JPH10321879A - Silicon carbide diode - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 逆方向特性の向上と、順方向導通時の損失抑
制が両立でき、高速応答が可能で低損失のダイオードを
提供すること。
【解決手段】 高不純物濃度n+ 半導体基板3上に、低
不純物濃度のn型層2を備え、且つ、このn型層2の表
面に、所定の幅WP で所定の深さLP を有する複数の高
不純物濃度p+ 型領域1Aを所定の間隔WS で設け、さ
らに、これらn型層2とp+ 型領域1Aの全面にアノー
ド電極4を設け、これにより、n型層2とアノード電極
4の接合部にショットキー接合が形成され、さらに、こ
のショットキー接合とp+ 型領域1Aの電気的な接続が
アノード電極4により得られるようにし炭化けい素から
なるダイオードにおいて、高不純物濃度p+ 型領域1A
の断面形状を横長の長円形にし、これらの間の間隔WS
が最小になる位置が、基板表面から所定距離LS 、内側
にくるようにしたもの。
【効果】 順方向導通時の抵抗を低減できる。
(57) [Problem] To provide a diode with improved reverse characteristics and reduced loss during forward conduction, capable of high-speed response and low loss. A on the high impurity concentration n + semiconductor substrate 3 comprises an n-type layer 2 of a low impurity concentration, and the surface of the n-type layer 2, a predetermined depth L P at a predetermined width W P a plurality of high impurity concentration p + -type region 1A having a predetermined interval W S, further, the anode electrode 4 is provided on the entire surface of the n-type layer 2 and the p + -type region 1A, thereby, the n-type layer 2 A Schottky junction is formed at the junction of the anode electrode 4, and an electrical connection between the Schottky junction and the p + -type region 1 A is obtained by the anode electrode 4. Concentration p + type region 1A
Is made into a horizontally long oval cross section, and the interval W S between them is
Is located at a predetermined distance L S from the substrate surface to the inside. [Effect] The resistance at the time of forward conduction can be reduced.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、炭化けい素を用い
た半導体装置に係り、特に大電流を高速スイッチするた
めの電力用ダイオードやトランジスタと組合わせて使用
するのに好適な炭化けい素ダイオードに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device using silicon carbide, and more particularly to a silicon carbide diode suitable for use in combination with a power diode or transistor for switching a large current at high speed. About.
【0002】[0002]
【従来の技術】電圧型インバータなどの電力変換機器に
は、スイッチング素子と共に整流用、転流用、或いは還
流路形成用などのための電力用ダイオードが使用され
る。図4は、電圧型インバータの主回路の一例を示した
もので、スイッチング素子となる6個のパワートランジ
スタ101(Tr1)〜106(Tr6)には、それぞれ還流
用ダイオード111(D1)〜116(D6)が逆並列に設
けられ、入力端子221、222間に供給されている直
流電力を3相交流電力に変換して負荷となる誘導電動機
120(IM)に供給するようになっているものである。2. Description of the Related Art In a power conversion device such as a voltage type inverter, a power diode for rectification, commutation, or formation of a return path is used together with a switching element. FIG. 4 shows an example of a main circuit of a voltage-type inverter. Six power transistors 101 (Tr1) to 106 (Tr6) serving as switching elements are respectively connected to return diodes 111 (D1) to 116 (116). D6) are provided in anti-parallel to convert the DC power supplied between the input terminals 221 and 222 into three-phase AC power and supply it to the induction motor 120 (IM) serving as a load. is there.
【0003】ここで、いまダイオード111に誘導電動
機120側から還流電流が流れているときにトランジス
タ102がオンすると、このダイオード111には逆回
復モードが発生するが、このときのダイオード111の
電流IDと電圧VD、それにトランジスタ102の電流I
Tと電圧VTは、それぞれ図5に示すようになる。If the transistor 102 is turned on while a return current is flowing through the diode 111 from the induction motor 120, a reverse recovery mode occurs in the diode 111. D , voltage V D , and current I of transistor 102
T and the voltage V T is as shown in FIG. 5, respectively.
【0004】すなわち、ダイオード111の電流I
Dは、時点t0でのトランジスタ102のターンオンによ
り、このトランジスタ102の電流ITの変化率dI/d
t と反対方向に同じ傾きで電流値IFから減少し、逆回
復する。このとき、トランジスタ102には、ダイオー
ド111の逆回復電流Irrが重畳されてしまうため、そ
のターンオン損失は、トランジスタ単体での動作の場合
よりも大きくなる。That is, the current I of the diode 111
D is the turn-on of transistor 102 at time t 0, the change rate dI / d of the current I T of the transistor 102
It decreased from the current value I F at the same inclination in t opposite direction to reverse recovery. At this time, since the reverse recovery current Irr of the diode 111 is superimposed on the transistor 102, the turn-on loss is larger than in the case of the operation of the transistor alone.
【0005】また、逆回復時、このダイオード111の
電流変化率dI/dt により、インバータ回路中に存在
している寄生インダクタンスLで誘導される電圧がダイ
オード111の逆バイアス電圧に重畳されてしまうが、
このときの電圧がダイオード111やトランジスタ10
1の阻止電圧を超えてしまうと、これらの素子が破壊さ
れてしまう。そして、これらの難点を解決するには、ダ
イオードの逆回復電流Irrを小さな値に抑え、また逆回
復電流の変化率dIr/dt を小さくする必要がある。At the time of reverse recovery, the voltage induced by the parasitic inductance L existing in the inverter circuit is superimposed on the reverse bias voltage of the diode 111 due to the current change rate dI / dt of the diode 111. ,
The voltage at this time is the diode 111 or the transistor 10
If the blocking voltage exceeds 1, the devices will be destroyed. In order to solve these difficulties, it is necessary to suppress the reverse recovery current Irr of the diode to a small value and to reduce the rate of change dIr / dt of the reverse recovery current.
【0006】ところで、通常、このような電力用ダイオ
ードとしては、図6(a)に示すようなpn-n+ 構造のダ
イオードが一般に用いられているが、上記したように逆
回復特性の改善が望まれる場合のダイオードとしては、
従来から同図(b)に示すショットキーダイオードが知ら
れている。なお、ここで、n- は低不純物濃度のn型
層、n+ は高不純物濃度のn型層を表わす。図6(a)、
(b)に示したダイオードは、例えば低抵抗(高不純物濃
度)のn+ 半導体基板3上に、耐圧を考慮して低不純物
濃度のn型層2をエピタキシャル成長により堆積した
後、高不純物濃度p+ 型領域1、又は高不純物濃度p+
型層からなるガードリング領域8を形成させ、絶縁層6
とアノード電極4を設けて作られている。なお、5はカ
ソード電極である。In general, a diode having a pn − n + structure as shown in FIG. 6A is generally used as such a power diode, but as described above, the reverse recovery characteristic is improved. If desired, the diode
Conventionally, a Schottky diode shown in FIG. Here, n − represents an n-type layer having a low impurity concentration, and n + represents an n-type layer having a high impurity concentration. FIG. 6 (a),
In the diode shown in FIG. 1B, a low impurity concentration n-type layer 2 is deposited on a low resistance (high impurity concentration) n + semiconductor substrate 3 by epitaxial growth in consideration of a breakdown voltage, and then a high impurity concentration p + Type region 1 or high impurity concentration p +
Forming a guard ring region 8 made of a mold layer;
And an anode electrode 4 are provided. Reference numeral 5 denotes a cathode electrode.
