JP2000101101A - ＳｉＣショットキーダイオード - Google Patents
ＳｉＣショットキーダイオードInfo
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- JP2000101101A JP2000101101A JP10284780A JP28478098A JP2000101101A JP 2000101101 A JP2000101101 A JP 2000101101A JP 10284780 A JP10284780 A JP 10284780A JP 28478098 A JP28478098 A JP 28478098A JP 2000101101 A JP2000101101 A JP 2000101101A
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- schottky
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Links
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D8/00—Diodes
- H10D8/60—Schottky-barrier diodes
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D62/00—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
- H10D62/10—Shapes, relative sizes or dispositions of the regions of the semiconductor bodies; Shapes of the semiconductor bodies
- H10D62/102—Constructional design considerations for preventing surface leakage or controlling electric field concentration
- H10D62/103—Constructional design considerations for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse-biased devices
- H10D62/105—Constructional design considerations for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse-biased devices by having particular doping profiles, shapes or arrangements of PN junctions; by having supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE]
- H10D62/106—Constructional design considerations for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse-biased devices by having particular doping profiles, shapes or arrangements of PN junctions; by having supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE] having supplementary regions doped oppositely to or in rectifying contact with regions of the semiconductor bodies, e.g. guard rings with PN or Schottky junctions
- H10D62/107—Buried supplementary regions, e.g. buried guard rings
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
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- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 順方向の電流導通時の電圧降下の増大を伴う
ことなく、漏れ電流を低減して逆電圧阻止特性を著しく
向上させた高耐圧、大電流のＳｉＣショットキーダイオ
ードを提供することにある。 【解決手段】 一対の主表面を有し、第一導電型の高不
純物濃度３および低不純物濃度２の二つの半導体層が積
層されたＳｉＣ半導体基体１と、前記基体の第一主表面
に形成され、第一導電型の低不純物濃度の半導体層との
間にショットキー障壁５１をなすショットキー金属５
と、前記基体の第二主表面に形成され、第一導電型の高
