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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-06-06
(45)【発行日】2022-06-14
(54)【発明の名称】酸化物半導体基板及びショットキーバリアダイオード
(51)【国際特許分類】
H01L 29/872 20060101AFI20220607BHJP
H01L 29/06 20060101ALI20220607BHJP
H01L 29/47 20060101ALI20220607BHJP
【ＦＩ】
H01L29/86 301D
H01L29/86 301F
H01L29/86 301E
H01L29/06 301G
H01L29/06 301M
H01L29/06 301V
H01L29/86 301M
H01L29/48 D
【請求項の数】
29
(21)【出願番号】P 2020207470
(22)【出願日】2020-12-15
(62)【分割の表示】P 2019031008の分割
【原出願日】2014-08-08
(65)【公開番号】P2021052203
(43)【公開日】2021-04-01
【審査請求日】2021-01-12
(31)【優先権主張番号】P 2013169966
(32)【優先日】2013-08-19
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000183646
【氏名又は名称】出光興産株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002354
【氏名又は名称】弁理士法人平和国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】笘井 重和
(72)【発明者】
【氏名】柴田 雅敏
(72)【発明者】
【氏名】川嶋 絵美
(72)【発明者】
【氏名】矢野 公規
(72)【発明者】
【氏名】早坂 紘美
【審査官】恩田 和彦
(56)【参考文献】
【文献】特開２００９－２５３１４２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－２１６８６３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－１９４２２５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－０２１６８９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－０８４８５８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０４－３０２１７３（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１０／１４７０７３（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２９／８７２
Ｈ０１Ｌ ２９／０６
Ｈ０１Ｌ ２９／４７
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板と、オーミック電極層と、酸化物半導体層と、ショットキー電極層とを、この順に積層する、又は
基板と、ショットキー電極層と、酸化物半導体層と、オーミック電極層とを、この順に積層するショットキーバリアダイオード素子であって、
前記酸化物半導体層が、実質的に、インジウム（Ｉｎ）を主成分として含む多結晶及び／又は非晶質の酸化物半導体のみからなるショットキーバリアダイオード素子。
【請求項2】
基板と、オーミック電極層と、酸化物半導体層と、ショットキー電極層とを、この順に積層する請求項１記載のショットキーバリアダイオード素子。
【請求項3】
基板と、ショットキー電極層と、酸化物半導体層と、オーミック電極層とを、この順に積層する請求項１記載のショットキーバリアダイオード素子。
【請求項4】
前記酸化物半導体が、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｇａ及びＳｎからなる群から選択される１種以上を含む請求項１～３のいずれかに記載のショットキーバリアダイオード素子。
【請求項5】
前記酸化物半導体層中に含まれる全金属元素に対するインジウムの原子組成百分率（［Ｉｎ］／（［Ｉｎ］＋［Ｉｎ以外の全金属元素］）×１００）が３０～１００ａｔｍ％である請求項１～４のいずれかに記載のショットキーバリアダイオード素子。
【請求項6】
前記酸化物半導体層が、さらに、Ａｌ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｃｅ、Ｓｍ、及びＳｎから選ばれる１種以上の元素を含む請求項１～５のいずれかに記載のショットキーバリアダイオード素子。
【請求項7】
前記酸化物半導体層の室温におけるキャリア濃度が１×１０１４ｃｍ－３以上、１×１０１７ｃｍ－３以下である請求項１～６のいずれかに記載のショットキーバリアダイオード素子。
【請求項8】
前記酸化物半導体層の端部が露出しないように絶縁膜により被覆されている請求項１～７のいずれかに記載のショットキーバリアダイオード素子。
【請求項9】
請求項１～８のいずれかに記載のショットキーバリアダイオード素子を含む電気回路。
【請求項10】
請求項１～８のいずれかに記載のショットキーバリアダイオード素子を含む電気機器。
【請求項11】
請求項１～８のいずれかに記載のショットキーバリアダイオード素子を含む電子機器。
【請求項12】
請求項１～８のいずれかに記載のショットキーバリアダイオード素子を含む車両。
【請求項13】
基板と、第１の金属薄膜と、酸化物半導体層と、第２の金属薄膜と、をこの順で積層し、前記酸化物半導体層が、実質的に、インジウム（Ｉｎ）を主成分として含む多結晶及び／又は非晶質の酸化物半導体のみからなり、
前記酸化物半導体層と前記第２の金属薄膜とが電気的に接触する領域を含む
構造体。
【請求項14】
前記第２の金属薄膜の仕事関数が４．７ｅＶ以上である請求項１３に記載の構造体。
【請求項15】
前記酸化物半導体が結晶質であり、前記酸化物半導体中に、Ａｌ，Ｓｉ，Ｃｅ、Ｇａ、Ｈｆ、Ｚｒ及びＳｍから選ばれる少なくとも１種類の元素が全金属元素中３ａｔ％以上、３０ａｔ％以下の割合で含まれている請求項１３又は１４に記載の構造体。
【請求項16】
前記酸化物半導体の室温におけるキャリア濃度が１×１０１４ｃｍ－３以上、１×１０１７ｃｍ－３以下である請求項１３～１５のいずれかに記載の構造体。
【請求項17】
前記酸化物半導体層の膜厚が５０ｎｍ～２０μｍである請求項１３～１６のいずれかに記載の構造体。
【請求項18】
前記基板が導電性基板である請求項１３～１７のいずれかに記載の構造体。
【請求項19】
前記導電性基板が単結晶シリコン、多結晶シリコン及び微結晶シリコンから選ばれる１以上から構成される請求項１８に記載の構造体。
【請求項20】
前記基板が電気絶縁性基板である請求項１３～１７のいずれかに記載の構造体。
【請求項21】
請求項１３～２０のいずれかに記載の構造体を用いたパワー半導体素子。
【請求項22】
請求項１３～２０のいずれかに記載の構造体を用いたダイオード素子。
【請求項23】
請求項１３～２０のいずれかに記載の構造体を用いたショットキーバリアダイオード素子。
【請求項24】
前記第２の金属薄膜をショットキー電極層とする請求項２３に記載のショットキーバリアダイオード素子。
【請求項25】
前記第１の金属薄膜をショットキー電極層とする請求項２３に記載のショットキーバリアダイオード素子。
【請求項26】
請求項２１に記載のパワー半導体素子、請求項２２に記載のダイオード素子、又は請求項２３～２５のいずれかに記載のショットキーバリアダイオード素子を含む電気回路。
【請求項27】
請求項２６に記載の電気回路を含む電気機器。
【請求項28】
請求項２６に記載の電気回路を含む電子機器。
【請求項29】
請求項２６に記載の電気回路を含む車両。
【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素子、及びそれを含む電気回路、電気機器、電子機器及び車両に関する。また、本発明は、構造体、それからなる酸化物半導体基板、それを含むパワー半導体素子、ダイオード素子及びショットキーバリアダイオード素子、並びにそれを含む電気回路、電気機器、電子機器、車両に関する。
【背景技術】
【0002】
ショットキーバリアダイオードは、金属と半導体の接合面に形成される電位障壁を利用して整流作用を持たせたダイオードである。半導体としては、Ｓｉが最も一般的に使われている（例えば、特許文献１）。また、Ｓｉよりバンドギャップの大きな化合物半導体として、ＧａＡｓや最近ではＳｉＣが用いられる（例えば、特許文献２及び３）。
【0003】
Ｓｉ系のショットキーダイオードは、高速スイッチング素子や数ＧＨｚ周波数帯における送信／受信用ミキサ、あるいは周波数変換素子等に利用される。ＧａＡｓ系のショットキーダイオードは、さらに高速のスイッチング素子が可能で、マイクロ波用のコンバータやミキサ等に使われる。ＳｉＣはバンドギャップの広さを活かして、より高圧の電気自動車、鉄道、送電等への応用が期待されている。