【0007】図7は、これら2種のダイオードの逆回復
電流特性を示したもので、ID(a)が図6(a)に示したダ
イオードの電流特性で、ID(b)が図6(b)に示したショ
ットキーダイオードの電流特性であり、この図7から明
らかなように、図6(b)のショットキーダイオードは、
図6(a)に示したpn-n+ 構造のダイオードに比して逆
回復電流Irrが少く、従ってスイッチング性能が向上し
ていることが判るが、以下に説明するように、順方向特
性が犠牲になってしまう。[0007] Figure 7 shows the reverse recovery current characteristics of the two diodes, a current characteristic of the diode I D (a) is shown in FIG. 6 (a), I D ( b) in FIG. FIG. 6B shows the current characteristics of the Schottky diode shown in FIG. 6B. As is clear from FIG. 7, the Schottky diode shown in FIG.
It can be seen that the reverse recovery current Irr is smaller than that of the diode having the pn − n + structure shown in FIG. 6A, and that the switching performance is improved. However, as described below, the forward characteristic is lower. It will be sacrificed.
【0008】図6(a)のpn-n+ 構造のダイオードは、
順方向バイアスされたとき、高不純物濃度p+ 型領域1
から低不純物濃度n型層2に、少数キャリアであるホー
ルの注入が起こる。そして、この注入されたホールによ
り高抵抗層である低不純物濃度n型層2内で伝導度変調
が生じ、順方向導通時の導電度が改善され、順方向抵抗
の低下が得られる。The diode having the pn − n + structure shown in FIG.
When forward biased, high impurity concentration p + -type region 1
Then, holes, which are minority carriers, are injected into the low impurity concentration n-type layer 2. The injected holes cause conductivity modulation in the low-impurity-concentration n-type layer 2, which is a high-resistance layer, improving conductivity during forward conduction and lowering forward resistance.
【0009】一方、図6(b)のショットキーダイオード
は、金属と半導体との接触によりダイオード特性を得も
のであり、従って多数キャリアが整流特性を支配する。
このため、少数キャリアに起因するキャリアの蓄積効果
がなく、その結果、高速応答特性が得られるのである
が、反面、少数キャリアの注入がないため、伝導度変調
が起こらず、順方向抵抗の低下が得られないのである。On the other hand, the Schottky diode shown in FIG. 6B obtains diode characteristics by contact between a metal and a semiconductor, so that majority carriers dominate the rectification characteristics.
As a result, there is no carrier accumulation effect due to minority carriers. As a result, high-speed response characteristics can be obtained. However, since there is no minority carrier injection, conductivity modulation does not occur and the forward resistance decreases. Cannot be obtained.
【0010】例えば、耐圧5kVのpn-n+ 構造のダ
イオードの順方向電圧が3Vであるのに対して、同じく
ショットキーダイオードでは約300Vとなるので、こ
の場合、pn-n+ 構造のダイオードでは、伝導度変調
により抵抗が約二桁低下したことになる。For example, while the forward voltage of a pn - n + structure diode with a withstand voltage of 5 kV is 3 V, the Schottky diode also has a forward voltage of about 300 V. In this case, a pn - n + structure diode has That is, the resistance is reduced by about two digits due to the conductivity modulation.
【0011】ところで、半導体材料としてシリコンを用
いている限り、ショットキーダイオードの順方向導通時
の抵抗を低減することは不可能であり、このため、近
年、シリコン以外の半導体材料として炭化けい素が注目
を集めている。炭化けい素(シリコンカーバイド)は、最
大電界強度が、シリコンに比して一桁以上大きく、順方
向導通時の抵抗は約二桁低減できるので、高耐圧素子に
最適と考えられている。By the way, as long as silicon is used as a semiconductor material, it is impossible to reduce the resistance of the Schottky diode when conducting in the forward direction. For this reason, silicon carbide has recently been used as a semiconductor material other than silicon. Attracting attention. Silicon carbide (silicon carbide) has a maximum electric field strength that is at least one order of magnitude greater than that of silicon, and the resistance during forward conduction can be reduced by about two orders of magnitude.
【0012】例えば、耐圧5kVの炭化けい素ショット
キーダイオードの順方向電圧は約2Vで、シリコンのp
n-n+構造のダイオードの3Vより低くなる。従って、
炭化けい素でショットキーダイオードを形成することに
より、逆回復特性と順方向特性を共に改善することがで
きる。しかし、ショットキーダイオードには逆方向電流
が大きく、温度特性が悪いという難点がある。For example, a silicon carbide Schottky diode having a withstand voltage of 5 kV has a forward voltage of about 2 V and a p-type voltage of silicon.
It becomes lower than 3V of the diode of the n - n + structure. Therefore,
By forming the Schottky diode with silicon carbide, both the reverse recovery characteristic and the forward characteristic can be improved. However, the Schottky diode has the disadvantage that the reverse current is large and the temperature characteristics are poor.
【0013】ここで、一般にショットキーダイオードの
逆方向電流を軽減し、温度特性を改善するためには、バ
リアハイトの高いバリアメタルを使用すればよい。しか
し、バリアハイトの高いバリアメタルを使用すると、順
方向立ち上がり電圧が高くなり、順方向損失が増大して
しまう。このように、ショットキーダイオードの順方向
特性と逆方向特性の間にはトレードオフの関係があるた
め、バリアハイトを制御して特性を改善するには限界が
あった。Here, generally, in order to reduce the reverse current of the Schottky diode and improve the temperature characteristics, a barrier metal having a high barrier height may be used. However, when a barrier metal having a high barrier height is used, the forward rise voltage increases, and the forward loss increases. As described above, since there is a trade-off relationship between the forward characteristic and the backward characteristic of the Schottky diode, there is a limit in improving the characteristics by controlling the barrier height.