不純物濃度の半導体層にオーム性抵抗接触されるカソー
ド電極６からなるＳｉＣショットキーダイオードにおい
て、前記基体内の第一主表面に近い部分に第一導電型の
低不純物濃度の半導体層との間にｐｎ接合を形成する第
二導電型の埋込み層７を複数個分散配置し、その間隔を
幅広くする。
ことなく、漏れ電流を低減して逆電圧阻止特性を著しく
向上させた高耐圧、大電流のＳｉＣショットキーダイオ
ードを提供することにある。 【解決手段】 一対の主表面を有し、第一導電型の高不
純物濃度３および低不純物濃度２の二つの半導体層が積
層されたＳｉＣ半導体基体１と、前記基体の第一主表面
に形成され、第一導電型の低不純物濃度の半導体層との
間にショットキー障壁５１をなすショットキー金属５
と、前記基体の第二主表面に形成され、第一導電型の高
不純物濃度の半導体層にオーム性抵抗接触されるカソー
ド電極６からなるＳｉＣショットキーダイオードにおい
て、前記基体内の第一主表面に近い部分に第一導電型の
低不純物濃度の半導体層との間にｐｎ接合を形成する第
二導電型の埋込み層７を複数個分散配置し、その間隔を
幅広くする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＳｉＣショットキ
ーダイオードに係り、特に、高耐圧、大電流を制御する
ＳｉＣショットキーダイオードに関する。
ーダイオードに係り、特に、高耐圧、大電流を制御する
ＳｉＣショットキーダイオードに関する。
【０００２】
【従来の技術】インバータ等の電力変換機器の動作周波
数の高周波化に伴って、半導体スイッチング素子の高速
化とともに、スイッチング素子に並列接続される還流ダ
イオードやフリーホイルダイオードの高速化が強く求め
られている。これらのダイオードには、高電圧かつ大電
流を低損失で整流する機能が要求されるので、一般には
ｐｎ接合ダイオードが広く適用されている。しかし、ｐ
ｎ接合ダイオードは、電流通電時に半導体内部に蓄積さ
れる少数キャリアによってターンオフ過渡時には大きな
逆電流が流れる性質があるため、スイッチング素子のタ
ーンオン時に過大な損失を発生させるだけでなく、過大
なノイズの発生源となっており、電力変換装置の動作の
高周波化を阻害する主要な要因になっている。このた
め、リカバリー特性の改善したｐｎ接合ダイオードが種
々開発されいるが、少数キャリアの注入を伴うこの種の
ダイオードには、リカバリー時の逆電流の低減に本質的
な限界がある。このような要求に応える整流ダイオード
としてショットキーダイオードがある。ショットキーダ
イオードでは、半導体内部で電流を運ぶ担体が多数キャ
リアのみであり、電流通電時においても少数キャリアの
注入や蓄積がないので、ターンオフ時の逆電流を極めて
小さくすることができる。しかし、シリコンを基材とす
る従来のショットキーダイオードは、電流導通時のオン
抵抗が高く、発生損失が著しく大きくなり、高電圧、大
電流の電力変換装置に適用できない、という問題があ
る。ＳｉＣを基材とすれば、この問題を解消できる。し
かしながら、ＳｉＣのショットキーダイオードでも逆電
圧を印加した時の漏れ電流が大きくなる性質がある。特
に、高温で耐電圧近くの高い電圧が印加されると、漏れ
電流が増加するので、逆電圧阻止状態における発生損失
が増大する。これがダイオード素子内の局所的な場所で
起こり、部分的な熱暴走によって素子が破壊し易い、と
いう欠点がある。
数の高周波化に伴って、半導体スイッチング素子の高速
化とともに、スイッチング素子に並列接続される還流ダ
イオードやフリーホイルダイオードの高速化が強く求め
られている。これらのダイオードには、高電圧かつ大電
流を低損失で整流する機能が要求されるので、一般には
ｐｎ接合ダイオードが広く適用されている。しかし、ｐ
ｎ接合ダイオードは、電流通電時に半導体内部に蓄積さ
れる少数キャリアによってターンオフ過渡時には大きな
逆電流が流れる性質があるため、スイッチング素子のタ
ーンオン時に過大な損失を発生させるだけでなく、過大
なノイズの発生源となっており、電力変換装置の動作の
高周波化を阻害する主要な要因になっている。このた
め、リカバリー特性の改善したｐｎ接合ダイオードが種
々開発されいるが、少数キャリアの注入を伴うこの種の
ダイオードには、リカバリー時の逆電流の低減に本質的
な限界がある。このような要求に応える整流ダイオード
としてショットキーダイオードがある。ショットキーダ
イオードでは、半導体内部で電流を運ぶ担体が多数キャ
リアのみであり、電流通電時においても少数キャリアの
注入や蓄積がないので、ターンオフ時の逆電流を極めて
小さくすることができる。しかし、シリコンを基材とす
る従来のショットキーダイオードは、電流導通時のオン
抵抗が高く、発生損失が著しく大きくなり、高電圧、大
電流の電力変換装置に適用できない、という問題があ
る。ＳｉＣを基材とすれば、この問題を解消できる。し
かしながら、ＳｉＣのショットキーダイオードでも逆電
圧を印加した時の漏れ電流が大きくなる性質がある。特
に、高温で耐電圧近くの高い電圧が印加されると、漏れ
電流が増加するので、逆電圧阻止状態における発生損失
が増大する。これがダイオード素子内の局所的な場所で