【0004】
Ｓｉを用いたショットキーバリアダイオードは比較的低コストで汎用的に用いられているが、バンドギャップが１．１ｅＶと小さいため、耐圧性を持たせるためには素子のサイズを大きくする必要がある。ＧａＡｓのバンドギャップは１．４ｅＶであり、Ｓｉよりはすぐれるが、Ｓｉ基板上でのエピタキシャル成長が困難であり、転位の少ない結晶を得ることが難しかった。ＳｉＣは、バンドギャップは３．３ｅＶと広いため、絶縁破壊電界も高く、最も性能が期待できる材料であるが、基板作製、エピタキシャル成長ともに高熱のプロセスを経るため、量産性、コストに課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２００９－１６４２３７号公報
【文献】特開平５－３６９７５号公報
【文献】特開平８－９７４４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、Ｓｉ基板上にバンドギャップの広い化合物半導体を安価で量産性に優れた方法で形成し、優れた電流－電圧特性を有するショットキーバリアダイオード素子を提供することを目的とする。
また、本発明は、ショットキーバリアダイオード素子、ダイオード素子、パワー半導体素子に好適な酸化物半導体基板を提供することを目的とする。
また、本発明は、ショットキーバリアダイオード素子、ダイオード素子、パワー半導体素子に好適な酸化物半導体基板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】
【0007】
本発明によれば、以下のショットキーバリアダイオード素子等が提供される。
１．シリコン（Ｓｉ）基板と、酸化物半導体層と、ショットキー電極層とを有するショットキーバリアダイオード素子であって、前記酸化物半導体層が、３．０ｅＶ以上、５．６ｅＶ以下のバンドギャップを有する多結晶及び／又は非晶質の酸化物半導体を含むショットキーバリアダイオード素子。
２．前記酸化物半導体が、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｇａ及びＳｎからなる群から選択される１種以上を含む１記載のショットキーバリアダイオード素子。
３．前記酸化物半導体層がインジウム（Ｉｎ）を主成分として含む１又は２に記載のショットキーバリアダイオード素子。
４．前記酸化物半導体層中に含まれる全金属元素に対するインジウムの原子組成百分率（［Ｉｎ］／（［Ｉｎ］＋［Ｉｎ以外の全金属元素］）×１００）が３０～１００ａｔｍ％である１～３のいずれかに記載のショットキーバリアダイオード素子。
５．前記シリコン基板上に前記酸化物半導体層が形成され、前記酸化物半導体層上に前記ショットキー電極層が形成された１～４のいずれかに記載のショットキーバリアダイオード素子。
６．前記シリコン基板上に前記ショットキー電極層が形成され、前記ショットキー電極層上に前記酸化物半導体層が形成された１～４のいずれかに記載のショットキーバリアダイオード素子。
７．前記酸化物半導体層が、さらに、Ａｌ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｃｅ、Ｓｍ、及びＳｎから選ばれる１種以上の元素を含む２～６のいずれかに記載のショットキーバリアダイオード素子。
８．前記酸化物半導体層の室温におけるキャリア濃度が１×１０１４ｃｍ－３以上、１×１０１７ｃｍ－３以下である１～７のいずれかに記載のショットキーバリアダイオード素子。
９．前記酸化物半導体層の端部が露出しないように絶縁膜により被覆されている１～８のいずれかに記載のショットキーバリアダイオード素子。
１０．１～９のいずれかに記載のショットキーバリアダイオード素子を含む電気回路。
１１．１～９のいずれかに記載のショットキーバリアダイオード素子を含む電気機器。
１２．１～９のいずれかに記載のショットキーバリアダイオード素子を含む電子機器。
１３．１～９のいずれかに記載のショットキーバリアダイオード素子を含む車両。
１４．酸化物半導体層と金属薄膜を含み、
前記酸化物半導体層が、３．０ｅＶ以上、５．６ｅＶ以下のバンドギャップを有する多結晶及び／又は非晶質の酸化物半導体を含み、
前記酸化物半導体層と前記金属薄膜とが電気的に接触する領域を含む
構造体。
１５．前記酸化物半導体がＩｎを主成分とする１４に記載の構造体。
１６．前記金属薄膜の仕事関数が４．７ｅＶ以上である１４又は１５に記載の構造体。
１７．前記酸化物半導体が結晶質であり、
前記酸化物半導体中に、Ａｌ，Ｓｉ，Ｃｅ、Ｇａ、Ｈｆ、Ｚｒ及びＳｍから選ばれる少なくとも１種類の元素が全金属元素中３ａｔ％以上、３０ａｔ％以下の割合で含まれている１４～１６のいずれかに記載の構造体。
１８．前記酸化物半導体の室温におけるキャリア濃度が１×１０１４ｃｍ－３以上、１×１０１７ｃｍ－３以下である１４～１７のいずれかに記載の構造体。
１９．前記酸化物半導体層の膜厚が５０ｎｍ～２０μｍである１４～１８のいずれかに記載の構造体。
２０．１４～１９のいずれかに記載の構造体が導電性基板上に積層してなる酸化物半導体基板。
２１．前記導電性基板が単結晶シリコン、多結晶シリコン及び微結晶シリコンから選ばれる１以上から構成される２０に記載の酸化物半導体基板。
２２．１４～１９のいずれかに記載の構造体が電気絶縁性基板上に積層してなる酸化物半導体基板。
２３．２０～２２のいずれかに記載の酸化物半導体基板を用いたパワー半導体素子。
２４．２０～２２のいずれかに記載の酸化物半導体基板を用いたダイオード素子。
２５．２０～２２のいずれかに記載の酸化物半導体基板を用いたショットキーバリアダイオード素子。
２６．前記金属薄膜をショットキー電極層とする２５に記載のショットキーバリアダイオード素子。
２７．２３に記載のパワー半導体素子、２４に記載のダイオード素子、又は２５もしくは２６に記載のショットキーバリアダイオード素子を含む電気回路。
２８．２７に記載の電気回路を含む電気機器。
２９．２７に記載の電気回路を含む電子機器。
３０．２７に記載の電気回路を含む車両。
１．シリコン（Ｓｉ）基板と、酸化物半導体層と、ショットキー電極層とを有するショットキーバリアダイオード素子であって、前記酸化物半導体層が、３．０ｅＶ以上、５．６ｅＶ以下のバンドギャップを有する多結晶及び／又は非晶質の酸化物半導体を含むショットキーバリアダイオード素子。
２．前記酸化物半導体が、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｇａ及びＳｎからなる群から選択される１種以上を含む１記載のショットキーバリアダイオード素子。
３．前記酸化物半導体層がインジウム（Ｉｎ）を主成分として含む１又は２に記載のショットキーバリアダイオード素子。
４．前記酸化物半導体層中に含まれる全金属元素に対するインジウムの原子組成百分率（［Ｉｎ］／（［Ｉｎ］＋［Ｉｎ以外の全金属元素］）×１００）が３０～１００ａｔｍ％である１～３のいずれかに記載のショットキーバリアダイオード素子。
５．前記シリコン基板上に前記酸化物半導体層が形成され、前記酸化物半導体層上に前記ショットキー電極層が形成された１～４のいずれかに記載のショットキーバリアダイオード素子。
６．前記シリコン基板上に前記ショットキー電極層が形成され、前記ショットキー電極層上に前記酸化物半導体層が形成された１～４のいずれかに記載のショットキーバリアダイオード素子。
７．前記酸化物半導体層が、さらに、Ａｌ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｃｅ、Ｓｍ、及びＳｎから選ばれる１種以上の元素を含む２～６のいずれかに記載のショットキーバリアダイオード素子。
８．前記酸化物半導体層の室温におけるキャリア濃度が１×１０１４ｃｍ－３以上、１×１０１７ｃｍ－３以下である１～７のいずれかに記載のショットキーバリアダイオード素子。
９．前記酸化物半導体層の端部が露出しないように絶縁膜により被覆されている１～８のいずれかに記載のショットキーバリアダイオード素子。
１０．１～９のいずれかに記載のショットキーバリアダイオード素子を含む電気回路。
１１．１～９のいずれかに記載のショットキーバリアダイオード素子を含む電気機器。
１２．１～９のいずれかに記載のショットキーバリアダイオード素子を含む電子機器。
１３．１～９のいずれかに記載のショットキーバリアダイオード素子を含む車両。
１４．酸化物半導体層と金属薄膜を含み、
前記酸化物半導体層が、３．０ｅＶ以上、５．６ｅＶ以下のバンドギャップを有する多結晶及び／又は非晶質の酸化物半導体を含み、
前記酸化物半導体層と前記金属薄膜とが電気的に接触する領域を含む
構造体。
１５．前記酸化物半導体がＩｎを主成分とする１４に記載の構造体。
１６．前記金属薄膜の仕事関数が４．７ｅＶ以上である１４又は１５に記載の構造体。
１７．前記酸化物半導体が結晶質であり、
前記酸化物半導体中に、Ａｌ，Ｓｉ，Ｃｅ、Ｇａ、Ｈｆ、Ｚｒ及びＳｍから選ばれる少なくとも１種類の元素が全金属元素中３ａｔ％以上、３０ａｔ％以下の割合で含まれている１４～１６のいずれかに記載の構造体。
１８．前記酸化物半導体の室温におけるキャリア濃度が１×１０１４ｃｍ－３以上、１×１０１７ｃｍ－３以下である１４～１７のいずれかに記載の構造体。