【0014】また、ショットキーダイオードには、半導
体とメタル界面の電界強度が増加すると、ショットキー
バリアハイトが低下するというショットキー効果があ
り、このため、ショットキーダイオードを高耐圧化した
場合、漏れ電流が増加するという本質的な問題があり、
従って、ショットキーダイオードの特性を向上させるた
めには、バリアハイトの小さいバリアメタルを使用し、
逆方向漏れ電流が増加しないようにショットキー接合界
面の電界強度を緩和させる必要があった。Further, the Schottky diode has a Schottky effect in which the Schottky barrier height is reduced when the electric field strength at the interface between the semiconductor and the metal is increased. There is an essential problem that the current increases,
Therefore, in order to improve the characteristics of the Schottky diode, use a barrier metal with a small barrier height,
It was necessary to relax the electric field strength at the Schottky junction interface so that the reverse leakage current did not increase.
【0015】そこで、近年、上記従来の技術の欠点を改
善するための方法として、ショットキーダイオードの周
囲にpn接合を配置し、ダイオードに逆バイアスを印加
したとき、ショットキー接合界面に前記pn接合から空
乏層を伸ばし、ショットキー接合界面の電界強度を緩和
させ、逆方向電流を低減させる方法がいくつか提案され
ている。Therefore, in recent years, as a method for remedying the above-mentioned disadvantages of the prior art, a pn junction is arranged around a Schottky diode, and when a reverse bias is applied to the diode, the pn junction is formed at the Schottky junction interface. Some methods have been proposed to extend the depletion layer from the substrate, relax the electric field strength at the Schottky junction interface, and reduce the reverse current.
【0016】そこで、その一例として、特開平5−13
6015号公報により提案されているショットキーダイ
オードについて、図2により説明する。この図2に示す
ショットキーダイオードは、まず図6の従来例と同じ
く、カソード電極5を備えた低抵抗のn+ 半導体基板3
上に、エピタキシャル成長により耐圧を考慮して低不純
物濃度のn型層2を形成する。Therefore, as one example, Japanese Patent Laid-Open No.
The Schottky diode proposed in Japanese Patent No. 6015 will be described with reference to FIG. Schottky diode shown in FIG. 2, first as in the conventional example of FIG. 6, the low resistance n + semiconductor substrate 3 having a cathode electrode 5
An n-type layer 2 having a low impurity concentration is formed thereon by epitaxial growth in consideration of withstand voltage.
【0017】次に、n型層2の表面に、所定の幅WP で
所定の深さLP を有する複数の高不純物濃度p+ 型領域
1Aを所定の間隔WS で設け、さらに、これらn型層2
の表面とp+ 型領域1Aの露出面を含む全面にアノード
電極4を設け、これにより、低不純物濃度n型層2とア
ノード電極4の接合部分にショットキー接合が形成さ
れ、さらに、このショットキー接合とp+ 型領域1Aの
電気的な接続がアノード電極4により得られるようにし
たものである。Next, the surface of the n-type layer 2, a plurality of high impurity concentration p + -type region 1A having a predetermined depth L P at a predetermined width W P at a predetermined interval W S, In addition, these n-type layer 2
The anode electrode 4 is provided on the entire surface including the surface of the P + -type region 1A and the exposed surface of the p + -type region 1A, whereby a Schottky junction is formed at the junction between the low impurity concentration n-type layer 2 and the anode electrode 4. The electrical connection between the key junction and the p + type region 1A is obtained by the anode electrode 4.
【0018】ここで、複数のp+ 型領域1A間に設けら
れた間隔WS は、ショットキー接合に逆バイアスが印加
されたとき、高不純物濃度p+ 型領域1Aから低不純物
濃度のn型層2に拡がって形成される空乏層が充分ピン
チオフするような寸法に設定してあり、これにより、逆
バイアスが印加されたとき、高不純物濃度p+ 型領域1
Aと低不純物濃度n型層2で形成されるpn接合から低
不純物濃度n型層2内に拡がる空乏層が現れ、これがシ
ョットキー接合直下のキャリアを排除する働きが得られ
るようにしてある。Here, the interval W S provided between the plurality of p + -type regions 1A is such that when a reverse bias is applied to the Schottky junction, the high impurity concentration p + -type region 1A changes to the low impurity concentration n-type The dimensions are set such that the depletion layer formed by spreading in the layer 2 is sufficiently pinched off, so that when a reverse bias is applied, the high impurity concentration p + -type region 1
A depletion layer appears in the low impurity concentration n-type layer 2 from the pn junction formed by A and the low impurity concentration n-type layer 2, and this serves to eliminate the carrier immediately below the Schottky junction.
【0019】従って、この図2のショットキーダイオー
ドによれば、ショットキー接合直下のキャリアが排除さ
れることにより、ショットキー接合界面の電界強度を緩
和する働きが得られ、この結果、逆方向電流を低減させ
ることができるので、順方向電流を制限することによ
り、pn接合を流れる電流が減少し、少数キャリアの蓄
積効果を抑え、高速で動作させることができる。Therefore, according to the Schottky diode shown in FIG. 2, since the carrier immediately below the Schottky junction is eliminated, the function of alleviating the electric field strength at the interface of the Schottky junction can be obtained. By limiting the forward current, the current flowing through the pn junction is reduced, the effect of accumulating minority carriers is suppressed, and high-speed operation can be achieved.
【0020】また、このとき、高不純物濃度のp+ 型領
域1Aは、ガードリングとしての機能も果たし、それに
よる効果も得ることができる。さらに、この図2のショ
ットキーダイオードによれば、このp+ 型領域1Aの間
隔WS を狭くし、或いは深さLP を大きくすることによ
り、より一層の電界緩和効果が期待できる。At this time, the p + -type region 1A having a high impurity concentration also functions as a guard ring, and an effect due to the function can be obtained. Furthermore, according to this Schottky diode 2, the p + -type region 1A apart W S narrowing of or by the increasing depth L P, can be expected more electric field relaxation effect.
【0021】[0021]
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術によるシ
ョットキーダイオードは、順方向電圧の増加について配
慮がされておらず、損失が多くなってしまうという問題
があった。すなわち、従来技術によるダイオードにおい
ては、図2で説明したように、複数のp+ 型領域1Aが
n型層2の表面に設けてあるので、その分、n型層2と
アノード電極4の接合部分で形成されているショットキ
ー接合の面積が減少し、つまり順方向電流通路が狭ま
り、この結果、順方向抵抗が増え、順方向電圧が大きく
なってしまうのである。The Schottky diode according to the prior art described above has a problem that the loss is increased because no consideration is given to an increase in the forward voltage. That is, in the diode according to the prior art, as described with reference to FIG. 2, since the plurality of p + -type regions 1A are provided on the surface of the n-type layer 2, the junction between the n-type layer 2 and the anode electrode 4 is correspondingly increased. The area of the Schottky junction formed in the portion is reduced, that is, the forward current path is narrowed, and as a result, the forward resistance increases and the forward voltage increases.
