第１の電極層を介して前記半導体層と電気的に接続しており、電気的に接続している前記第２の電極層の電気的接続領域の外端部よりも外側に前記第１の電極層の外端部が位置していることを特徴とする半導体装置。
- 前記酸化物半導体が、アルミニウム、インジウムおよびガリウムから選ばれる少なくとも１種の金属を含む請求項１記載の半導体装置。
- 前記酸化物半導体が、少なくともガリウムを含む請求項１または２に記載の半導体装置。
- 前記第１の電極層が、周期律表第４族～第１０族から選ばれる少なくとも１種の金属を含む請求項１～３のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記第１の電極層が、周期律表第４族および第９族から選ばれる少なくとも１種の金属を含む請求項１～４のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記第１の電極層が、互いに組成の異なる２層以上からなる請求項１～５のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記第１の電極層のうち、前記第２の電極層の外端部よりも外側に張り出した部分の少なくとも一部が、前記半導体装置の外側に向かって膜厚が減少するテーパ領域を有する請求項１～６のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記第２の電極層が、銀、銅、金およびアルミニウムから選ばれる少なくとも１種の金属を含む請求項１～７のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記第１の電極層の層厚が前記第２の電極層の層厚よりも薄い請求項１～８のいずれかに記載の半導体装置。
- さらに、フィールド絶縁膜を有しており、前記第１の電極層の外端部が前記フィールド絶縁膜上に位置している請求項１～９のいずれかに記載の半導体装置。
- ショットキーバリアダイオードである請求項１～１０のいずれかに記載の半導体装置。
- パワーデバイスである請求項１～１１のいずれかに記載の半導体装置。
- 半導体装置を備える半導体システムであって、前記半導体装置が、請求項１～１２のいずれかに記載の半導体装置であることを特徴とする半導体システム。
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Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015115373A (ja) | 2013-12-09 | 2015-06-22 | 富士電機株式会社 | 半導体装置および半導体装置の製造方法 |
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|---|---|---|---|---|
| JP4670034B2 (ja) | 2004-03-12 | 2011-04-13 | 学校法人早稲田大学 | 電極を備えたＧａ２Ｏ３系半導体層 |
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| JP6149786B2 (ja) | 2014-04-11 | 2017-06-21 | 豊田合成株式会社 | 半導体装置および半導体装置の製造方法 |
| JP6179445B2 (ja) * | 2014-04-11 | 2017-08-16 | 豊田合成株式会社 | 縦型ショットキーバリアダイオード、縦型ショットキーバリアダイオードの製造方法 |
| JP6513339B2 (ja) * | 2014-04-30 | 2019-05-15 | 三菱電機株式会社 | 炭化珪素半導体装置 |
| JP6906217B2 (ja) | 2015-12-18 | 2021-07-21 | 株式会社Flosfia | 半導体装置 |
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| JP6609283B2 (ja) * | 2017-05-22 | 2019-11-20 | 富士電機株式会社 | 炭化珪素半導体装置 |
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-
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Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015115373A (ja) | 2013-12-09 | 2015-06-22 | 富士電機株式会社 | 半導体装置および半導体装置の製造方法 |
| WO2015166608A1 (ja) | 2014-04-30 | 2015-11-05 | 三菱電機株式会社 | 炭化珪素半導体装置 |
| JP2015227279A (ja) | 2014-05-08 | 2015-12-17 | 株式会社Flosfia | 結晶性積層構造体および半導体装置 |
| JP2016018900A (ja) | 2014-07-08 | 2016-02-01 | 株式会社Flosfia | 結晶性半導体膜および半導体装置 |
| WO2016013554A1 (ja) | 2014-07-22 | 2016-01-28 | 株式会社Flosfia | 結晶性半導体膜および板状体ならびに半導体装置 |
| JP2017118039A (ja) | 2015-12-25 | 2017-06-29 | 出光興産株式会社 | 積層体、半導体素子及び電気機器 |
| JP2017224794A (ja) | 2016-06-17 | 2017-12-21 | ラピスセミコンダクタ株式会社 | 半導体装置および半導体装置の製造方法 |
| JP2018002544A (ja) | 2016-06-30 | 2018-01-11 | 株式会社Flosfia | 結晶性酸化物半導体膜およびその製造方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 一戸隆久，プラズマアシスト蒸着法による銀酸化物薄膜の形成，表面と真空，日本，日本表面真空学会，2018年03月10日，第６１巻、第３号，pp.172-176，https://doi.org/10.1380/vss.61.172 |
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