起こり、部分的な熱暴走によって素子が破壊し易い、と
いう欠点がある。
【０００３】このようなショットキーダイオードの逆方
向の電圧印加時の漏れ電流を改善する従来技術として、
例えばＳｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
ｓ，Ｖｏｌ．２８．Ｎｏ．１１，ｐｐ．１０８９−１０
９３（１９８５）の技術論文にＢ．Ｊ．Ｂａｌｉｇａ氏
によってＳｉを基材としたショットキーダイオードに適
用されたＪｕｎｃｔｉｏｎ−Ｂａｒｒｉｅｒ−Ｃｏｎｔ
ｒｏｌｌｅｄ Ｓｃｈｏｔｔｋｙ（ＪＢＳ） Ｒｅｃｔ
ｉｆｉｅｒという技術が開示されている。図２は、その
ショットキーダイオードの概略構成を示す断面図であ
る。図２において、１は高不純物濃度のｎ＋型層２と比
較的低不純物濃度のｎ−型層３とからなる半導体基体、
６はｎ型層２に低抵抗のオーム性接触したカソード電
極、５は比較的低不純物濃度のｎ型層３の表面にショッ
トキー障壁５１を形成するショットキー金属であって、
その表面終端部には局所電界を緩和するカードリング用
のｐ＋型層４が設けられると共に、ショットキー障壁部
分にはｐ＋型層８が複数個具備されている。このｐ＋型
層８は、逆電圧印加時に隣接するｐ＋型層のｐｎ接合か
らｎ−型層３に向かって拡がる空乏層が互いに重なる程
度の間隔で分散配置され、介在するショットキー障壁５
１に加わる逆電圧の電界強度を低減する作用があり、シ
ョットキー障壁部分における漏れ電流を減少させる働き
がある、と説明されている。この従来技術をＳｉＣを基
材にしたショットキーダイオードに適用すれば、逆電圧
阻止特性を格段に向上させ得ることが期待できる。
向の電圧印加時の漏れ電流を改善する従来技術として、
例えばＳｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
ｓ，Ｖｏｌ．２８．Ｎｏ．１１，ｐｐ．１０８９−１０
９３（１９８５）の技術論文にＢ．Ｊ．Ｂａｌｉｇａ氏
によってＳｉを基材としたショットキーダイオードに適
用されたＪｕｎｃｔｉｏｎ−Ｂａｒｒｉｅｒ−Ｃｏｎｔ
ｒｏｌｌｅｄ Ｓｃｈｏｔｔｋｙ（ＪＢＳ） Ｒｅｃｔ
ｉｆｉｅｒという技術が開示されている。図２は、その
ショットキーダイオードの概略構成を示す断面図であ
る。図２において、１は高不純物濃度のｎ＋型層２と比
較的低不純物濃度のｎ−型層３とからなる半導体基体、
６はｎ型層２に低抵抗のオーム性接触したカソード電
極、５は比較的低不純物濃度のｎ型層３の表面にショッ
トキー障壁５１を形成するショットキー金属であって、
その表面終端部には局所電界を緩和するカードリング用
のｐ＋型層４が設けられると共に、ショットキー障壁部
分にはｐ＋型層８が複数個具備されている。このｐ＋型
層８は、逆電圧印加時に隣接するｐ＋型層のｐｎ接合か
らｎ−型層３に向かって拡がる空乏層が互いに重なる程
度の間隔で分散配置され、介在するショットキー障壁５
１に加わる逆電圧の電界強度を低減する作用があり、シ
ョットキー障壁部分における漏れ電流を減少させる働き
がある、と説明されている。この従来技術をＳｉＣを基
材にしたショットキーダイオードに適用すれば、逆電圧
阻止特性を格段に向上させ得ることが期待できる。
【０００４】しかしながら、以下に述べるＳｉＣ特有の
製作プロセス上の制限から、この構造をそのままＳｉＣ
のショットキーダイオードに適用するには多大な困難が
ある。すなわち、前記の従来例において、ｐ＋型層８
は、介在するショットキー障壁５１に加わる逆電圧の電
界強度を低減するために、逆電圧印加時に互いの空乏層
が重なる程度に間隔を狭くする必要があるとともに、数
１００〜数１０００Ｖの高い逆電圧に対して電圧阻止能
力を保持するために、比較的深い高濃度層として形成し
なければならない。しかし、ＳｉＣの場合、その接合絶
縁破壊電界がＳｉの約１０倍という物性上の特長を生か
した接合設計になるので、一般にｎ−型層３の不純物濃
度はＳｉの場合の７０〜１００倍の高濃度に設定され、
そのため空乏層の拡がりは著しく少なくなり、空乏層の
ピンチオフ効果を発揮するためには、前記のｐ＋型層８
の間隔は１μｍ程度の極めて狭い値にする必要がある。
この結果、電流導通時において電圧降下が著しく増大す
る、という問題が起こる。また、深いｐ型層の形成には
Ｓｉではボロンやアルミニウム等のアクセプタ不純物を
熱拡散法で拡散されるが、ＳｉＣではこれらの不純物の
拡散係数が極めて小さいので、この拡散法は適用でき
ず、イオン注入法を適用しなければならない。しかし、
イオン注入によって１μｍ以上の深い打ち込み層を選択
的に形成することは極めて難しい。厚い膜厚の注入マス
クの形成が困難なことに加えて、消去できない結晶欠陥
が誘起されるからである。したがって、漏れ電流が低減
できるＳｉでのＪＢＳ構造をＳｉＣのショットキーダイ
オードにそのままは適用することは殆ど不可能である。
製作プロセス上の制限から、この構造をそのままＳｉＣ
のショットキーダイオードに適用するには多大な困難が
ある。すなわち、前記の従来例において、ｐ＋型層８
は、介在するショットキー障壁５１に加わる逆電圧の電