【0022】さらに、この従来技術によるショットキー
ダイオードでは、高速動作性能を上げるためには、p+
型領域1Aの間隔WS を狭くし、その深さLP を大きく
する必要があり、この結果、さらに実効ショットキー面
積の減少と、狭くなった電流経路の延長がもたらされ、
さらなる直列抵抗の増加を引き起こし、結果的に順方向
導通時の抵抗を増加させてしまうことになる。Further, in this prior art Schottky diode, p +
Narrowing the interval W S type region 1A, it is necessary to increase the depth L P, As a result, further a reduction in the effective Schottky area, the extension of the current path narrower brought,
This causes a further increase in series resistance, and consequently increases the resistance during forward conduction.
【0023】ここで、順方向導通時の抵抗を小さくする
ために、低不純物濃度n型層2の不純物濃度を高める方
法が考えられるが、この場合には、同程度の電界緩和効
果を得るためには、さらにp+ 型領域1Aの間隔WS を
狭くする必要が生じてしまうので、やはり順方向電圧の
増加は免れない。Here, in order to reduce the resistance during forward conduction, a method of increasing the impurity concentration of the low impurity concentration n-type layer 2 can be considered. In this case, the same effect of reducing the electric field can be obtained. the, so there arises a need to further reduce the distance W S of the p + -type region 1A, inevitably also increase the forward voltage.
【0024】本発明の目的は、逆方向特性の向上と、順
方向導通時の損失抑制が両立でき、高速応答が可能で低
損失のダイオードを提供することにある。It is an object of the present invention to provide a diode with improved reverse characteristics and reduced loss during forward conduction, capable of high-speed response and low loss.
【0025】[0025]
【課題を解決するための手段】上記目的は、炭化けい素
からなる第一導電型高抵抗層の表面に、所定の間隔をお
いて選択的に少なくとも2個の第二導電型低抵抗領域を
有し、前記第一導電型高抵抗層の表面と第二導電型低抵
抗領域の表面に金属層を形成してアノード電極としたダ
イオードにおいて、前記第二導電型低抵抗領域の断面
を、これら第二導電型低抵抗領域相互間の間隔が前記第
一導電型高抵抗層の表面から所定距離内側の位置で最小
値になるような形状にすることにより達成される。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to selectively form at least two low-resistance regions of the second conductivity type on the surface of a high-resistance layer of the first conductivity type made of silicon carbide at predetermined intervals. In a diode having a metal layer formed on the surface of the first conductivity type high resistance layer and the surface of the second conductivity type low resistance region and serving as an anode electrode, This is achieved by forming the shape such that the distance between the second-conductivity-type low-resistance regions becomes a minimum value at a position inside a predetermined distance from the surface of the first-conduction-type high-resistance layer.
【0026】この構成によれば、第二導電型低抵抗領域
に挾まれた第一導電型高抵抗層の表面積が増加するの
で、導通面積が増大し、導通時の抵抗が軽減して、順方
向特性が改善される。一方、逆方向特性については、耐
圧、逆方向電流とも従来構造と同等に維持される。According to this structure, the surface area of the first-conductivity-type high-resistance layer sandwiched between the second-conductivity-type low-resistance regions increases, so that the conduction area increases, and the resistance during conduction decreases. Directional characteristics are improved. On the other hand, with respect to the reverse characteristics, both the breakdown voltage and the reverse current are maintained at the same level as the conventional structure.
【0027】その理由は以下の通りである。いま、半導
体基板表面の近傍における第二導電型低抵抗領域を高不
純物濃度p型領域とし、第一導電型高抵抗層を低不純物
濃度n型層とすると、これらの間に形成されるpn接合
は、低不純物濃度n型領域と高不純物濃度p型層1が同
電位であるため、低不純物濃度n型領域に拡がる空乏層
は拡散電位によって決まり、それ以上には拡がりにく
い。The reason is as follows. Now, assuming that the second conductivity type low resistance region in the vicinity of the semiconductor substrate surface is a high impurity concentration p-type region and the first conductivity type high resistance layer is a low impurity concentration n-type layer, a pn junction formed therebetween is formed. Since the low impurity concentration n-type region and the high impurity concentration p-type layer 1 have the same potential, the depletion layer extending to the low impurity concentration n-type region is determined by the diffusion potential, and hardly expands beyond that.
【0028】よって、高不純物濃度p型領域1の間隔W
S が最も狭くなる位置が表面にある図2の従来技術の場
合にも、逆バイアス印加時、高濃度p型領域1と低不純
物濃度n型領域2からなるpn接合より低不純物濃度n
型領域2に拡がる空乏層は半導体基板表面より内側で接
触する。Therefore, the interval W between the high impurity concentration p-type regions 1
In the case of the prior art shown in FIG. 2 where the position where S becomes the narrowest is also on the surface, when a reverse bias is applied, the impurity concentration n
The depletion layer extending to the mold region 2 contacts inside the semiconductor substrate surface.
【0029】空乏層が最初に接触する点でバリアハイト
は最も高くなるので、この点より表面側の高不純物濃度
p型領域1は逆方向特性に与える影響が少ない。従っ
て、逆方向特性については、耐圧、逆方向電流とも従来
技術の場合と同等に維持されるのである。Since the barrier height becomes highest at the point where the depletion layer comes into contact first, the high impurity concentration p-type region 1 on the surface side from this point has little influence on the reverse characteristics. Therefore, with respect to the reverse characteristics, both the breakdown voltage and the reverse current are maintained at the same level as in the conventional technique.
【0030】なお、これまで、シリコンパワーデバイス
の分野で上記課題が顕在化することはなかった。その理
由として、100Vを超えるような高耐圧のショットキ
ーダイオードはシリコンでは順方向導通時の抵抗が大き
いため、現実的ではないことが挙げられる。Heretofore, the above-mentioned problems have not been apparent in the field of silicon power devices. The reason is that a high breakdown voltage Schottky diode exceeding 100 V is not realistic because silicon has a large resistance during forward conduction.
【0031】また、シリコンの高耐圧ダイオードにおい
ても、高速、低損失ダイオードとしてショットキー接合
と、pn接合を交互に配設したダイオードは多数提案さ
れている。しかし、その動作原理はシリコンと炭化けい
素では大きく異なる。Also, among silicon high-voltage diodes, a number of diodes having a Schottky junction and a pn junction alternately arranged as high-speed, low-loss diodes have been proposed. However, the operating principle is significantly different between silicon and silicon carbide.
