氧化物半導(dǎo)體基板及肖特基勢(shì)壘二極管元件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種肖特基勢(shì)皇二極管元件、以及包含其的電路、電氣設(shè)備、電子設(shè)備 及車輛。另外，本發(fā)明涉及一種結(jié)構(gòu)體、包含該結(jié)構(gòu)體的氧化物半導(dǎo)體基板、包含該氧化物 半導(dǎo)體基板的功率半導(dǎo)體元件、二極管元件及肖特基勢(shì)皇二極管元件、以及包含這些元件 的電路、電氣設(shè)備、電子設(shè)備、車輛。
【背景技術(shù)】
[0002] 肖特基勢(shì)皇二極管是利用形成于金屬與半導(dǎo)體的接合面的勢(shì)皇而具有整流作用 的二極管。作為半導(dǎo)體，最常使用Si(例如專利文獻(xiàn)1)。另外，作為帶隙大于Si的化合物半導(dǎo) 體，使用GaAs或最近的SiC(例如專利文獻(xiàn)2及3)。
[0003] Si系的肖特基二極管用于高速開關(guān)元件或數(shù)GHz頻帶內(nèi)的發(fā)送/接收用混頻器、或 者頻率轉(zhuǎn)換元件等。GaAs系的肖特基二極管可實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步高速的開關(guān)元件，用于微波用的 轉(zhuǎn)換器或混頻器等。SiC能有效利用帶隙的寬度，因而期待在更高壓的電動(dòng)汽車、鐵道、輸電 等中的應(yīng)用。
[0004] 使用Si的肖特基勢(shì)皇二極管成本較低，被廣泛地使用，但由于帶隙較小為1. leV， 因此為了具有耐壓性，必須增大元件的尺寸。GaAs的帶隙為1.4eV，優(yōu)于Si，但難以在Si基板 上外延生長，難以獲得錯(cuò)位少的結(jié)晶。SiC由于帶隙較寬為3.3eV，因此絕緣破壞電場(chǎng)也高， 是性能最可期待的材料，但由于經(jīng)過基板制作、外延生長以及高熱的工藝，因此在量產(chǎn)性、 成本方面存在問題。
[0005] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0006] 專利文獻(xiàn)
[0007] 專利文獻(xiàn)1:日本專利特開2009-164237號(hào)公報(bào) [0008] 專利文獻(xiàn)2:日本專利特開平5-36975號(hào)公報(bào) [0009]專利文獻(xiàn)3:日本專利特開平8-97441號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明鑒于上述課題而研發(fā)，其目的在于提供一種利用廉價(jià)且量產(chǎn)性優(yōu)異的方法 在Si基板上形成帶隙寬的化合物半導(dǎo)體而具有優(yōu)異的電流-電壓特性的肖特基勢(shì)皇二極管 元件。
[0011] 另外，本發(fā)明的目的在于提供一種適合肖特基勢(shì)皇二極管元件、二極管元件、功率 半導(dǎo)體元件的氧化物半導(dǎo)體基板。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明，提供以下的肖特基勢(shì)皇二極管元件等。
[0013] 1.-種肖特基勢(shì)皇二極管元件，其具有硅(Si)基板、氧化物半導(dǎo)體層、及肖特基電 極層，且所述氧化物半導(dǎo)體層包含具有3.OeV以上且5.6eV以下的帶隙的多晶和/或非晶質(zhì) 的氧化物半導(dǎo)體。
[0014] 2.如1所述的肖特基勢(shì)皇二極管元件，其中，所述氧化物半導(dǎo)體包含選自In、Ti、 Zn、Ga及Sn中的1種以上。
[0015] 3.如1或2所述的肖特基勢(shì)皇二極管元件，其中，所述氧化物半導(dǎo)體層包含銦（In) 作為主成分。
[0016] 4.如1~3中任一項(xiàng)所述的肖特基勢(shì)皇二極管元件，其中，在所述氧化物半導(dǎo)體層 中，銦的含量相對(duì)于全部金屬元素的含量的原子組成百分率（[In]/([In] + [In以外的全部 金屬元素])X 100)為30~100原子％。
[0017] 5.如1~4中任一項(xiàng)所述的肖特基勢(shì)皇二極管元件，其中，在所述硅基板上形成有 所述氧化物半導(dǎo)體層，在所述氧化物半導(dǎo)體層上形成有所述肖特基電極層。
[0018] 6.如1~4中任一項(xiàng)所述的肖特基勢(shì)皇二極管元件，其中，在所述硅基板上形成有 所述肖特基電極層，在所述肖特基電極層上形成有所述氧化物半導(dǎo)體層。
[0019] 7.如2~6中任一項(xiàng)的肖特基勢(shì)皇二極管元件，其中，所述氧化物半導(dǎo)體層還包含 選自△1、31211、63、!^、2廣〇6、3111、及311中的1種以上的元素。
[0020] 8.如1~7中任一項(xiàng)所述的肖特基勢(shì)皇二極管元件，其中，所述氧化物半導(dǎo)體層在 室溫下的載流子濃度為1 X l〇14cnf3以上且1 X 1017cnf3以下。
[0021] 9.如1~8中任一項(xiàng)所述的肖特基勢(shì)皇二極管元件，其以所述氧化物半導(dǎo)體層的端 部不露出的方式被絕緣膜被覆。
[0022] 10.-種電路，其包含1~9中任一項(xiàng)所述的肖特基勢(shì)皇二極管元件。