１９．前記酸化物半導体層の膜厚が５０ｎｍ～２０μｍである１４～１８のいずれかに記載の構造体。
２０．１４～１９のいずれかに記載の構造体が導電性基板上に積層してなる酸化物半導体基板。
２１．前記導電性基板が単結晶シリコン、多結晶シリコン及び微結晶シリコンから選ばれる１以上から構成される２０に記載の酸化物半導体基板。
２２．１４～１９のいずれかに記載の構造体が電気絶縁性基板上に積層してなる酸化物半導体基板。
２３．２０～２２のいずれかに記載の酸化物半導体基板を用いたパワー半導体素子。
２４．２０～２２のいずれかに記載の酸化物半導体基板を用いたダイオード素子。
２５．２０～２２のいずれかに記載の酸化物半導体基板を用いたショットキーバリアダイオード素子。
２６．前記金属薄膜をショットキー電極層とする２５に記載のショットキーバリアダイオード素子。
２７．２３に記載のパワー半導体素子、２４に記載のダイオード素子、又は２５もしくは２６に記載のショットキーバリアダイオード素子を含む電気回路。
２８．２７に記載の電気回路を含む電気機器。
２９．２７に記載の電気回路を含む電子機器。
３０．２７に記載の電気回路を含む車両。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、Ｓｉ基板上にバンドギャップの広い化合物半導体を安価で量産性に優れた方法で形成し、優れた電流－電圧特性を有するショットキーバリアダイオード素子を提供することができる。
また、本発明によれば、ショットキーバリアダイオード素子、ダイオード素子、パワー半導体素子に好適な酸化物半導体基板を提供することができる。
また、本発明によれば、ショットキーバリアダイオード素子、ダイオード素子、パワー半導体素子に好適な酸化物半導体基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本発明のショットキーバリアダイオード素子の一実施形態を模式的に示した断面図である。
【図2】本発明のショットキーバリアダイオード素子の一実施形態を模式的に示した断面図である。
【図3】本発明のショットキーバリアダイオード素子の一実施形態を模式的に示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
１．ショットキーバリアダイオード素子
本発明のショットキーバリアダイオード素子は、シリコン（Ｓｉ）基板と、酸化物半導体層と、ショットキー電極層とを有するショットキーバリアダイオード素子であって、前記酸化物半導体層が、３．０ｅＶ以上、５．６ｅＶ以下のバンドギャップを有する多結晶及び／又は非晶質の酸化物半導体を含む。バンドギャップの広い多結晶及び／又は非晶質の酸化物半導体を用いることで、優れた電流－電圧特性、特に高い絶縁破壊電界を有するショットキーバリアダイオード素子を提供することができる。
また、バンドギャップの広い材料を用いることで、結晶成長等、製造にコストのかかる単結晶ではなく、多結晶及び／又は非晶質の材料を使用することが可能となる。
本発明のショットキーバリアダイオード素子は、シリコン（Ｓｉ）基板と、酸化物半導体層と、ショットキー電極層とを有するショットキーバリアダイオード素子であって、前記酸化物半導体層が、３．０ｅＶ以上、５．６ｅＶ以下のバンドギャップを有する多結晶及び／又は非晶質の酸化物半導体を含む。バンドギャップの広い多結晶及び／又は非晶質の酸化物半導体を用いることで、優れた電流－電圧特性、特に高い絶縁破壊電界を有するショットキーバリアダイオード素子を提供することができる。
また、バンドギャップの広い材料を用いることで、結晶成長等、製造にコストのかかる単結晶ではなく、多結晶及び／又は非晶質の材料を使用することが可能となる。
【0011】
酸化物半導体層に含まれる酸化物半導体のバンドギャップは、好ましくは、３．１ｅＶ以上、５．４ｅＶ以下である。この範囲内の酸化物半導体を用いることで、優れた電流－電圧特性、特に高い絶縁破壊電界を有するショットキーバリアダイオード素子を提供することができる。
【0012】
３．０ｅＶ以上、５．６ｅＶ以下のバンドギャップを有する酸化物半導体としては、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｇａ及びＳｎからなる群から選択される１種以上を含む酸化物が挙げられ、例えば、Ｉｎ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｎＯ、Ｇａ２Ｏ３、ＳｎＯ等が挙げられる。
酸化物半導体層に含まれる酸化物半導体は、Ｉｎ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｎＯ、Ｇａ２Ｏ３及びＳｎＯからなる群から選択される１種以上であると好ましく、例えば、Ｉｎ２Ｏ３にＴｉ、Ｚｎ、Ｇａ又はＳｎが固溶したもの、ＩｎとＴｉ、Ｚｎ、Ｇａ又はＳｎとの複合酸化物、及びこれらの元素を所定の原子比で含有する非晶質酸化物も含まれる。また、酸化物半導体は、適宜不純物をドーピングして、導電性を調整してもよい。例えば、酸化物半導体層を形成する際に用いるスパッタリングターゲットの性能（焼結密度、抗折強度等）の観点からは、酸化物半導体はＩｎ２Ｏ３を主成分とすることが好ましい。
これらの酸化物半導体は、多結晶であるか、非晶質であるか、又は多結晶と非晶質が混在していてもよい。
酸化物半導体層に含まれる酸化物半導体は、Ｉｎ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｎＯ、Ｇａ２Ｏ３及びＳｎＯからなる群から選択される１種以上であると好ましく、例えば、Ｉｎ２Ｏ３にＴｉ、Ｚｎ、Ｇａ又はＳｎが固溶したもの、ＩｎとＴｉ、Ｚｎ、Ｇａ又はＳｎとの複合酸化物、及びこれらの元素を所定の原子比で含有する非晶質酸化物も含まれる。また、酸化物半導体は、適宜不純物をドーピングして、導電性を調整してもよい。例えば、酸化物半導体層を形成する際に用いるスパッタリングターゲットの性能（焼結密度、抗折強度等）の観点からは、酸化物半導体はＩｎ２Ｏ３を主成分とすることが好ましい。
これらの酸化物半導体は、多結晶であるか、非晶質であるか、又は多結晶と非晶質が混在していてもよい。
【0013】
バンドギャップは、以下の方法で計算することができる。即ち、まず、ガラス等の透明基材上に３００ｎｍの膜厚で酸化物半導体薄膜をスパッタ成膜し、ＵＶ－ＶＩＳ測定装置（例えば、島津製作所製ＵＶ－３１００）を用いて２５０ｎｍ～１０００ｎｍの範囲の透過率を測定する。次いで、得られた透過率について、ｘ軸にｈν［ｅＶ］、ｙ軸に（αｈν）１／２［（ｅＶ１／２）（ｃｍ－１／２）］をプロット（Ｔａｕｃプロット）する。
ここで、ｈはプランク定数［Ｊ・ｓ］、νは振動数［ｓ－１］、αは吸光係数［ｃｍ－１］、次いで、直線部分をｘ軸に外層し、交点を求めることで酸化物半導体薄膜のバンドギャップが得られる。
尚、着色基板上や、ダイオード基板中に酸化物薄膜が存在する場合は、膜面を面出しした後、反射率のスペクトルを評価することで、同様に計算することができる。
ここで、ｈはプランク定数［Ｊ・ｓ］、νは振動数［ｓ－１］、αは吸光係数［ｃｍ－１］、次いで、直線部分をｘ軸に外層し、交点を求めることで酸化物半導体薄膜のバンドギャップが得られる。
尚、着色基板上や、ダイオード基板中に酸化物薄膜が存在する場合は、膜面を面出しした後、反射率のスペクトルを評価することで、同様に計算することができる。
【0014】
酸化物半導体層は、インジウム（Ｉｎ）を主成分として含むことが好ましい。
本発明において「酸化物半導体層がインジウム（Ｉｎ）を主成分として含む」とは、酸化物半導体層中に含まれる全金属元素に対するインジウムの原子組成百分率（［Ｉｎ］／（［Ｉｎ］＋［Ｉｎ以外の全金属元素］）×１００）が３０～１００ａｔｍ％であることを意味する。バンドギャップの広い酸化インジウム系の材料を用いることで、優れた電流－電圧特性、特に高い絶縁破壊電界を有するショットキーバリアダイオード素子を提供することができる。
酸化物半導体層中のインジウムの含有割合は、例えばスパッタリングターゲットにおけるインジウムの含有割合を変更することによって調整することができる。他の元素についても同様である。
本発明において「酸化物半導体層がインジウム（Ｉｎ）を主成分として含む」とは、酸化物半導体層中に含まれる全金属元素に対するインジウムの原子組成百分率（［Ｉｎ］／（［Ｉｎ］＋［Ｉｎ以外の全金属元素］）×１００）が３０～１００ａｔｍ％であることを意味する。バンドギャップの広い酸化インジウム系の材料を用いることで、優れた電流－電圧特性、特に高い絶縁破壊電界を有するショットキーバリアダイオード素子を提供することができる。
酸化物半導体層中のインジウムの含有割合は、例えばスパッタリングターゲットにおけるインジウムの含有割合を変更することによって調整することができる。他の元素についても同様である。
【0015】
酸化物半導体層中に含まれるインジウムは、酸化物半導体層中の全金属元素に対して３０ａｔｍ％以上であることが好ましい。これにより、高い耐圧性能と導電性とを両立できる。
【0016】
酸化物半導体層の元素の組成比は、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）により定量分析して求めることができる。具体的には、半導体層の断面を研磨等の方法により面出しした後、濃度が既知の標準試料を用いて検量線法により定量する。