【0032】まず、シリコンの場合には、高不純物濃度
p型領域1からホールの注入があるので、高不純物濃度
p型領域1の存在はデッドスペースとはならない。しか
して、炭化けい素の場合には、pn接合を挾んで電流が
流れないので、高不純物濃度p型領域1の存在が順方向
電流の流通に対してデッドスペースになってしまう。First, in the case of silicon, holes are injected from the high impurity concentration p-type region 1, so that the presence of the high impurity concentration p-type region 1 does not become a dead space. However, in the case of silicon carbide, since no current flows across the pn junction, the existence of the high impurity concentration p-type region 1 becomes a dead space for the flow of forward current.
【0033】その理由は以下の通りである。まず、炭化
けい素のpn接合立ち上り電圧は約3Vで、シリコンの
約0.5Vに比してかなり高い。従って、炭化けい素の
pn接合には3V以上の順バイアスが印加されないと電
流が流れない。The reason is as follows. First, the rise voltage of the pn junction of silicon carbide is about 3 V, which is considerably higher than that of silicon, about 0.5 V. Therefore, no current flows unless a forward bias of 3 V or more is applied to the pn junction of silicon carbide.
【0034】この結果、例えば、シリコンを用いて、図
2に示すようなダイオードで耐圧50Vを超えるものを
作製した場合、電流密度100A/cm2 以上では、p
n接合に0.5V以上の順バイアスが印加され、高不純
物濃度p型領域1から低不純物濃度n型領域2にホール
が注入される。しかし、炭化けい素のダイオードでは、
耐圧5000V級のものでも、pn接合の順バイアスは
3V以上にならないので、pn接合を挾んでホールが注
入されることはないからである。As a result, for example, when a diode having a breakdown voltage of more than 50 V as shown in FIG. 2 was fabricated using silicon, when the current density was 100 A / cm 2 or more, p
A forward bias of 0.5 V or more is applied to the n-junction, and holes are injected from the high impurity concentration p-type region 1 to the low impurity concentration n-type region 2. However, with silicon carbide diodes,
This is because, even with a breakdown voltage of 5000 V class, the forward bias of the pn junction does not become 3 V or more, so that holes are not injected across the pn junction.
【0035】[0035]
【発明の実施の形態】以下、本発明による炭化けい素ダ
イオードについて、図示の実施形態例により詳細に説明
するのであるが、ここで、まず本発明の動作原理につい
て、図1の基本的な構成の一実施形態例により説明す
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a silicon carbide diode according to the present invention will be described in detail with reference to an embodiment shown in the drawings. Here, first, the principle of operation of the present invention will be described with reference to FIG. An embodiment will be described.
【0036】まず、この図1に示す本発明の基本的な構
成でも、カソード電極5を備えた低抵抗の高不純物濃度
n+ 半導体基板3上に、低不純物濃度のn型層2をエピ
タキシャル成長により設け、且つ、このn型層2の表面
に、所定の幅WP で所定の深さLP を有する複数の高不
純物濃度p+ 型領域1Aを所定の間隔WS で設け、さら
に、これらn型層2とp+ 型領域1Aの全面にアノード
電極4を設け、これにより、n型層2とアノード電極4
の接合部にショットキー接合が形成され、さらに、この
ショットキー接合とp+ 型領域1Aの電気的な接続がア
ノード電極4により得られるようにしたショットキーダ
イオードであるという点では、図2の従来技術によるダ
イオードと同じである。First, also in the basic structure of the present invention shown in FIG. 1, a low impurity concentration n-type layer 2 is epitaxially grown on a low resistance high impurity concentration n + semiconductor substrate 3 having a cathode electrode 5. A plurality of high impurity concentration p + -type regions 1A having a predetermined width W P and a predetermined depth L P are provided at a predetermined interval W S on the surface of the n-type layer 2. An anode electrode 4 is provided on the entire surface of the mold layer 2 and the p + -type region 1A.
2 in that a Schottky junction is formed at the junction of the Schottky junction and that the electrical connection between the Schottky junction and the p + -type region 1A is obtained by the anode electrode 4. Same as the diode according to the prior art.
【0037】しかして、この図1に示す本発明の基本的
構成によるショットキーダイオードが、図2の従来技術
と明確に異なっている点は、次の点にある。すなわち、
まず相違点の第1としては、その半導体部分が炭化けい
素を主成分とする半導体材料で構成されている点があ
る。The Schottky diode having the basic structure of the present invention shown in FIG. 1 is clearly different from the prior art shown in FIG. 2 in the following point. That is,
The first difference is that the semiconductor portion is made of a semiconductor material containing silicon carbide as a main component.
【0038】詳しく説明すると、n型層2とn+ 半導体
基板3は、炭化けい素に、例えばN(窒素)を不純物とし
て添加することによりn型半導体として働く材料で、そ
してp+ 型領域1Aは、例えばAl(アルミニウム)、B
(硼素)などの不純物を含むことによりp型半導体として
働く材料で、それぞれ構成されているものである。[0038] When detailed explanation, the n-type layer 2 and the n + semiconductor substrate 3, the silicon carbide, a material acts such as N (nitrogen) as an n-type semiconductor by adding as an impurity, and the p + type region 1A Is, for example, Al (aluminum), B
A material that functions as a p-type semiconductor by containing an impurity such as (boron), and is formed of each.
【0039】次に相違点の第2としては、p+ 型領域1
Aの断面形状が図示のように横方向に伸びた長円形に形
成されている点にある。詳しく説明すると、p+ 型領域
1Aの断面形状を横長の長円形にした結果、それらの間
隔WS を最小にする位置がn型層2の表面から内側に所
定の距離LS 移され、これにより、p+ 型領域1Aの表
面積が、その最大の幅WP で決まる値から、長円形の側
辺の幅WP'で決まる値になるようにした点にある。The second difference is that the p + type region 1
A is that the cross-sectional shape of A is formed as an oval extending in the lateral direction as shown in the figure. Detail when explaining a result of the cross-sectional shape of the p + -type region 1A oblong oblong, located to minimize their spacing W S is moved a predetermined distance L S from the surface of the n-type layer 2 on the inside, this Thus, the surface area of the p + -type region 1A is changed from the value determined by the maximum width W P to the value determined by the width W P ′ of the side of the oval.
【0040】この結果、n型層2とアノード電極4の接
合部に形成されるショットキー接合の面積は、間隔WS
で決まる値から、間隔WS'で決まる値にされるが、この
とき(WP >WP')の関係から、(WS'>WS)の関係にな
り、ショットキー接合の面積が広くされている点が特徴
であり、これらの点で図2の従来技術と明確に異なるも
のとなっている。[0040] As a result, the area of the Schottky junction formed at the junction of the n-type layer 2 and the anode electrode 4, the distance W S
From the value determined by, the value is determined by the interval W S ′. At this time, from the relationship (W P > W P ′), the relationship becomes (W S ′> W S ), and the area of the Schottky junction is reduced. The feature is that it is widened, and in these points, it is clearly different from the prior art of FIG.