界強度を低減するために、逆電圧印加時に互いの空乏層
が重なる程度に間隔を狭くする必要があるとともに、数
１００〜数１０００Ｖの高い逆電圧に対して電圧阻止能
力を保持するために、比較的深い高濃度層として形成し
なければならない。しかし、ＳｉＣの場合、その接合絶
縁破壊電界がＳｉの約１０倍という物性上の特長を生か
した接合設計になるので、一般にｎ−型層３の不純物濃
度はＳｉの場合の７０〜１００倍の高濃度に設定され、
そのため空乏層の拡がりは著しく少なくなり、空乏層の
ピンチオフ効果を発揮するためには、前記のｐ＋型層８
の間隔は１μｍ程度の極めて狭い値にする必要がある。
この結果、電流導通時において電圧降下が著しく増大す
る、という問題が起こる。また、深いｐ型層の形成には
Ｓｉではボロンやアルミニウム等のアクセプタ不純物を
熱拡散法で拡散されるが、ＳｉＣではこれらの不純物の
拡散係数が極めて小さいので、この拡散法は適用でき
ず、イオン注入法を適用しなければならない。しかし、
イオン注入によって１μｍ以上の深い打ち込み層を選択
的に形成することは極めて難しい。厚い膜厚の注入マス
クの形成が困難なことに加えて、消去できない結晶欠陥
が誘起されるからである。したがって、漏れ電流が低減
できるＳｉでのＪＢＳ構造をＳｉＣのショットキーダイ
オードにそのままは適用することは殆ど不可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、高耐
圧、大電流のパワーショットキーダイオードには、高
温、高電圧における逆電圧時の漏れ電流の低減というシ
ョットキーダイオードの従来からの課題と、順方向の電
流導通時において電圧降下が著しく増大するという課題
を解決する必要がある。本発明の課題は、上記問題点に
鑑み、順方向の電流導通時の電圧降下の増大を伴うこと
なく、漏れ電流を低減して逆電圧阻止特性を著しく向上
させた高耐圧、大電流のＳｉＣショットキーダイオード
を提供することにある。
圧、大電流のパワーショットキーダイオードには、高
温、高電圧における逆電圧時の漏れ電流の低減というシ
ョットキーダイオードの従来からの課題と、順方向の電
流導通時において電圧降下が著しく増大するという課題
を解決する必要がある。本発明の課題は、上記問題点に
鑑み、順方向の電流導通時の電圧降下の増大を伴うこと
なく、漏れ電流を低減して逆電圧阻止特性を著しく向上
させた高耐圧、大電流のＳｉＣショットキーダイオード
を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、ショットキー障壁が形成され、ＳｉＣ半導体基体の
表面近くの基体内に基体と反対導電型の埋込み層を複数
個分散配置する。さらに、該埋込み層とショットキー障
壁が形成される間に介在する半導体基体の不純物濃度を
低減する。
に、ショットキー障壁が形成され、ＳｉＣ半導体基体の
表面近くの基体内に基体と反対導電型の埋込み層を複数
個分散配置する。さらに、該埋込み層とショットキー障
壁が形成される間に介在する半導体基体の不純物濃度を
低減する。
【０００７】本発明は、素子に逆電圧が印加されると、
半導体基体と埋込み層の間のｐｎ接合に印加される逆電
圧によって、そこに拡がる空乏層が重なり合い、ショッ
トキー障壁部分に印加される電界強度を緩和できる。こ
のとき、埋込み層間の空乏層は従来の表面層間より拡が
りやすいので、層間の間隔も幅広く設定できる。また、
埋込み層は実質的な深いｐｎ接合となり、高電圧に耐え
る阻止能力が可能になる。以上の作用により、順方向の
電流導通時の電圧降下の増大を伴うことなく、逆方向の
漏れ電流が低減された高耐圧のＳｉＣショットキーダイ
オードを実現することができる。さらに、ショットキー
障壁と埋込み層間に不純物濃度の低い層を介在させるこ
とによって、ショットキー障壁にかかる逆バイアス電界
をさらに低減できるので、漏れ電流の一層の低減と阻止
電圧の向上が可能になる。
半導体基体と埋込み層の間のｐｎ接合に印加される逆電
圧によって、そこに拡がる空乏層が重なり合い、ショッ
トキー障壁部分に印加される電界強度を緩和できる。こ
のとき、埋込み層間の空乏層は従来の表面層間より拡が
りやすいので、層間の間隔も幅広く設定できる。また、
埋込み層は実質的な深いｐｎ接合となり、高電圧に耐え
る阻止能力が可能になる。以上の作用により、順方向の
電流導通時の電圧降下の増大を伴うことなく、逆方向の
漏れ電流が低減された高耐圧のＳｉＣショットキーダイ
オードを実現することができる。さらに、ショットキー
障壁と埋込み層間に不純物濃度の低い層を介在させるこ
とによって、ショットキー障壁にかかる逆バイアス電界
をさらに低減できるので、漏れ電流の一層の低減と阻止
電圧の向上が可能になる。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
用いて説明する。図１は、本発明の第一の実施形態であ
り、逆特性の改良された高耐圧のＳｉＣショットキーダ
イオードの断面図を示す。図１において、上下に主表面
を有する平行平板状のＳｉＣ半導体基体１は、不純物濃
度約３×１０の１９乗、厚さ約２００μｍの低抵抗のｎ