【0017】
尚、スパッタリング法で成膜した場合は、酸化物半導体層の元素組成比はスパッタリングターゲットの元素組成比とおおむね同等である。
スパッタリングターゲットの元素組成比は、誘導結合プラズマ発光分光分析装置（ＩＣＰ－ＡＥＳ）により定量分析して求める。具体的に、スパッタリングターゲットを酸処理により溶解させた溶液試料を、濃度が既知の標準試料を用いて検量線法により定量する。そして、得られた溶液中の濃度をターゲット中のａｔ％に換算することでターゲットの元素組成比が得られる。
スパッタリングターゲットの元素組成比は、誘導結合プラズマ発光分光分析装置（ＩＣＰ－ＡＥＳ）により定量分析して求める。具体的に、スパッタリングターゲットを酸処理により溶解させた溶液試料を、濃度が既知の標準試料を用いて検量線法により定量する。そして、得られた溶液中の濃度をターゲット中のａｔ％に換算することでターゲットの元素組成比が得られる。
【0018】
また、酸化物半導体層は、さらに、Ａｌ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｃｅ、Ｓｍ、及びＳｎから選ばれる１種以上の元素を含んでいてもよい。即ち、酸化物半導体層は、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）と、任意にこれらの添加元素の酸化物により構成される。添加元素の酸化物は特に限定されない。
添加元素は、好ましくは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｈｆ、Ｃｅ、Ｓｍ、及びＳｎから選ばれる１種以上の元素である。
酸化物半導体層は、単結晶である必要はなく、非晶質であっても、多結晶であってもよい。
但し、良好なダイオード特性を示すためには、酸化物半導体層の室温（２９８Ｋ）におけるキャリア濃度は１×１０１４ｃｍ－３以上、１×１０１７ｃｍ－３以下であることが好ましい。キャリア濃度が１×１０１４ｃｍ－３未満の場合、オン抵抗が高くなりすぎ、動作時に発熱を招くおそれがあり、好ましくない。キャリア濃度が１×１０１７ｃｍ－３を超えた場合、抵抗が低くなりすぎ、逆バイアス時のリーク電流が上昇するおそれがある。
キャリア濃度は、１×１０１５ｃｍ－３以上、５×１０１６ｃｍ－３以下であるとより好ましい。
キャリア濃度は、実施例に記載の方法で測定する。
添加元素は、好ましくは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｈｆ、Ｃｅ、Ｓｍ、及びＳｎから選ばれる１種以上の元素である。
酸化物半導体層は、単結晶である必要はなく、非晶質であっても、多結晶であってもよい。
但し、良好なダイオード特性を示すためには、酸化物半導体層の室温（２９８Ｋ）におけるキャリア濃度は１×１０１４ｃｍ－３以上、１×１０１７ｃｍ－３以下であることが好ましい。キャリア濃度が１×１０１４ｃｍ－３未満の場合、オン抵抗が高くなりすぎ、動作時に発熱を招くおそれがあり、好ましくない。キャリア濃度が１×１０１７ｃｍ－３を超えた場合、抵抗が低くなりすぎ、逆バイアス時のリーク電流が上昇するおそれがある。
キャリア濃度は、１×１０１５ｃｍ－３以上、５×１０１６ｃｍ－３以下であるとより好ましい。
キャリア濃度は、実施例に記載の方法で測定する。
【0019】
インジウム以外の元素の好ましい添加濃度は、結晶半導体として用いる場合と、非晶質半導体として用いる場合とで異なる。結晶半導体の場合、酸化インジウムの結晶に対しては、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｃｅ、ＳｍがＩｎを含む全金属元素中３ａｔ％以上３０ａｔ％以下、ＺｎがＩｎを含む全金属元素中５ａｔ％以上４０ａｔ％以下である。また、Ｓｎはターゲットの抵抗を下げるために有効であり、Ｉｎを含む全金属元素中５００ｐｐｍ以上３ａｔ％以下が好ましい。Ｓｎは結晶酸化インジウムに対しては、ドナーとして作用するため、３ａｔ％を超えない方が好ましい。
また、非晶質半導体の場合、従来公知の組成として、ＩＧＺＯ１１１、ＩＴＺＯ、ＩＺＺｒＯ、ＩＺＡｌＯ等の３成分系や、ＩＧＯ、ＩＺＯ、ＩＴＯ等の２成分系を使用することができる。尚、この場合のＩｎの濃度は９０％未満とし、アニール温度を３００℃以下に抑えると好ましい。
この場合もキャリア濃度を１×１０１４ｃｍ－３以上、１×１０１７ｃｍ－３の範囲となるように、酸化雰囲気下でアニールして調整することが好ましい。
また、非晶質半導体の場合、従来公知の組成として、ＩＧＺＯ１１１、ＩＴＺＯ、ＩＺＺｒＯ、ＩＺＡｌＯ等の３成分系や、ＩＧＯ、ＩＺＯ、ＩＴＯ等の２成分系を使用することができる。尚、この場合のＩｎの濃度は９０％未満とし、アニール温度を３００℃以下に抑えると好ましい。
この場合もキャリア濃度を１×１０１４ｃｍ－３以上、１×１０１７ｃｍ－３の範囲となるように、酸化雰囲気下でアニールして調整することが好ましい。
【0020】
シリコン（Ｓｉ）基板は、ｎ型シリコン基板とｐ型シリコン基板のいずれも用いることができる。また、当該シリコン基板は、シリコン単結晶基板、シリコン多結晶基板、シリコン微結晶基板等、従来公知の表面平滑性に優れた基板を用いることができる。
尚、多結晶の一つの形態が微結晶である。多結晶は単結晶の集合体であり、明確な粒界が存在し、しばしば電気特性に影響を与える。この中で微結晶は、粒径のサイズがサブミクロン以下であり、明解な粒界が存在しない。このため、粒界散乱による電気特性のバラツキが少ないという長所がある。
尚、多結晶の一つの形態が微結晶である。多結晶は単結晶の集合体であり、明確な粒界が存在し、しばしば電気特性に影響を与える。この中で微結晶は、粒径のサイズがサブミクロン以下であり、明解な粒界が存在しない。このため、粒界散乱による電気特性のバラツキが少ないという長所がある。
【0021】
ショットキー電極層には、好ましくは仕事関数が４．７ｅＶ以上の材料が用いられる。具体的には、Ｒｕ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｐｔ、又はこれらの合金が用いられる。仕事関数が４．７ｅＶを下回ると、ショットキー障壁の高さが低く、逆バイアス時のリークが大きくなる場合がある。
一方、オーミック電極層に使用される金属の仕事関数は、シリコンウェハーの不純物濃度にもよるが、４．１ｅＶ程度が好ましく、密着性も考慮するとＴｉやＭｏが好ましい。
仕事関数の測定は、後述する方法により行うことができる。
一方、オーミック電極層に使用される金属の仕事関数は、シリコンウェハーの不純物濃度にもよるが、４．１ｅＶ程度が好ましく、密着性も考慮するとＴｉやＭｏが好ましい。
仕事関数の測定は、後述する方法により行うことができる。
【0022】
本発明のショットキーバリアダイオード素子の一実施形態においては、シリコン基板上に酸化物半導体層が形成され、酸化物半導体層上にショットキー電極層が形成される。
ｎ型シリコンウェハーを用いた場合、基板の表面側に酸化物半導体層が積層され、さらにその上に、ショットキーを形成する電極層（Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｎｉ等）が配置される。基板の裏面側にはＴｉ等の、ｎ型シリコンとオーミック接合を形成する電極層が積層される。また、導通を確保するため、裏面側は、Ｎｉを挟んでＡｕ等の良導体を積層すると好ましい。尚、ＮｉはＡｕの拡散を防止する効果がある。
ｎ型シリコンウェハーを用いた場合、基板の表面側に酸化物半導体層が積層され、さらにその上に、ショットキーを形成する電極層（Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｎｉ等）が配置される。基板の裏面側にはＴｉ等の、ｎ型シリコンとオーミック接合を形成する電極層が積層される。また、導通を確保するため、裏面側は、Ｎｉを挟んでＡｕ等の良導体を積層すると好ましい。尚、ＮｉはＡｕの拡散を防止する効果がある。
【0023】
また、本発明のショットキーバリアダイオード素子の別の実施形態では、シリコン基板上にショットキー電極層が形成され、ショットキー電極層上に酸化物半導体層が形成される。
ｐ型シリコンウェハーを用いた場合、基板の表面側は、最初にＰｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｎｉ等のショットキー電極層が積層され、その上に、酸化物半導体層がスパッタ法により形成される。この場合もショットキー障壁は、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｎｉ等の金属と、酸化物半導体層の界面に形成される。また、酸化物半導体層を形成する前に、ショットキー電極層表面を酸素プラズマやＵＶオゾン等で酸化処理すると、より良好なダイオード特性を得ることができる。