【0041】このような特徴を有する本発明による炭化
けい素ダイオードは、p+ 型領域1Aとn型層2の間に
形成されるpn接合から、逆バイアス印加時にn型領域
2内に拡がる空乏層が、半導体基板表面より内側の方が
広くなる点に本件発明者が着目した結果、なし得たもの
である。The silicon carbide diode according to the present invention having the above-described characteristics is characterized in that the depletion that expands into the n-type region 2 when a reverse bias is applied from the pn junction formed between the p + -type region 1A and the n-type layer 2. The present inventor paid attention to the point that the layer becomes wider on the inner side than the surface of the semiconductor substrate.
【0042】すなわち、まず、順方向抵抗低減化の見地
からは、p+ 型領域1Aの表面積、つまりアノード電極
4に接する面積は狭い方が良い。しかして、このp+ 型
領域1Aの表面積を狭くすると、逆バイアス印加時、シ
ョットキー接合界面の電界強度が上昇し、逆方向特性が
悪化してしまう。That is, first, from the viewpoint of reducing the forward resistance, the smaller the surface area of the p + type region 1A, that is, the area in contact with the anode electrode 4 is better. Thus, when the surface area of the p + -type region 1A is reduced, the electric field strength at the Schottky junction interface increases when a reverse bias is applied, and the reverse characteristics deteriorate.
【0043】そこで、本発明では、p+ 型領域1Aの断
面形状を横方向に伸びた長円形に作り、これにより、そ
れらの間隔WS を最小にする位置が、n型層2の表面か
ら所定の距離LS だけ内側に移るようにしたのであり、
これにより、逆方向特性に影響を与えにくい半導体基板
の表面の近傍でp+ 型領域1Aの面積が狭くなるように
し、この結果、逆方向特性を損なわずに、順方向特性の
改善が得られるようにしたものである。[0043] In the present invention, p + -type regions 1A cross-sectional shape made oval extending laterally, thereby, a position to minimize their spacing W S is, from the surface of the n-type layer 2 It is shifted inward by a predetermined distance L S ,
As a result, the area of p + -type region 1A is reduced near the surface of the semiconductor substrate which does not easily affect the reverse characteristics, and as a result, the forward characteristics can be improved without impairing the reverse characteristics. It is like that.
【0044】次に、本発明について、具体的な実施形態
例により詳細に説明する。図3は、本発明の一実施形態
例で、図1の基本構成によるものを具体化して断面構造
図として示したもので、この実施形態例の半導体基板
は、比抵抗3.9×10-3Ω・cm、不純物濃度2×1
018cm-3、厚さ300μmのn+ 型半導体基板3上
に、比抵抗3.9Ω・cm、不純物濃度2×1015cm
-3のエピタキシャル層からなるn型層2を厚さ50μm
に成長させたものである。Next, the present invention will be described in detail with reference to specific embodiments. FIG. 3 shows an embodiment of the present invention, which is a cross-sectional structural view of a specific example of the basic configuration shown in FIG. 1. The semiconductor substrate of this embodiment has a specific resistance of 3.9 × 10 −. 3 Ω · cm, impurity concentration 2 × 1
A specific resistance of 3.9 Ω · cm and an impurity concentration of 2 × 10 15 cm are formed on an n + type semiconductor substrate 3 of 0 18 cm -3 and a thickness of 300 μm.
N-type layer 2 composed of an epitaxial layer of -3 mm in thickness of 50 μm
It has grown to.
【0045】そして、この半導体基板のエピタキシャル
層からなるn型層2の表面に、選択イオン注入法によ
り、不純物濃度が1×1019cm-3になるようにストラ
イプ状にイオンを注入し、比抵抗が7.8×10-4Ω・
cmのp+ 型領域1Aを形成する。このとき、p+ 型領
域1Aの幅WP は約4μmで、接合深さLP は約2μ
m、そしてショットキー接合を形成する間隔WS の幅は
約4μmになるようにした。Then, ions are implanted into the surface of the n-type layer 2 composed of an epitaxial layer of the semiconductor substrate by a selective ion implantation method so that the impurity concentration becomes 1 × 10 19 cm −3 , Resistance is 7.8 × 10 -4 Ω
cm p + -type region 1A is formed. In this case, the width W P of about 4μm the p + -type region 1A, the junction depth L P of about 2μ
m, and the width of the interval W S to form a Schottky junction was set to approximately 4 [mu] m.
【0046】この後、p+ 型領域1A及びn型層2の上
面全面にTi(チタン)膜を電子ビーム蒸着により約20
0nm堆積してアノード電極4とし、最後にAl膜を約
1μm蒸着し、バリアメタル保護のための保護メタル層
7とした。一方、n+ 型半導体基板3の裏面にはNi
(ニッケル)を約1μmの厚さに蒸着し、シンタリング処
理してカソード電極5とし、これにより図3に示す通り
のダイオードを得た。Thereafter, a Ti (titanium) film is formed on the entire upper surface of the p + -type region 1A and the n-type layer 2 by electron beam evaporation for about 20 μm.
0 nm was deposited to form an anode electrode 4, and finally an Al film was deposited to a thickness of about 1 μm to form a protective metal layer 7 for protecting a barrier metal. On the other hand, Ni +
(Ni) was vapor-deposited to a thickness of about 1 μm and sintered to form a cathode electrode 5, thereby obtaining a diode as shown in FIG.
【0047】以上のようにして形成したダイオードの電
気特性を評価した結果は、以下の通りである。すなわ
ち、耐圧5000Vのダイオードで、逆方向電圧100
0V印加時の逆方向電流は1×10-6A/cm2、そし
て順方向電流密度50A/cm2のとき、順方向電圧
2.5Vとなった。The results of evaluating the electrical characteristics of the diode formed as described above are as follows. That is, a diode having a withstand voltage of 5000 V and a reverse voltage of 100 V
The reverse current when applying 0 V was 1 × 10 −6 A / cm 2 , and the forward voltage was 2.5 V when the forward current density was 50 A / cm 2 .
【0048】次に、本発明では、p+ 型領域1Aの形成
にイオン注入法を用いた点も特徴としている。すなわ
ち、本発明の一実施形態では、p+ 型領域1Aの断面形
状が、図1に示したように、横長の長円形に作られてい
るが、これは、炭化けい素にイオン注入法を適用してた
ことにより、始めて可能になったことであり、以下、こ
の点について詳細に説明する。Next, the present invention is also characterized in that the p + -type region 1A is formed by ion implantation. That is, in one embodiment of the present invention, as shown in FIG. 1, the cross-sectional shape of the p + type region 1A is made oblong and oblong, which is obtained by ion implantation of silicon carbide. This is possible for the first time due to the application, and this point will be described in detail below.