[0023] 11.-種電氣設(shè)備，其包含1~9中任一項(xiàng)所述的肖特基勢(shì)皇二極管元件。
[0024] 12.-種電子設(shè)備，其包含1~9中任一項(xiàng)所述的肖特基勢(shì)皇二極管元件。
[0025] 13.-種車輛，其包含1~9中任一項(xiàng)所述的肖特基勢(shì)皇二極管元件。
[0026] 14.-種結(jié)構(gòu)體，其包含氧化物半導(dǎo)體層與金屬薄膜，所述氧化物半導(dǎo)體層包含具 有3.OeV以上且5.6eV以下的帶隙的多晶和/或非晶質(zhì)的氧化物半導(dǎo)體，且該結(jié)構(gòu)體包含所 述氧化物半導(dǎo)體層與所述金屬薄膜發(fā)生電接觸的區(qū)域。
[0027] 15.如14的結(jié)構(gòu)體，其中，所述氧化物半導(dǎo)體以In為主成分。
[0028] 16.如14或15的結(jié)構(gòu)體，其中，所述金屬薄膜的功函數(shù)為4.7eV以上。
[0029] 17.如14~16中任一項(xiàng)所述的結(jié)構(gòu)體，其中，所述氧化物半導(dǎo)體為結(jié)晶質(zhì)，且在所 述氧化物半導(dǎo)體中，以全部金屬元素中3原子％以上且30原子％以下的比例包含選自A1、 Si、Ce、Ga、Hf、Zr及Sm中的至少1種元素。
[0030] 18.如14~17中任一項(xiàng)的結(jié)構(gòu)體，其中，所述氧化物半導(dǎo)體在室溫下的載流子濃度 為1 X 1014cm-3 以上且1 X 1017cm-3 以下。
[0031 ] 19.如14~18中任一項(xiàng)的結(jié)構(gòu)體，其中，所述氧化物半導(dǎo)體層的膜厚為50nm~20μ m〇
[0032] 20. -種氧化物半導(dǎo)體基板，其是14~19中任一項(xiàng)所述的結(jié)構(gòu)體層疊于導(dǎo)電性基 板上而成的。
[0033] 21.如20的氧化物半導(dǎo)體基板，其中，所述導(dǎo)電性基板由選自單晶硅、多晶硅及微 晶硅中的1種以上構(gòu)成。
[0034] 22. -種氧化物半導(dǎo)體基板，其是14~19中任一項(xiàng)所述的結(jié)構(gòu)體層疊于電氣絕緣 性基板上而成的。
[0035] 23.-種功率半導(dǎo)體元件，其使用了 20~22中任一項(xiàng)的氧化物半導(dǎo)體基板。
[0036] 24. -種二極管元件，其使用了 20~22中任一項(xiàng)的氧化物半導(dǎo)體基板。
[0037] 25.-種肖特基勢(shì)皇二極管元件，其使用了 20~22中任一項(xiàng)的氧化物半導(dǎo)體基板。
[0038] 26.如25所述的肖特基勢(shì)皇二極管元件，其將所述金屬薄膜作為肖特基電極層。
[0039] 27.-種電路，其包含23所述的功率半導(dǎo)體元件、24所述的二極管元件、或者25或 26所述的肖特基勢(shì)皇二極管元件。
[0040] 28.-種電氣設(shè)備，其包含27所述的電路。
[0041] 29.-種電子設(shè)備，其包含27所述的電路。
[0042] 30.-種車輛，其包含27所述的電路。
[0043] 根據(jù)本發(fā)明，可提供一種利用廉價(jià)且量產(chǎn)性優(yōu)異的方法在Si基板上形成帶隙較寬 的化合物半導(dǎo)體而具有優(yōu)異的電流-電壓特性的肖特基勢(shì)皇二極管元件。
[0044] 另外，根據(jù)本發(fā)明，可提供一種適合肖特基勢(shì)皇二極管元件、二極管元件、功率半 導(dǎo)體元件的氧化物半導(dǎo)體基板。
【附圖說明】
[0045] 圖1是示意性地表示本發(fā)明的肖特基勢(shì)皇二極管元件的一個(gè)實(shí)施方式的剖面圖。
[0046] 圖2是示意性地表示本發(fā)明的肖特基勢(shì)皇二極管元件的一個(gè)實(shí)施方式的剖面圖。
[0047] 圖3是示意性地表示本發(fā)明的肖特基勢(shì)皇二極管元件的一個(gè)實(shí)施方式的剖面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0048] 1.肖特基勢(shì)皇二極管元件
[0049] 本發(fā)明的肖特基勢(shì)皇二極管元件具有硅(Si)基板、氧化物半導(dǎo)體層、及肖特基電 極層，上述氧化物半導(dǎo)體層包含具有3.OeV以上且5.6eV以下的帶隙的多晶和/或非晶質(zhì)的 氧化物半導(dǎo)體。通過使用帶隙寬的多晶和/或非晶質(zhì)的氧化物半導(dǎo)體，可提供一種具有優(yōu)異 的電流-電壓特性、特別是具有高的絕緣破壞電場(chǎng)的肖特基勢(shì)皇二極管元件。
[0050] 另外，通過使用帶隙寬的材料，可使用多晶和/或非晶質(zhì)的材料而非在晶體成長等 制造上花費(fèi)成本的單晶。
[0051] 氧化物半導(dǎo)體層所含的氧化物半導(dǎo)體的帶隙優(yōu)選為3. lev以上且5.4eV以下。通過 使用該范圍內(nèi)的氧化物半導(dǎo)體，可提供一種具有優(yōu)異的電流-電壓特性、特別是具有高的絕 緣破壞電場(chǎng)的肖特基勢(shì)皇二極管元件。
[0052]作為具有3.OeV以上且5.6eV以下的帶隙的氧化物半導(dǎo)體，可列舉包含選自