ｐ型シリコンウェハーを用いた場合、基板の表面側は、最初にＰｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｎｉ等のショットキー電極層が積層され、その上に、酸化物半導体層がスパッタ法により形成される。この場合もショットキー障壁は、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｎｉ等の金属と、酸化物半導体層の界面に形成される。また、酸化物半導体層を形成する前に、ショットキー電極層表面を酸素プラズマやＵＶオゾン等で酸化処理すると、より良好なダイオード特性を得ることができる。
【0024】
続いて、酸化物半導体層上に、Ｔｉ等の、酸化物半導体とオーミック接合を形成する金属が積層される。この場合も、前記と同様に、Ｎｉを挟んでＡｕ等の良導体をさらに積層してもよい。一方、ｐ型シリコンウェハーの裏面側には導通を補助するための密着性に優れた電極が積層される。
【0025】
尚、本発明のショットキーバリアダイオード素子には従来公知のガードリング構造を設けてもよい。ガードリングは、酸化物半導体層とショットキー電極層の間に積層するものであり、耐電圧を向上する効果がある。酸化物半導体層の端部（エッジ部分）には電界が集中し、絶縁破壊が起こりやすくなるため、この端部を覆うようにＳｉＯ２等の絶縁膜を積層するとさらに耐電圧（絶縁破壊電圧）を上げることができる。
本発明のショットキーバリアダイオード素子は、酸化物半導体層の端部が露出しないように絶縁膜により被覆されていることが好ましい。
本発明のショットキーバリアダイオード素子は、酸化物半導体層の端部が露出しないように絶縁膜により被覆されていることが好ましい。
【0026】
本発明のショットキーバリアダイオード素子を構成する酸化物半導体層、ショットキー電極層、オーミック電極層等は、例えば、実施例に記載するように、安価で量産性に優れた方法である従来公知のスパッタ成膜法等により形成することができる。
酸化物半導体層の膜厚は、後述する本発明の構造体における酸化物半導体層と同じである。
また、ショットキー電極を形成する電極層と酸化物半導体層の界面は、ショットキー電極スパッタ工程で酸素を導入して反応性スパッタを行い、１０ｎｍ以下の薄い酸化膜を積層してもよい。
酸化物半導体層の膜厚は、後述する本発明の構造体における酸化物半導体層と同じである。
また、ショットキー電極を形成する電極層と酸化物半導体層の界面は、ショットキー電極スパッタ工程で酸素を導入して反応性スパッタを行い、１０ｎｍ以下の薄い酸化膜を積層してもよい。
【0027】
酸化物半導体層を形成した後は、アニール処理に供して、酸化物半導体を結晶化させてもよい。酸化物半導体を結晶化することにより、オン抵抗を下げることができる。アニール処理の条件は、特に限定されないが、例えば、酸化物半導体層を形成した後、空気中、３００℃で２時間処理して酸化状態を安定化させ、次いで電極層を形成した後、空気中、２００℃で１時間処理すればよい。酸化物半導体の結晶化は、Ｘ線回折（ＸＲＤ）測定により確認することができる。
【0028】
本発明のショットキーバリアダイオード素子は、高い絶縁破壊電界を有する。本発明のショットキーバリアダイオード素子の絶縁破壊電界は、好ましくは０．５ＭＶ／ｃｍ以上であり、より好ましくは０．７ＭＶ／ｃｍ以上である。これにより、ダイオードを薄く設計できるため、素子を小さくでき、放熱対策も有利となる。
本発明のショットキーバリアダイオード素子のｎ値は、好ましくは２以下であり、より好ましくは１．５以下である。これにより、オン抵抗が小さくなり、発熱を抑制することができる。
絶縁破壊電界、ｎ値は実施例に記載の方法により測定、算出する。
本発明のショットキーバリアダイオード素子のｎ値は、好ましくは２以下であり、より好ましくは１．５以下である。これにより、オン抵抗が小さくなり、発熱を抑制することができる。
絶縁破壊電界、ｎ値は実施例に記載の方法により測定、算出する。
【0029】
本発明のショットキーバリアダイオード素子は、電気回路、電気機器、電子機器、車両、電動車両のそれぞれに好適に使用される。
【0030】
２．構造体及び酸化物半導体基板
本発明の構造体は、酸化物半導体層と金属薄膜を含み、酸化物半導体層と金属薄膜とが電気的に接触する領域を含む。酸化物半導体層は、３．０ｅＶ以上、５．６ｅＶ以下のバンドギャップを有する多結晶及び／又は非晶質の酸化物半導体を含む。
本発明の構造体は、酸化物半導体層と金属薄膜を含み、酸化物半導体層と金属薄膜とが電気的に接触する領域を含む。酸化物半導体層は、３．０ｅＶ以上、５．６ｅＶ以下のバンドギャップを有する多結晶及び／又は非晶質の酸化物半導体を含む。
【0031】
「酸化物半導体層と金属薄膜が電気的に接触する」とは、金属薄膜と酸化物半導体層とが接合を形成することで、両者のフェルミエネルギーが一致するように、酸化物半導体から金属薄膜に電子が自由に拡散できるような接触状態を意味する。また、その「電気的に接触する領域」とは、具体的には絶縁膜等を介さずに、直接接合している領域が挙げられる。
【0032】
金属薄膜は、仕事関数が４．７ｅＶ以上であると好ましい。
仕事関数が４．７ｅＶ以上の金属薄膜とは、Ａｕ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ｉｒ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｅ，Ｒｕ，Ｗ等の金属やＩｎ２Ｏ３，ＩＴＯ，ＩＺＯ等の金属酸化物等が挙げられる。尚、仕事関数はより大きく、キャリア濃度の高い金属を用いた方が、明確な整流特性を得る上で有利である。仕事関数のより好ましい範囲は４．８ｅＶ以上であり、５．０ｅＶ以上であることがさらに好ましい。上限値は特に限定されないが、好ましくは５．６ｅＶ以下である。
仕事関数が４．７ｅＶ以上の金属薄膜とは、Ａｕ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ｉｒ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｅ，Ｒｕ，Ｗ等の金属やＩｎ２Ｏ３，ＩＴＯ，ＩＺＯ等の金属酸化物等が挙げられる。尚、仕事関数はより大きく、キャリア濃度の高い金属を用いた方が、明確な整流特性を得る上で有利である。仕事関数のより好ましい範囲は４．８ｅＶ以上であり、５．０ｅＶ以上であることがさらに好ましい。上限値は特に限定されないが、好ましくは５．６ｅＶ以下である。
【0033】
金属薄膜として金属酸化物を用いた場合、キャリア濃度が１０２０ｃｍ－３以上あることが好ましい。キャリア濃度がこれより少ないと、Ｉｎを主成分とする酸化物半導体と積層させた場合、空乏層の広がりが大きくなり、内部抵抗の原因になったり、高速スイッチング特性に対して不利になりやすい。このため、Ｉｎを主成分とする酸化物半導体と積層させるにあたり、より好ましい金属薄膜の材料はＡｕ，Ｉｒ，Ｎｉ，Ｐｄ又はＷである。
【0034】
また、これらの材料は、加工性を高めるために仕事関数を低減しない程度に微量の金属を添加してもよい。例えば、金属薄膜の材料がＡｕであれば、ＡｇとＣｕを添加した合金が、Ｐｄであれば、ＡｇとＣｕを添加した合金等が使用できる。
【0035】
仕事関数の測定は、光電子分光装置（例えば、理研計器社製、ＡＣ－３）を用いて測定する。また、仕事関数は、酸、アルカリ等の表面処理や、ＵＶ洗浄等によって変化するが、本発明で記載した仕事関数とは、成膜後に処理を行わずにそのまま測定した値をいう。
【0036】
上記の酸化物半導体はＩｎを主成分とすることが好ましい。「Ｉｎを主成分とする」とは、上記の本発明のショットキーバリアダイオード素子において説明した通りである。また、バンドギャップについても上記のショットキーバリアダイオード素子と同様である。
【0037】
上記の酸化物半導体は、多結晶であるか、非晶質であるか、又は多結晶と非晶質が混在していてもよく、結晶質であると好ましい。
また、酸化物半導体中に、Ａｌ，Ｓｉ，Ｃｅ、Ｇａ、Ｈｆ、Ｚｒ及びＳｍから選ばれる少なくとも１種類の元素が含まれていると好ましく、その含有量としては、酸化物半導体の全金属元素中、３ａｔ％以上３０ａｔ％以下が好ましい。
また、酸化物半導体中に、Ａｌ，Ｓｉ，Ｃｅ、Ｇａ、Ｈｆ、Ｚｒ及びＳｍから選ばれる少なくとも１種類の元素が含まれていると好ましく、その含有量としては、酸化物半導体の全金属元素中、３ａｔ％以上３０ａｔ％以下が好ましい。
【0038】
上記の酸化物半導体は、室温（２９８Ｋ）におけるキャリア濃度が１×１０１４ｃｍ－３以上、１×１０１７ｃｍ－３以下であると好ましい。キャリア濃度は、１×１０１５ｃｍ－３以上、５×１０１６ｃｍ－３以下であるとより好ましい。
キャリア濃度が１×１０１４ｃｍ－３未満の場合、ダイオード素子として用いた場合、オン抵抗が高くなりすぎ、動作時に発熱を招くおそれがあり、好ましくない。キャリア濃度が１×１０１７ｃｍ－３を超えた場合、抵抗が低くなりすぎ、逆バイアス時のリーク電流が上昇するおそれがある。
キャリア濃度が１×１０１４ｃｍ－３未満の場合、ダイオード素子として用いた場合、オン抵抗が高くなりすぎ、動作時に発熱を招くおそれがあり、好ましくない。キャリア濃度が１×１０１７ｃｍ－３を超えた場合、抵抗が低くなりすぎ、逆バイアス時のリーク電流が上昇するおそれがある。
【0039】