【0049】図8は、イオン注入直後の炭化けい素を横
方向から見た場合の、注入されたイオンの濃度を等濃度
線81〜83として示したものである。この図8におい
て、71はマスクであり、図は、これの開口部71Aか
らn型層2の中に、矢印で示すようにイオンを打ち込ん
だ後の状態を示したもので、ここで、等濃度線81が最
も高濃度の位置を表わし、続いて等濃度線82、等濃度
線83の順でイオン濃度の低い位置を表わしている。FIG. 8 shows the concentrations of the implanted ions as isoconcentration lines 81 to 83 when the silicon carbide immediately after the ion implantation is viewed from the lateral direction. In FIG. 8, reference numeral 71 denotes a mask, which shows a state after ions are implanted into the n-type layer 2 from the opening 71A as shown by an arrow. The concentration line 81 indicates the position of the highest concentration, followed by the isoconcentration line 82 and the isoconcentration line 83 in the order of low ion concentration.
【0050】この図8から、これら等濃度線81〜83
は何れも横長の長円形を呈していることが判るが、これ
は、注入されたイオンがマスク71の裏側まで回り込む
からであるが、このように、注入されたイオンに回り込
みが現れるのは、注入されたイオンが基板の原子に衝突
し、これによりイオンが横方向に散乱されるためであ
る。FIG. 8 shows that these isoconcentration lines 81 to 83
It can be seen that each of them has a horizontally long oval shape, which is because the implanted ions wrap around to the back side of the mask 71. In this way, the wraparound appears in the implanted ions. This is because the implanted ions collide with the atoms of the substrate, which causes the ions to be scattered in the lateral direction.
【0051】ところで、シリコンの基板でも、イオン注
入直後は、イオン濃度分布がこのように中央部が横方向
に膨らんだ形状をしている。しかし、シリコン基板の場
合には、欠陥回復及び不純物イオン活性化のためのアニ
ールにより、注入されていたイオンに再分布が生じるの
で、このような分布形状は保たれない。これが、炭化け
い素では、その不純物拡散係数がシリコンの1/100
00と極めて小さいことから、アニールによる再分布が
起こらず、図8に示した注入直後の形状が保たれるので
ある。By the way, even in a silicon substrate, immediately after ion implantation, the ion concentration distribution has such a shape that the central portion swells in the lateral direction. However, in the case of a silicon substrate, the implanted ions undergo redistribution due to annealing for defect recovery and activation of impurity ions, and thus such a distribution shape cannot be maintained. This is because silicon carbide has an impurity diffusion coefficient 1/100 of that of silicon.
Since it is extremely small, ie, 00, redistribution due to annealing does not occur, and the shape immediately after implantation shown in FIG. 8 is maintained.
【0052】次に、従来からシリコン半導体の分野で
は、図2のダイオードにおける高不純物濃度p+ 型領域
1は、逆方向特性の改善の見地から深く形成する必要が
あり、このため、不純物の注入方法としては、熱拡散法
が用いられてきたが、これは以下の理由による。Next, conventionally, in the field of silicon semiconductors, the high impurity concentration p + -type region 1 in the diode of FIG. 2 must be formed deep from the viewpoint of improving the reverse characteristics. As the method, a thermal diffusion method has been used for the following reason.
【0053】まず、通常、耐圧5kVクラスのダイオー
ドでは、高不純物濃度p+ 型領域1の深さは約20μm
以上が必要であるが、イオン注入法では、10MeVの
高エネルギーで注入しても、注入深さは10μmであ
り、従って、約20μmの深さまで注入することは困難
である。First, in a diode having a withstand voltage of 5 kV class, the depth of the high impurity concentration p + type region 1 is about 20 μm.
Although the above is necessary, in the ion implantation method, even if implantation is performed at a high energy of 10 MeV, the implantation depth is 10 μm, and therefore, it is difficult to implant up to a depth of about 20 μm.
【0054】しかるに、炭化けい素を用いた場合は、低
不純物濃度n型領域2の厚さをシリコンの約1/10に
できるため、高不純物濃度p+ 型領域1Aの深さとして
は、2μm程度で充分となる。そして、この程度の深さ
なら、2MeV程度のエネルギーでもイオン注入法によ
り形成可能なので、炭化けい素の場合になら、高不純物
濃度p+ 型領域1Aの形成にイオン注入法が適用できる
のである。However, when silicon carbide is used, since the thickness of the low impurity concentration n-type region 2 can be reduced to about 1/10 of silicon, the depth of the high impurity concentration p + type region 1A is 2 μm. A degree is sufficient. At this depth, an ion implantation method can be used even at an energy of about 2 MeV. In the case of silicon carbide, the ion implantation method can be applied to the formation of the high impurity concentration p + type region 1A.
【0055】反対に、炭化けい素の不純物拡散係数が極
めて小さいことから、炭化けい素半導体での熱拡散法の
適用は実用的ではない。従って、本発明においては、イ
オン注入法が、高不純物濃度p+ 型領域1Aを形成する
ための最良の手段であるといえる。On the other hand, since the impurity diffusion coefficient of silicon carbide is extremely small, it is not practical to apply the thermal diffusion method to a silicon carbide semiconductor. Therefore, in the present invention, it can be said that the ion implantation method is the best means for forming the high impurity concentration p + type region 1A.
【0056】次に、マスク71について説明する。ま
ず、マスクの材料としては、レジスト、メタル、シリサ
イド、SiO2 などが知られているが、ここでは、マス
クとして以下の要件を満たすものが必要になる。まず図
1において、図示のように深い高不純物濃度p+ 型領域
1Aを形成するためには、高エネルギーでイオンを注入
する必要があるが、高エネルギーのイオンを遮蔽するた
めには厚いマスクが必要となる。Next, the mask 71 will be described. First, resist, metal, silicide, SiO 2, and the like are known as materials for the mask, but here, a mask that satisfies the following requirements is required. First, in FIG. 1, ions must be implanted with high energy to form a deep high impurity concentration p + -type region 1A as shown in the figure, but a thick mask is required to shield high energy ions. Required.