＋型層２と、不純物濃度約１×１０の１６乗、厚さ約１
２μｍの高抵抗のｎ−型層３とからなり、ｎ＋型層２が
露出する一方の主表面に低抵抗のオーム性接触したＮｉ
金属等のカソード電極６、ｎ−型層３が露出する他方の
主表面にはアノード電極となるＴｉ／Ａ１またはＰｔ等
のショットキー金属５をそれぞれ設け、ｎ−型層３とシ
ョットキー金属５との接する部分にはショットキー障壁
５１を形成する。ショットキー金属５が終端する部分に
は他方の主表面からｎ−型層３内にボロンのイオン注入
により形成された注入量約１×１０の１５乗／ｃｍ2、
深さ約０．５μｍの比較的高濃度のｐ＋型層４を設け、
その表面においてショットキー電極５と低抵抗にオーム
性接触する。そして、基体表面中央の主な機能領域とな
る部分において、他方の主表面から約１μｍの位置のｎ
−型層３内に高さ約０．５μｍ、幅約１μｍのボロン注
入により形成された比較的高濃度のｐ＋型埋込み層７を
約３μｍの間隔つまり幅広の間隔で複数個設け、それぞ
れｎ−型層３との間にｐｎ接合７１を形成する。図１に
は３ヶの埋込み層７を示したが、実際の素子では半導体
基体の大きさに応じて多数個配列する。
用いて説明する。図１は、本発明の第一の実施形態であ
り、逆特性の改良された高耐圧のＳｉＣショットキーダ
イオードの断面図を示す。図１において、上下に主表面
を有する平行平板状のＳｉＣ半導体基体１は、不純物濃
度約３×１０の１９乗、厚さ約２００μｍの低抵抗のｎ
＋型層２と、不純物濃度約１×１０の１６乗、厚さ約１
２μｍの高抵抗のｎ−型層３とからなり、ｎ＋型層２が
露出する一方の主表面に低抵抗のオーム性接触したＮｉ
金属等のカソード電極６、ｎ−型層３が露出する他方の
主表面にはアノード電極となるＴｉ／Ａ１またはＰｔ等
のショットキー金属５をそれぞれ設け、ｎ−型層３とシ
ョットキー金属５との接する部分にはショットキー障壁
５１を形成する。ショットキー金属５が終端する部分に
は他方の主表面からｎ−型層３内にボロンのイオン注入
により形成された注入量約１×１０の１５乗／ｃｍ2、
深さ約０．５μｍの比較的高濃度のｐ＋型層４を設け、
その表面においてショットキー電極５と低抵抗にオーム
性接触する。そして、基体表面中央の主な機能領域とな
る部分において、他方の主表面から約１μｍの位置のｎ
−型層３内に高さ約０．５μｍ、幅約１μｍのボロン注
入により形成された比較的高濃度のｐ＋型埋込み層７を
約３μｍの間隔つまり幅広の間隔で複数個設け、それぞ
れｎ−型層３との間にｐｎ接合７１を形成する。図１に
は３ヶの埋込み層７を示したが、実際の素子では半導体
基体の大きさに応じて多数個配列する。
【０００９】本実施形態における各部の作用を以下に説
明する。ダイオードとしての電流の整流作用は、ｎ−型
層３とショットキー金属５の間に形成されたショットキ
ー障壁５１の部分で動作する。すなわち、ショットキー
金属５がカソード電極６に対して正電位となる向きの電
圧が印加されたとき、ショットキー障壁５１の概ね０．
１〜０．５Ｖの比較的低い障壁を超えて電子がショット
キー金属５からｎ−型層３へ流れ、さらにカソード電極
６に向かって流れて導通する。また、上記と逆向きの電
圧が印加されたとき、電子の流れはショットキー障壁５
１によって塞き止められ、電流の流れを阻止する。ショ
ットキー金属５の終端部に設けたｐ＋型層４は、逆電圧
印加状態においてショットキー障壁５１にかかる局所集
中電界による降伏電圧の低下を防ぐもので、ｐ＋ｎ接合
の高い逆電圧阻止特性を利用している。この例では、通
常よく使われているいわゆるガードリング構造を示した
が、他の構造、例えばフィールドリミッティングリング
（ＦＬＲ）、フィールドプレート（ＦＰ）、またはジャ
ンクション・ターミネーション・エクステンション（Ｊ
ＴＥ）なども適用できる。
明する。ダイオードとしての電流の整流作用は、ｎ−型
層３とショットキー金属５の間に形成されたショットキ
ー障壁５１の部分で動作する。すなわち、ショットキー
金属５がカソード電極６に対して正電位となる向きの電
圧が印加されたとき、ショットキー障壁５１の概ね０．
１〜０．５Ｖの比較的低い障壁を超えて電子がショット
キー金属５からｎ−型層３へ流れ、さらにカソード電極
６に向かって流れて導通する。また、上記と逆向きの電
圧が印加されたとき、電子の流れはショットキー障壁５
１によって塞き止められ、電流の流れを阻止する。ショ
ットキー金属５の終端部に設けたｐ＋型層４は、逆電圧
印加状態においてショットキー障壁５１にかかる局所集
中電界による降伏電圧の低下を防ぐもので、ｐ＋ｎ接合
の高い逆電圧阻止特性を利用している。この例では、通
常よく使われているいわゆるガードリング構造を示した
が、他の構造、例えばフィールドリミッティングリング
（ＦＬＲ）、フィールドプレート（ＦＰ）、またはジャ
ンクション・ターミネーション・エクステンション（Ｊ
ＴＥ）なども適用できる。
【００１０】本実施形態において、複数個のｐ＋型埋込
み層７が新規な点である。逆電圧印加時において、空乏
層ははじめショットキー障壁５１よりｎ−型層３内に拡
がるが、約１００Ｖの逆電圧においてこの空乏層はｐ＋
型埋込み層７に到達する。さらに高い逆電圧により、空