薄膜形成技術に関しては、熱ＣＶＤ法、ＣＡＴ－ＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、ミストＣＶＤ法、ＭＯ―ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ等のＣＶＤ法、ＭＢＥ，ＡＬＤ等の原子レベル制御の成膜法、イオンプレーティング、イオンビームスパッタリング、マグネトロンスパッタリング等のＰＶＤ法、ドクターブレード法，射出法，押出し法，熱間加圧法、ゾルゲル法、エアロゾルデポジション法等、従来公知のセラミックス工程を用いる方法、塗布法、スピンコート法、印刷法、スプレー法、電着法、めっき法、ミセル電解法等の湿式法等を利用することができる。
本発明の構造体の絶縁破壊電界は０．５～３ＭＶ／ｃｍと、従来のシリコン系ダイオードと比較して非常に優れた性能を有する。求められる耐圧は用途と目的に応じて異なり、６０Ｖ耐圧では０．２μｍ～１．２μｍ、６００Ｖ耐圧では２μｍ～１２μｍが必要となる。特に２μｍ以上の膜厚が必要な場合はＰＶＤ法よりもＣＶＤ法や湿式法を用いる方が生産工程上有利である。
本発明の構造体の絶縁破壊電界は０．５～３ＭＶ／ｃｍと、従来のシリコン系ダイオードと比較して非常に優れた性能を有する。求められる耐圧は用途と目的に応じて異なり、６０Ｖ耐圧では０．２μｍ～１．２μｍ、６００Ｖ耐圧では２μｍ～１２μｍが必要となる。特に２μｍ以上の膜厚が必要な場合はＰＶＤ法よりもＣＶＤ法や湿式法を用いる方が生産工程上有利である。
【0040】
酸化物半導体の好ましい膜厚は５０ｎｍ以上、２０μｍ以下である。膜厚が５０ｎｍを下回ると、耐圧が１０Ｖ程度となり、多くの用途の絶縁破壊電圧としては不十分である。膜厚が２０μｍを超えると、耐圧は５０００Ｖが実現できるものの、Ｏｎ抵抗が高くなり、スイッチング時に発熱の問題が生ずる。膜厚のより好ましい範囲は、２００ｎｍ以上、１２μｍ以下である。
また、これらの膜厚は、サーフコーダやDEKTAK等の触針式段差計や、ＴＥＭやＳＥＭ等の電子顕微鏡で測定することができる。
また、これらの膜厚は、サーフコーダやDEKTAK等の触針式段差計や、ＴＥＭやＳＥＭ等の電子顕微鏡で測定することができる。
【0041】
本発明の構造体は、導電性基板上又は電気絶縁性基板上に積層して、酸化物半導体基板として好適に用いることができる。
本発明の酸化物半導体基板は整流特性を有し、ショットキーバリアダイオード素子、パワー半導体素子、ダイオード素子を製造するのに好適に用いることができ、即ち、有用な中間体である。
ショットキーバリアダイオード素子として用いる場合、本発明の構造体は、前記金属薄膜がショットキー電極層として機能し、金属薄膜と電気的に接触する酸化物半導体層が酸化物半導体層として機能する。
本発明の酸化物半導体基板は整流特性を有し、ショットキーバリアダイオード素子、パワー半導体素子、ダイオード素子を製造するのに好適に用いることができ、即ち、有用な中間体である。
ショットキーバリアダイオード素子として用いる場合、本発明の構造体は、前記金属薄膜がショットキー電極層として機能し、金属薄膜と電気的に接触する酸化物半導体層が酸化物半導体層として機能する。
【0042】
本発明の酸化物半導体基板において、構造体を導電性・電気絶縁性いずれの基板上に積層してもよいが、導電性の基板を用いた方が放熱の点で優れている。
導電性基板としては、シリコン単結晶基板、シリコン多結晶基板、シリコン微結晶基板等、従来公知の表面平滑性に優れた基板を用いることができる。
尚、多結晶の一つの形態が微結晶である。多結晶は単結晶の集合体であり、明確な粒界が存在し、しばしば電気特性に影響を与える。この中で微結晶は、粒径のサイズがサブミクロン以下であり、明解な粒界が存在しない。このため、粒界散乱による電気特性のバラツキが少ないという長所がある。
導電性基板としては、シリコン単結晶基板、シリコン多結晶基板、シリコン微結晶基板等、従来公知の表面平滑性に優れた基板を用いることができる。
尚、多結晶の一つの形態が微結晶である。多結晶は単結晶の集合体であり、明確な粒界が存在し、しばしば電気特性に影響を与える。この中で微結晶は、粒径のサイズがサブミクロン以下であり、明解な粒界が存在しない。このため、粒界散乱による電気特性のバラツキが少ないという長所がある。
【0043】
本発明の酸化物半導体基板に求められる特性は、表面平滑性であり、特に縦方向で使用する場合は導電性も必要となる。この条件を安価に実現できるのはシリコン基板であるが、必要不可欠ではなく、Ｃｕ，Ａｌ，Ｍｏ，Ｗ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｆｅ、Ｎｄ、Ａｕ，Ａｇ，Ｎｄ，Ｐｄ等の金属及びこれらの合金も使用できる。特に熱伝導性の高い金属材料を使用すれば、放熱の効果も期待できる上、必要に応じてヒートシンク構造としてもよい。また、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等の化合物単結晶ウエハー、Ａｌ２Ｏ３、ＺｎＯ，ＭｇＯ，ＳｒＴｉＯ３，ＹＳＺ，ランタンアルミネート、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２、ＮｄＧａＯ３、サファイア、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＳｉＣ、無アルカリガラス、ソーダライムガラス等の、各種酸化物、窒化物、炭化物等の基板も使用することができる。尚、横方向に使用する場合は、基板は絶縁性でも構わない。
尚、縦方向とは、酸化物半導体の膜面に対して垂直方向に通電することを意味し、横方向とは、酸化物半導体の膜面に対して水平方向に通電することを意味する。
尚、縦方向とは、酸化物半導体の膜面に対して垂直方向に通電することを意味し、横方向とは、酸化物半導体の膜面に対して水平方向に通電することを意味する。
【0044】
電気絶縁性の基板としては、ガラスの他、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、フェノール樹脂等の樹脂基板を用いることができる。本発明の構造体は、高温プロセスを必要としないため、液晶ディスプレイや有機ＥＬ等のディスプレイを駆動するための回路の電源部等をディスプレイと同一基板上に搭載することができる。
【0045】
本発明の酸化物半導体基板は、パワー半導体素子、ダイオード素子、ショットキーバリアダイオード素子のそれぞれに好適に用いられ、当該パワー半導体素子、ダイオード素子、ショットキーバリアダイオード素子の１以上を含む電気回路は、電気機器、電子機器、電動車両のそれぞれに好適に用いられる。
【0046】
本発明はパワー半導体素子、具体的にはダイオード素子やＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）素子、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を構成する部材として好適な積層体を提供する。特にダイオード素子に関しては、ショットキーバリアダイオード素子やＰＮダイオード素子、ＰＩＮダイオード素子を好適に提供することができる。
【0047】
ここで、ダイオードの種類としては、電源回路に用いる整流ダイオードや、ＰＷＭ方式のインバータ回路に用いるファーストリカバリダイオード等に適用することで、発熱を抑制し、消費電力を低減することができる。特にインバータ回路は動作周波数が高く、スイッチング切替時の回復時間が小さいことが求められる。この点で、従来のファーストリカバリダイオードと比較すると、膜厚が小さい上にユニポーラであり、回復時間を非常に小さくすることができる。よって、動作周波数が高ければ高いほど、本発明のダイオードの特徴を活かすことができる。
【0048】
例えば、車両用のインバータ回路は従来よりＧＴＯ（Ｇａｔｅ Ｔｕｒｎ－Ｏｆｆ ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ）が用いられている。ＧＴＯは大電力のスイッチングに向いているが、周波数が５００Ｈｚ程度であり、発進時の騒音が問題となっていた。そこで、最近の車両やＥＶではＩＧＢＴを搭載する例が増えている。ＩＧＢＴのスイッチング速度は数１０ｋＨｚまで高めることができ、騒音を抑制できるとともに、周辺の部材を小型化することもできる。
【0049】
ＩＧＢＴは原理的にスイッチング損失が小さいが、動作周波数が高いため、併用されるファーストリカバリダイオードの逆方向リーク電流を小さくすることは、消費電力の低減に大きな効果がある。従って、従来のＳｉダイオードよりも逆方向のリーク電流が小さい本発明のダイオードはＩＧＢＴインバータに用いられるファーストリカバリダイオードとして特に有効である。今後、動作周波数を上げてさらに滑らかな動作を望む場合は、さらに効果が高まる。また発熱も抑制することができるため、冷却機構をより単純にすることができる。例えば、ＥＶの場合、従来必要とされていた複数の冷却機構を１１０℃のラジエータで一体化できる効果がある。
【実施例】
【0050】
以下、適宜図面を参照しながら本発明の実施例を説明する。
実施例１
図１は、実施例１により得られたショットキーバリアダイオード素子を模式的に示した断面図である。
まず、抵抗率０．０２Ω・ｃｍのｎ型シリコン（Ｓｉ）基板１１を用意し、希フッ酸で処理して、基板の表面に形成されていた自然酸化膜を除去した。このＳｉ基板をスパッタリング装置（島津製作所製：ＨＳＭ５５２）に装着した。Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３＝９５：５（ｗｔ％）の組成を有する焼結体をスパッタリングターゲットとして用い、ＲＦ１００Ｗの条件でスパッタ放電して、Ｓｉ基板の酸化膜を除去した面上に、インジウム及びガリウムを含む厚さ３００ｎｍの酸化物膜（ＩＧＯ膜）１２を形成した。
尚、基板１１はコンタクト電極としても機能する。
実施例１
図１は、実施例１により得られたショットキーバリアダイオード素子を模式的に示した断面図である。
まず、抵抗率０．０２Ω・ｃｍのｎ型シリコン（Ｓｉ）基板１１を用意し、希フッ酸で処理して、基板の表面に形成されていた自然酸化膜を除去した。このＳｉ基板をスパッタリング装置（島津製作所製：ＨＳＭ５５２）に装着した。Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３＝９５：５（ｗｔ％）の組成を有する焼結体をスパッタリングターゲットとして用い、ＲＦ１００Ｗの条件でスパッタ放電して、Ｓｉ基板の酸化膜を除去した面上に、インジウム及びガリウムを含む厚さ３００ｎｍの酸化物膜（ＩＧＯ膜）１２を形成した。
尚、基板１１はコンタクト電極としても機能する。
【0051】
次いで、このＩＧＯ膜をフォトリソグラフィによりパターニングして所望のパターンを形成した後、空気中、３００℃、２時間の条件でアニールして、ＩＧＯ膜を結晶化させた。ＩＧＯ膜の結晶状態をＸＲＤ測定により確認し、多結晶体であることが分かった。
この多結晶ＩＧＯ膜付きＳｉ基板を再びスパッタリング装置に装着し、Ｐｔターゲットを用いてスパッタリング成膜を行い、多結晶ＩＧＯ膜上にＰｔ電極１３を形成して、ショットキー接合を得た。
この多結晶ＩＧＯ膜付きＳｉ基板を再びスパッタリング装置に装着し、Ｐｔターゲットを用いてスパッタリング成膜を行い、多結晶ＩＧＯ膜上にＰｔ電極１３を形成して、ショットキー接合を得た。
【0052】
続いてこの基板を再度希フッ酸に浸漬して、多結晶ＩＧＯ膜を形成していない裏側の自然酸化膜を除去し、Ｔｉ層１４、Ｎｉ層１５、Ａｕ層１６の順でスパッタ成膜して、オーミック電極を形成した。最後に、このオーミック電極を形成して得られた積層体を、空気中、２００℃、１時間の条件でアニールして、ショットキーバリアダイオード素子１０を得た。
【0053】
ＩＧＯ膜の室温におけるキャリア濃度を確認するため、ＣＶ（容量－電圧）測定を行った。単位面積当たりの空乏層容量Ｃ［Ｆ／ｃｍ２］は、Ｃ＝ε／Ｗで表わされる。ここで、εは半導体の誘電率［Ｆ／ｃｍ］、Ｗは空乏層幅［ｃｍ］を表わす。またショットキーダイオードに順方向バイアス電圧Ｖ［Ｖ］をかけたとき、空乏層幅は、Ｗ＝｛２ε（φ－Ｖ）／ｑＮ｝（１／２）であるため、Ｃ＝｛ｑεＮ／２（φ－Ｖ）｝（１／２）となる。ここで、ｑは電荷素量（＝１．６×１０－１９［Ｃ］）であり、φはビルトインポテンシャル［Ｖ］で、Ｐｔ電極とＩＧＯ膜との接触電位差を表わす。
ＣＶ測定を取得したのち、Ｃ－２－Ｖ特性をプロットし、傾きからドーピング濃度（＝キャリア濃度）Ｎを求めることができる。その結果、スパッタリング成膜した後のＩＧＯ膜は抵抗が低く、空乏層が広がらなかったが、空気中、３００℃、２時間の条件でアニールした後ではＣＶ測定が可能であり、Ｃ－２－Ｖの傾きから計算した結果、キャリア濃度は５×１０１５ｃｍ－３であった。
ＣＶ測定を取得したのち、Ｃ－２－Ｖ特性をプロットし、傾きからドーピング濃度（＝キャリア濃度）Ｎを求めることができる。その結果、スパッタリング成膜した後のＩＧＯ膜は抵抗が低く、空乏層が広がらなかったが、空気中、３００℃、２時間の条件でアニールした後ではＣＶ測定が可能であり、Ｃ－２－Ｖの傾きから計算した結果、キャリア濃度は５×１０１５ｃｍ－３であった。
【0054】
得られたショットキーバリアダイオード素子の電流－電圧特性を測定し、ｎ値と逆耐圧電圧を求めた。ここでｎ値は、下記式（１）で示すように、ショットキーバリアダイオード素子の特性を示すパラメータであり、ｎが１に近づくほど、理想的な素子特性が得られることになる。
Ｉ＝Ｉ０［ｅｘｐ（ｅＶ／ｎｋＴ）］・・・（１）
Ｉ：酸化物膜からＳｉ基板側に向かって流れる全電流密度［Ａ／ｃｍ２］
ｅ：電子の電荷、１．６０×１０－１９［Ｃ］
Ｖ：素子に印加される電圧［Ｖ］
Ｉ０：素子に印加される電圧Ｖ＝０Ｖの時の電流密度［Ａ／ｃｍ２］
ｋ：ボルツマン定数、１．３８×１０－２３［Ｊ／Ｋ］
Ｔ：温度［Ｋ］
Ｉ＝Ｉ０［ｅｘｐ（ｅＶ／ｎｋＴ）］・・・（１）
Ｉ：酸化物膜からＳｉ基板側に向かって流れる全電流密度［Ａ／ｃｍ２］
ｅ：電子の電荷、１．６０×１０－１９［Ｃ］
Ｖ：素子に印加される電圧［Ｖ］
Ｉ０：素子に印加される電圧Ｖ＝０Ｖの時の電流密度［Ａ／ｃｍ２］
ｋ：ボルツマン定数、１．３８×１０－２３［Ｊ／Ｋ］
Ｔ：温度［Ｋ］
【0055】
その結果、ｎ値は１．３、逆耐圧は２０Ｖとなった。この逆耐圧は０．６７ＭＶ／ｃｍの絶縁破壊電界に相当し、従来の単結晶Ｓｉを用いたショットキーバリアダイオードと比較しても２倍程度高耐圧である。逆耐圧と絶縁破壊電界は以下の関係を有する。
逆耐圧（Ｖ）＝絶縁破壊電界（Ｖ／ｃｍ）×半導体膜厚（ｃｍ）
以上の結果を表１に示す。尚、表中の「順方向電圧」は、素子に０．１ｍＡ／ｃｍ２の電流流すのに必要な電圧であり、「Ｏｎ電流密度」は、素子に１０Ｖ印加したときの電流密度である。
逆耐圧（Ｖ）＝絶縁破壊電界（Ｖ／ｃｍ）×半導体膜厚（ｃｍ）
以上の結果を表１に示す。尚、表中の「順方向電圧」は、素子に０．１ｍＡ／ｃｍ２の電流流すのに必要な電圧であり、「Ｏｎ電流密度」は、素子に１０Ｖ印加したときの電流密度である。
【0056】
実施例２～実施例９
以下、表１に示すように、ショットキー電極と半導体の組成を適宜変更しながら、いずれもスパッタリング法を用いて、実施例１と同様にショットキーバリアダイオード素子を作製し、評価した。結果を表１に示す。
以下、表１に示すように、ショットキー電極と半導体の組成を適宜変更しながら、いずれもスパッタリング法を用いて、実施例１と同様にショットキーバリアダイオード素子を作製し、評価した。結果を表１に示す。
【0057】
実施例１０
図２は、実施例１０により得られたショットキーバリアダイオード素子を模式的に示した断面図である。
まず、抵抗率０．０２Ω・ｃｍのｐ型シリコン基板２１を用意し、自然酸化膜を希フッ酸で除去した後、Ｐｄターゲットを用いてスパッタ成膜してＰｄ電極２２を形成した。次に、このＰｄ電極の表面をＵＶオゾンで酸化処理した後、実施例１と同様にＩＧＯ膜２３をスパッタ成膜した。空気中、３００℃、１時間の条件でアニールした後、ＩＧＯ膜上に、Ｔｉ層２４、Ｎｉ層２５、Ａｕ層２６の順にスパッタ成膜してオーミック電極とした。
さらに、ｐ型シリコン基板の裏面側（Ｐｄ電極を形成した面と反対の面側）についても希フッ酸にて自然酸化膜を除去した後、ＴｉＡｌ合金をターゲットとしてＴｉＡｌ膜２７をスパッタ成膜した。最後に空気中、２００℃、１時間の条件でアニールして、ショットキーバリアダイオード素子２０を得た。このダイオードは、実施例１～９のダイオードとは極性が逆であり、ｐ型シリコンウェハー側をプラスに接続すると順方向、マイナスに接続すると逆方向となる。
得られた素子について実施例１と同様にして評価した。結果を表１に示す。
図２は、実施例１０により得られたショットキーバリアダイオード素子を模式的に示した断面図である。
まず、抵抗率０．０２Ω・ｃｍのｐ型シリコン基板２１を用意し、自然酸化膜を希フッ酸で除去した後、Ｐｄターゲットを用いてスパッタ成膜してＰｄ電極２２を形成した。次に、このＰｄ電極の表面をＵＶオゾンで酸化処理した後、実施例１と同様にＩＧＯ膜２３をスパッタ成膜した。空気中、３００℃、１時間の条件でアニールした後、ＩＧＯ膜上に、Ｔｉ層２４、Ｎｉ層２５、Ａｕ層２６の順にスパッタ成膜してオーミック電極とした。
さらに、ｐ型シリコン基板の裏面側（Ｐｄ電極を形成した面と反対の面側）についても希フッ酸にて自然酸化膜を除去した後、ＴｉＡｌ合金をターゲットとしてＴｉＡｌ膜２７をスパッタ成膜した。最後に空気中、２００℃、１時間の条件でアニールして、ショットキーバリアダイオード素子２０を得た。このダイオードは、実施例１～９のダイオードとは極性が逆であり、ｐ型シリコンウェハー側をプラスに接続すると順方向、マイナスに接続すると逆方向となる。
得られた素子について実施例１と同様にして評価した。結果を表１に示す。
【0058】
実施例１１
図３は、実施例１１により得られたショットキーバリアダイオード素子を模式的に示した断面図である。
実施例１と同様にしてｎ型シリコン基板３１に酸化物半導体のＩＧＯ膜３２をスパッタし、空気中、３００℃、１時間の条件でアニールした後、ＡＺマテリアル社製のネガレジストをスピンコート法により塗布した。プリベーク、露光、現像、ポストベークにより、ＩＧＯ膜のエッジ（端部）部分にリング状に掘れたパターンを形成した。次に、スパッタ装置に装着し、ＳｉＯ２をターゲットとして、ＲＦ１００Ｗ、５０分の条件でスパッタ成膜して、厚さ５０ｎｍのＳｉＯ２膜を形成した。次いで、レジスト剥離液に浸漬して、不要部分のレジストをＩＧＯ膜ごと剥離した。このようにして、ＩＧＯ膜のガードリング３７を形成した。以後、実施例１と同様にして、Ｐｔ電極３３と、Ｔｉ３４、Ｎｉ３５、Ａｕ３６のオーミック電極を作製し、ガードリング付のショットキーバリアダイオード素子３０を作製した。