乏層はｐ＋型埋込み層７から拡がり、約４００Ｖの電圧
で隣り合ったｐ＋型埋込み層７から拡がる空乏層が重な
る。それ以上の逆電圧では空乏層はｎ−型層３内をｎ＋
型層２に向かって一様に拡がり、約１２００Ｖでその先
端はｎ＋型層２に到達し、素子はパンチスルーにより降
伏する。上記した逆電圧印加時の動作において、ショッ
トキー障壁５１にかかる逆方向の電界は、はじめ逆電圧
の増加とともに強くなるが、ｐ＋型埋込み層７から拡が
る空乏層が重なる電圧以上の逆電圧ではこの部分のピン
チオフ効果によって、さらに高い強度の電界にはならな
い。この作用によって高電圧印加時のショットキー障壁
部５１における漏れ電流の著しい増加を防止することが
できる。また、図２の従来例のｐ＋型層８の間隔が１μ
ｍ程度の極めて狭い値であるに比し、本実施形態では、
ｐ＋型埋込み層７を約３μｍの間隔つまり幅広の間隔で
分散配置するので、順方向の電流導通時の電圧降下の増
大を伴うことなく、逆に低くすることがでる。
み層７が新規な点である。逆電圧印加時において、空乏
層ははじめショットキー障壁５１よりｎ−型層３内に拡
がるが、約１００Ｖの逆電圧においてこの空乏層はｐ＋
型埋込み層７に到達する。さらに高い逆電圧により、空
乏層はｐ＋型埋込み層７から拡がり、約４００Ｖの電圧
で隣り合ったｐ＋型埋込み層７から拡がる空乏層が重な
る。それ以上の逆電圧では空乏層はｎ−型層３内をｎ＋
型層２に向かって一様に拡がり、約１２００Ｖでその先
端はｎ＋型層２に到達し、素子はパンチスルーにより降
伏する。上記した逆電圧印加時の動作において、ショッ
トキー障壁５１にかかる逆方向の電界は、はじめ逆電圧
の増加とともに強くなるが、ｐ＋型埋込み層７から拡が
る空乏層が重なる電圧以上の逆電圧ではこの部分のピン
チオフ効果によって、さらに高い強度の電界にはならな
い。この作用によって高電圧印加時のショットキー障壁
部５１における漏れ電流の著しい増加を防止することが
できる。また、図２の従来例のｐ＋型層８の間隔が１μ
ｍ程度の極めて狭い値であるに比し、本実施形態では、
ｐ＋型埋込み層７を約３μｍの間隔つまり幅広の間隔で
分散配置するので、順方向の電流導通時の電圧降下の増
大を伴うことなく、逆に低くすることがでる。
【００１１】図３は、本発明の第二の実施形態であり、
図１の第一の実施形態のさらに逆電圧特性の改善された
ショットキーダイオードの断面図を示す。図中の各部に
付した構成部分の番号が図１に示した第一の実施形態と
同じ部分はその構造、導電型および作用が等しい部分を
指している。図３では、ｎ−型層３内に比較的高濃度の
ｐ＋型埋込み層７が複数個設けられる点は第一の実施形
態と同じであるが、さらに、該ｐ＋型埋込み層７より上
に不純物濃度が１〜３×１０の１５乗の高抵抗のｎ−−
型層３１をｎ−型層３との界面３１３で接して積層する
点が異なる。かかる構成にすれると、素子に逆電圧が印
加されたとき、ショットキー障壁５１より拡がる空乏層
がｐ＋型埋込み層７に到達する電圧は５０Ｖ以下に減少
し、ｐ＋型埋込み層７間のピンチオフ状態以降でもこの
電圧が保持される。その結果、ショットキー障壁５１に
かかる電界が低減されることになり、逆電圧印加時の漏
れ電流を著しく低減できる。
図１の第一の実施形態のさらに逆電圧特性の改善された
ショットキーダイオードの断面図を示す。図中の各部に
付した構成部分の番号が図１に示した第一の実施形態と
同じ部分はその構造、導電型および作用が等しい部分を
指している。図３では、ｎ−型層３内に比較的高濃度の
ｐ＋型埋込み層７が複数個設けられる点は第一の実施形
態と同じであるが、さらに、該ｐ＋型埋込み層７より上
に不純物濃度が１〜３×１０の１５乗の高抵抗のｎ−−
型層３１をｎ−型層３との界面３１３で接して積層する
点が異なる。かかる構成にすれると、素子に逆電圧が印
加されたとき、ショットキー障壁５１より拡がる空乏層
がｐ＋型埋込み層７に到達する電圧は５０Ｖ以下に減少
し、ｐ＋型埋込み層７間のピンチオフ状態以降でもこの
電圧が保持される。その結果、ショットキー障壁５１に
かかる電界が低減されることになり、逆電圧印加時の漏
れ電流を著しく低減できる。
【００１２】本実施形態では、接合温度１５０℃におい
て、逆方向に１０００Ｖの電圧を印加したときの漏れ電
流密度が１×１０の−４乗Ａ／ｃｍ2程度に極めて低減
され、降伏電圧順が１２００Ｖと高く、かつ、順方向の
電流導通時の電圧降下が１００Ａ／ｃｍ2の電流密度に
おいて１．１〜１．２Ｖと極めて低いショットキーダイ
オードが得られる。したがって、本実施形態では導通特
性および逆電圧特性がともに優れた高耐圧、大電流のＳ
ｉＣショットキーダイオードを実現することができる。
て、逆方向に１０００Ｖの電圧を印加したときの漏れ電
流密度が１×１０の−４乗Ａ／ｃｍ2程度に極めて低減
され、降伏電圧順が１２００Ｖと高く、かつ、順方向の
電流導通時の電圧降下が１００Ａ／ｃｍ2の電流密度に
おいて１．１〜１．２Ｖと極めて低いショットキーダイ
オードが得られる。したがって、本実施形態では導通特
性および逆電圧特性がともに優れた高耐圧、大電流のＳ
ｉＣショットキーダイオードを実現することができる。
【００１３】図４は、図３のの第二の実施形態の製作方
法の主要な工程を示す。図中の各部に付した構成部分の
番号が図３に示した第二の実施形態と同じ部分はその構
造、導電型および作用が等しい部分を指している。図４
（ａ）は、ｎ−型層３の一方の主表面部分であり、下部
のｎ＋型層などの半導体基体の部分は省略されている。
図４（ｂ）では、ｎ−型層３の表面よりボロンの選択的
なイオン注入によりｐ＋型埋込み層７を部分的に形成す
る。注入量を約１×１０の１５乗／ｃｍ2とし、打ち込
みエネルギーを５０ｋｅＶ，３０ｋｅＶおよび１０ｋｅ
Ｖの３段階に注入して、ボックス状の不純物分布とした
後、約１５００℃のアニールを行い、活性化処理する。
続いて、図４（ｃ）では、エピタキシャル成長法により
窒素をドーパントとして濃度１〜３×１０の１５乗、厚
さ約１μｍのｎ−−型層３１を積層する。その後、図４
（ｄ）では、Ｔｉ／Ａ１のショットキー金属を表面に蒸
着してデバイスの機能領域を製作する。
法の主要な工程を示す。図中の各部に付した構成部分の
番号が図３に示した第二の実施形態と同じ部分はその構
造、導電型および作用が等しい部分を指している。図４
（ａ）は、ｎ−型層３の一方の主表面部分であり、下部
のｎ＋型層などの半導体基体の部分は省略されている。
図４（ｂ）では、ｎ−型層３の表面よりボロンの選択的
なイオン注入によりｐ＋型埋込み層７を部分的に形成す
る。注入量を約１×１０の１５乗／ｃｍ2とし、打ち込
みエネルギーを５０ｋｅＶ，３０ｋｅＶおよび１０ｋｅ
Ｖの３段階に注入して、ボックス状の不純物分布とした
後、約１５００℃のアニールを行い、活性化処理する。
続いて、図４（ｃ）では、エピタキシャル成長法により
窒素をドーパントとして濃度１〜３×１０の１５乗、厚
さ約１μｍのｎ−−型層３１を積層する。その後、図４
（ｄ）では、Ｔｉ／Ａ１のショットキー金属を表面に蒸
着してデバイスの機能領域を製作する。
【００１４】本発明の実施形態では、半導体基体１の導
電型をｎ型の場合を示したが、記述した伝導型を全て反
対伝導型にすれば、ｐ型の場合にも適用される。
電型をｎ型の場合を示したが、記述した伝導型を全て反
対伝導型にすれば、ｐ型の場合にも適用される。
【００１５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高耐圧、大電流のＳｉＣショットキーダイオードの逆方
向の漏れ電流特性を著しく向上させることができる。ま
た、ショットキー障壁と埋込み層間に不純物濃度の低い
層を介在させることによって、ショットキー障壁にかか
る逆バイアス電界をさらに低減することができ、漏れ電
流の一層の低減と阻止電圧の向上が可能になる。また、
順方向の電流導通時の電圧降下の増大を伴うことなく、
逆方向の漏れ電流を低減した導通特性および逆電圧特性
がともに優れた高耐圧、大電流のＳｉＣショットキーダ
イオードを実現することができる。
高耐圧、大電流のＳｉＣショットキーダイオードの逆方
向の漏れ電流特性を著しく向上させることができる。ま
た、ショットキー障壁と埋込み層間に不純物濃度の低い
層を介在させることによって、ショットキー障壁にかか
る逆バイアス電界をさらに低減することができ、漏れ電
流の一層の低減と阻止電圧の向上が可能になる。また、
順方向の電流導通時の電圧降下の増大を伴うことなく、
逆方向の漏れ電流を低減した導通特性および逆電圧特性
がともに優れた高耐圧、大電流のＳｉＣショットキーダ
イオードを実現することができる。
【図１】本発明の第一の実施形態であり、逆特性の改良
された高耐圧のＳｉＣショットキーダイオードの断面図
された高耐圧のＳｉＣショットキーダイオードの断面図
【図２】従来例を示す断面図
【図３】本発明の第二の実施形態を示す断面図
【図４】本発明のショットキーダイオードの製作工程を
示す図
示す図
１…ＳｉＣ半導体基体、２…ｎ＋型層、３…ｎ−型層、
３１…低濃度ｎ−−型層、３１３…ｎ−型層とｎ−−型
層の接合する界面、４…ガードリングとなるｐ＋型層、
５…アノード電極となるショットキー金属、５１…ショ
ットキー障壁、６…カソード電極、７…比較的高濃度ｐ
＋型層埋込み層、８…ｐ＋型層
３１…低濃度ｎ−−型層、３１３…ｎ−型層とｎ−−型
層の接合する界面、４…ガードリングとなるｐ＋型層、
５…アノード電極となるショットキー金属、５１…ショ
ットキー障壁、６…カソード電極、７…比較的高濃度ｐ
＋型層埋込み層、８…ｐ＋型層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大野 俊之 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 小野瀬 秀勝 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 浅野 勝則 大阪府大阪市北区中之島三丁目３番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 林 智基 大阪府大阪市北区中之島三丁目３番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 菅原 良孝 大阪府大阪市北区中之島三丁目３番22号 関西電力株式会社内 Ｆターム(参考） 4M104 AA03 CC03 FF31 FF35 GG18 HH20