得られた素子について実施例１と同様にして評価した。結果を表１に示す。このショットキーバリアダイオードは、ガードリングの効果により、実施例１と比較してさらに良好な耐圧特性を示した。
図３は、実施例１１により得られたショットキーバリアダイオード素子を模式的に示した断面図である。
実施例１と同様にしてｎ型シリコン基板３１に酸化物半導体のＩＧＯ膜３２をスパッタし、空気中、３００℃、１時間の条件でアニールした後、ＡＺマテリアル社製のネガレジストをスピンコート法により塗布した。プリベーク、露光、現像、ポストベークにより、ＩＧＯ膜のエッジ（端部）部分にリング状に掘れたパターンを形成した。次に、スパッタ装置に装着し、ＳｉＯ２をターゲットとして、ＲＦ１００Ｗ、５０分の条件でスパッタ成膜して、厚さ５０ｎｍのＳｉＯ２膜を形成した。次いで、レジスト剥離液に浸漬して、不要部分のレジストをＩＧＯ膜ごと剥離した。このようにして、ＩＧＯ膜のガードリング３７を形成した。以後、実施例１と同様にして、Ｐｔ電極３３と、Ｔｉ３４、Ｎｉ３５、Ａｕ３６のオーミック電極を作製し、ガードリング付のショットキーバリアダイオード素子３０を作製した。
得られた素子について実施例１と同様にして評価した。結果を表１に示す。このショットキーバリアダイオードは、ガードリングの効果により、実施例１と比較してさらに良好な耐圧特性を示した。
【0059】
【表1】
【0060】
実施例１２
抵抗率０．０２Ω・ｃｍのｎ型シリコン（Ｓｉ）基板を用意し、希フッ酸で処理して、基板の表面に形成されていた自然酸化膜を除去した。このＳｉ基板をスパッタリング装置（島津製作所製：ＨＳＭ５５２）に装着し、最初にオーミック電極としてＴｉを成膜した。次に、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３＝７８：２２（ｗｔ％）の組成を有する焼結体をスパッタリングターゲットとして用い、ＲＦ１００Ｗの条件でスパッタ放電して、Ｔｉ付Ｓｉ基板上のＴｉ層の上に、厚さ１μｍのインジウム及びガリウムを含む酸化物膜（ＩＧＯ膜）を形成した。
抵抗率０．０２Ω・ｃｍのｎ型シリコン（Ｓｉ）基板を用意し、希フッ酸で処理して、基板の表面に形成されていた自然酸化膜を除去した。このＳｉ基板をスパッタリング装置（島津製作所製：ＨＳＭ５５２）に装着し、最初にオーミック電極としてＴｉを成膜した。次に、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３＝７８：２２（ｗｔ％）の組成を有する焼結体をスパッタリングターゲットとして用い、ＲＦ１００Ｗの条件でスパッタ放電して、Ｔｉ付Ｓｉ基板上のＴｉ層の上に、厚さ１μｍのインジウム及びガリウムを含む酸化物膜（ＩＧＯ膜）を形成した。
【0061】
次いで、このＩＧＯ膜を空気中、３００℃、１時間の条件でアニールし、フォトリソグラフィによりパターニングして所望のパターンを形成した後、空気中、３００℃、１時間の条件でアニールした。ＩＧＯ膜をＸＲＤで評価した結果、結晶ピークは認められず、非晶質であることが確認された。
この非晶質ＩＧＯ膜付き基板を再びスパッタリング装置に装着し、Ｎｉターゲットを用いてスパッタリング成膜を行い、非晶質ＩＧＯ膜上にＮｉ電極を形成して、ショットキー接合を得た。さらに、このＮｉ電極上にＡｕをスパッタ成膜して単純な構成のショットキーバリアダイオード素子を得た。実施例１と同様にして得られた素子を評価した。結果を表２に示す。
この非晶質ＩＧＯ膜付き基板を再びスパッタリング装置に装着し、Ｎｉターゲットを用いてスパッタリング成膜を行い、非晶質ＩＧＯ膜上にＮｉ電極を形成して、ショットキー接合を得た。さらに、このＮｉ電極上にＡｕをスパッタ成膜して単純な構成のショットキーバリアダイオード素子を得た。実施例１と同様にして得られた素子を評価した。結果を表２に示す。
【0062】
実施例１３～２０
酸化物半導体の組成等を適宜変更しながら、実施例１２と同様にショットキーバリアダイオード素子を作製し、評価した。結果を表２に示す。
尚、「４Ｈ－ＳｉＣ」とは４層繰り返し構造を有する六方晶ＳｉＣ基板を意味し、「ＹＳＺ」とはイットリア安定化ジルコニア基板を意味する。
また、実施例１３、１６、１８、１９、２０においては高抵抗の基板を用いているため、電気測定はオーミック電極とショットキー電極に端子を当てて行った。
酸化物半導体の組成等を適宜変更しながら、実施例１２と同様にショットキーバリアダイオード素子を作製し、評価した。結果を表２に示す。
尚、「４Ｈ－ＳｉＣ」とは４層繰り返し構造を有する六方晶ＳｉＣ基板を意味し、「ＹＳＺ」とはイットリア安定化ジルコニア基板を意味する。
また、実施例１３、１６、１８、１９、２０においては高抵抗の基板を用いているため、電気測定はオーミック電極とショットキー電極に端子を当てて行った。
【0063】
比較例１
抵抗率０．０２Ω・ｃｍのｎ型シリコン（Ｓｉ）基板を用意し、希フッ酸で処理して、基板の表面に形成されていた自然酸化膜を除去した。このＳｉ基板をスパッタリング装置（島津製作所製：ＨＳＭ５５２）に装着し、最初にオーミック電極としてＴｉを成膜した。次に、ＳｉＣターゲット（住友大阪セメント社製）をスパッタリングターゲットとして用い、ＲＦ１００Ｗの条件でスパッタ放電して、Ｔｉ付Ｓｉ基板上のＴｉ層の上に、厚さ１μｍのＳｉＣ膜を形成した。
抵抗率０．０２Ω・ｃｍのｎ型シリコン（Ｓｉ）基板を用意し、希フッ酸で処理して、基板の表面に形成されていた自然酸化膜を除去した。このＳｉ基板をスパッタリング装置（島津製作所製：ＨＳＭ５５２）に装着し、最初にオーミック電極としてＴｉを成膜した。次に、ＳｉＣターゲット（住友大阪セメント社製）をスパッタリングターゲットとして用い、ＲＦ１００Ｗの条件でスパッタ放電して、Ｔｉ付Ｓｉ基板上のＴｉ層の上に、厚さ１μｍのＳｉＣ膜を形成した。
【0064】
次いで、このＳｉＣ膜をフォトリソグラフィによりパターニングして所望のパターンを形成した後、空気中、３００℃、１時間の条件でアニールした。ＳｉＣ膜をＸＲＤ、並びにＳＥＭで確認した結果、多結晶であった。
この多結晶ＳｉＣ付き基板を再びスパッタリング装置に装着し、Ｎｉターゲットを用いてスパッタリング成膜を行い、多結晶ＳｉＣ上にＮｉ電極を形成して、ショットキー接合を得た。さらに、このＮｉ電極上にＡｕをスパッタ成膜して単純な構成のショットキーバリアダイオード素子を得た。
この多結晶ＳｉＣ付き基板を再びスパッタリング装置に装着し、Ｎｉターゲットを用いてスパッタリング成膜を行い、多結晶ＳｉＣ上にＮｉ電極を形成して、ショットキー接合を得た。さらに、このＮｉ電極上にＡｕをスパッタ成膜して単純な構成のショットキーバリアダイオード素子を得た。
【0065】
得られた素子について実施例１と同様に評価した。結果を表２に示す。
比較例１で得られた素子は、キャリア濃度は５×１０１５ｃｍ－３を示したが、ｎ値は１０超であり満足なダイオード特性を示さなかった。また、絶縁破壊電界も０．１ＭＶ／ｃｍに留まった。
比較例１で得られた素子は、キャリア濃度は５×１０１５ｃｍ－３を示したが、ｎ値は１０超であり満足なダイオード特性を示さなかった。また、絶縁破壊電界も０．１ＭＶ／ｃｍに留まった。
【0066】
比較例２
ＳｉＣターゲットの替わりに、ターゲットとして単結晶ＧａＮを用いてスパッタした他は、比較例１と同様にして多結晶ＧａＮからなるショットキーバリアダイオードを作製し、評価した。結果を表２に示す。
比較例２で得られた素子は、ｎ値が１０超であり満足なダイオード特性を示さず、絶縁破壊電界も０．１ＭＶ／ｃｍに留まった。
ＳｉＣターゲットの替わりに、ターゲットとして単結晶ＧａＮを用いてスパッタした他は、比較例１と同様にして多結晶ＧａＮからなるショットキーバリアダイオードを作製し、評価した。結果を表２に示す。
比較例２で得られた素子は、ｎ値が１０超であり満足なダイオード特性を示さず、絶縁破壊電界も０．１ＭＶ／ｃｍに留まった。
【0067】
比較例３
ＳｉＣターゲットの替わりに、ターゲットとしてＩｎ２Ｏ３：Ａｌ２Ｏ３＝２０：８０ｗｔ％の組成割合からなる酸化物材料を用い、半導体成膜後のアニールを１５０℃とした以外は、比較例１と同様にしてショットキーバリアダイオードを作製し、評価した。結果を表２に示す。
比較例３で得られた素子は、バンドギャップが５．８ｅＶ以上と非常に広いが、キャリア濃度は１０１３ｃｍ－３未満と非常に少なく、十分な順方向電流を得ることができなかった。
ＳｉＣターゲットの替わりに、ターゲットとしてＩｎ２Ｏ３：Ａｌ２Ｏ３＝２０：８０ｗｔ％の組成割合からなる酸化物材料を用い、半導体成膜後のアニールを１５０℃とした以外は、比較例１と同様にしてショットキーバリアダイオードを作製し、評価した。結果を表２に示す。
比較例３で得られた素子は、バンドギャップが５．８ｅＶ以上と非常に広いが、キャリア濃度は１０１３ｃｍ－３未満と非常に少なく、十分な順方向電流を得ることができなかった。
【0068】
【表2】
【産業上の利用可能性】
【0069】
本発明のショットキーバリアダイオード素子は、高速動作やスイッチング特性が求められる電気回路、電気機器、電子機器、電動車両等に好適に用いることができる。
【図1】
【図2】
【図3】