Claims (4)
- 【請求項１】 一対の主表面を有し、第一導電型の高不
純物濃度および低不純物濃度の二つの半導体層が積層さ
れたＳｉＣ半導体基体と、前記基体の第一主表面に形成
され、前記第一導電型の低不純物濃度の半導体層との間
にショットキー障壁をなすショットキー金属と、前記基
体の第二主表面に形成され、前記第一導電型の高不純物
濃度の半導体層にオーム性抵抗接触されるカソード電極
からなるＳｉＣショットキーダイオードにおいて、前記
基体内の第一主表面に近い部分に前記第一導電型の低不
純物濃度の半導体層との間にｐｎ接合を形成する第二導
電型の埋込み層を複数個分散配置することを特徴とする
ＳｉＣショットキーダイオード。 - 【請求項２】 一対の主表面を有し、第一導電型の高不
純物濃度および低不純物濃度の二つの半導体層が積層さ
れたＳｉＣ半導体基体と、前記基体の第一主表面に形成
され、前記第一導電型の低不純物濃度の半導体層との間
にショットキー障壁をなすショットキー金属と、前記基
体の第二主表面に形成され、前記第一導電型の高不純物
濃度の半導体層にオーム性抵抗接触されるカソード電極
からなるＳｉＣショットキーダイオードにおいて、前記
基体内の第一主表面に近い部分に前記第一導電型の低不
純物濃度の半導体層との間にｐｎ接合を形成する第二導
電型の埋込み層を複数個分散配置するとともに、前記第
一導電型の低不純物濃度の半導体層が前記埋込み層と前
記ショットキー障壁の間でさらに減じられた低不純物濃
度を有する領域を具備することを特徴とするＳｉＣショ
ットキーダイオード。 - 【請求項３】 請求項１または請求項２において、前記
第二導電型の埋込み層を複数個分散配置する際、前記埋
込み層の間隔を幅広くして順方向の電流導通時の電圧降
下を低くすることを特徴とするＳｉＣショットキーダイ
オード。 - 【請求項４】 請求項１から請求項３のいずれかにおい
て、カソード電極がショットキー金属に対して正電位と
なる向きの電圧が主電極間に印加されたとき、半導体素
子の降伏電圧より十分低い電圧において前記ショットキ
ー障壁より拡がる空乏層が前記第二導電型の埋込み層に
到達し、それ以上の電圧の印加によって該埋込み層の間
に拡がる空乏層が互いに重なるように設定されることを
特徴とするＳｉＣショットキーダイオード。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28478098A JP4088852B2 (ja) | 1998-09-21 | 1998-09-21 | ＳｉＣショットキーダイオード |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28478098A JP4088852B2 (ja) | 1998-09-21 | 1998-09-21 | ＳｉＣショットキーダイオード |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000101101A true JP2000101101A (ja) | 2000-04-07 |
| JP4088852B2 JP4088852B2 (ja) | 2008-05-21 |
Family
ID=17682928
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28478098A Expired - Fee Related JP4088852B2 (ja) | 1998-09-21 | 1998-09-21 | ＳｉＣショットキーダイオード |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4088852B2 (ja) |
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| US7588958B2 (en) | 2003-07-04 | 2009-09-15 | Panasonic Corporation | Schottky barrier diode and manufacturing method thereof |
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| JP7498325B2 (ja) | 2019-06-27 | 2024-06-11 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 半導体装置 |
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-
1998
- 1998-09-21 JP JP28478098A patent/JP4088852B2/ja not_active Expired - Fee Related
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