【0057】また、図1に示した長円形の高不純物濃度
p+ 型領域1A、すなわち、その間隔WS が最小になる
位置が半導体基板表面より内側にある形状を形成するに
は、マスクの開口側壁での注入イオンの散乱を極力避け
なければならないが、このためには、マスクを薄くした
り、マスクの開口端面を、半導体基板表面に対して、で
きるだけ垂直にする必要がある。[0057] Further, oblong high impurity concentration p + -type region 1A shown in FIG. 1, i.e., the position where the distance W S is minimized to form a shape on the inside from the surface of the semiconductor substrate, the mask Scattering of implanted ions on the side wall of the opening must be avoided as much as possible. To this end, it is necessary to make the mask thinner and make the opening end face of the mask as perpendicular to the semiconductor substrate surface as possible.
【0058】そこで、マスクの形成にレジストを用いた
場合には、多層レジスト法を適用するのが望ましい。多
層レジスト法によれば、容易に厚いマスクが形成でき、
且つ容易にマスクの開口側壁を半導体基板表面に対して
垂直に加工することができるからである。Therefore, when a resist is used for forming a mask, it is desirable to apply a multilayer resist method. According to the multilayer resist method, a thick mask can be easily formed,
This is because the side wall of the opening of the mask can be easily processed perpendicularly to the surface of the semiconductor substrate.
【0059】以下、この多層レジスト法によるマスクの
加工方法を、本発明の一実施形態例に適用した場合につ
いて、図9により説明する。まず図9(a)に示すよう
に、半導体基板(低不純物濃度n型層2)の表面に有機膜
72、無機中間層73、レジスト74の積層構造を形成
する。ここで、無機中間層73は、有機膜72とレジス
ト74が混合してしまうのを避けるために用いている。Hereinafter, a case where the method of processing a mask by the multilayer resist method is applied to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. First, as shown in FIG. 9A, a laminated structure of an organic film 72, an inorganic intermediate layer 73, and a resist 74 is formed on the surface of a semiconductor substrate (low impurity concentration n-type layer 2). Here, the inorganic intermediate layer 73 is used to prevent the organic film 72 and the resist 74 from being mixed.
【0060】次に、同図(b)に示すように、露光処理に
よりレジスト74を加工し、続いて同図(c)に示すよう
に、レジスト74をマスクとしてエッチングし、無機中
間層73を加工する。最後に、図9(d)に示すように、
レジスト74と無機中間層73をマスクにして、O2−
RIEによるドライエッチングを行い、有機膜72にパ
ターンを形成して、最終的ににマスク71を得るのであ
る。ここで、有機膜72としては、例えばポリイミド
(PIQ、日立化成製)を用いれば良い。Next, as shown in FIG. 3B, the resist 74 is processed by exposure treatment, and then, as shown in FIG. 3C, etching is performed using the resist 74 as a mask to form the inorganic intermediate layer 73. Process. Finally, as shown in FIG.
Using the resist 74 and the inorganic intermediate layer 73 as a mask, O2-
The dry etching by RIE is performed to form a pattern on the organic film 72, and finally, the mask 71 is obtained. Here, as the organic film 72, for example, polyimide
(PIQ, manufactured by Hitachi Chemical) may be used.
【0061】次に、シリサイドを用いたマスクについて
説明する。シリサイドは、イオンに対する遮蔽効果が大
きいことから、マスクを薄くすることができ、この結
果、マスク開口側壁での注入イオンの散乱を充分に抑制
できる。また、炭化けい素では、イオンを高温で注入す
ることにより、注入時の欠陥が低減できるという報告が
されており、従って、マスクの材料に耐熱性があれば、
高温でのイオン注入が可能になる。Next, a mask using silicide will be described. Since silicide has a large shielding effect on ions, the mask can be made thinner. As a result, scattering of implanted ions on the side wall of the mask opening can be sufficiently suppressed. In addition, it has been reported that in silicon carbide, defects can be reduced at the time of implantation by implanting ions at a high temperature. Therefore, if the mask material has heat resistance,
High temperature ion implantation becomes possible.
【0062】そこで、シリサイドを用い、耐熱性が高
く、薄くてもイオンの遮蔽効果が大きく、かつ、イオン
注入後の除去が容易なマスクを本発明の一実施形態例に
適用した場合について、図10により説明する。図10
において、ここでは、マスクを、窒化けい素75の上に
高融点金属シリサイド76を積層した構造としている。
ここで、まず高融点金属シリサイド76により、充分な
耐熱性と遮蔽効果を得ることができる。次に、この高融
点金属シリサイド76が半導体基板(低不純物濃度n型
層2)と接触する部分には窒化けい素75を設け、これ
によりイオン注入後のマスクの除去が容易に行えるよう
にしている。なお、ここでの高融点金属シリサイドとし
ては、タングステンシリサイド、モリブデンシリサイド
などがある。Therefore, a case where a mask which uses silicide, has high heat resistance, has a large ion shielding effect even when thin, and is easily removed after ion implantation is applied to one embodiment of the present invention, and FIG. This will be described with reference to FIG. FIG.
Here, the mask has a structure in which a high melting point metal silicide 76 is stacked on a silicon nitride 75.
Here, first, sufficient heat resistance and a shielding effect can be obtained by the refractory metal silicide 76. Next, a silicon nitride 75 is provided at a portion where the high melting point metal silicide 76 contacts the semiconductor substrate (low impurity concentration n-type layer 2) so that the mask after ion implantation can be easily removed. I have. The high melting point metal silicide here includes tungsten silicide, molybdenum silicide and the like.
【0063】次に、本発明の他の実施形態例について説
明する。まず図11は、アノード電極4と高不純物濃度
p+ 型領域1Aの接触抵抗を低減するため、p+ 型領域
1Aの表面でアノード電極4に接触する部分を、さらに
高い不純物濃度のp++ 型領域9にした一実施形態例の
断面構造図である。Next, another embodiment of the present invention will be described. First, FIG. 11 shows that, in order to reduce the contact resistance between the anode electrode 4 and the high impurity concentration p + -type region 1A, a portion in contact with the anode electrode 4 on the surface of the p + -type region 1A is p ++ with a higher impurity concentration FIG. 2 is a cross-sectional structural diagram of an example of an embodiment in which a mold region 9 is used.
【0064】図8の等濃度線82、83で説明した通
り、一段階のイオン注入では表面濃度が小さくなってい
る。そこで、この後、同じマスクを用い、第一段階での
イオン注入時に比して低エネルギーで、再度、p型不純
物をイオン注入することにより、p+ 型領域1A内にp
++ 型領域9を形成させることができる。As described with reference to the isoconcentration lines 82 and 83 in FIG. 8, the surface concentration is reduced by one-stage ion implantation. Therefore, thereafter, the same mask is used, and p-type impurities are ion-implanted again with lower energy than that at the time of the ion implantation in the first stage, so that the p + -type region 1A has p-type impurities.
The ++ type region 9 can be formed.
【0065】ここで、このイオンの注入は、アノード電
極4に対する接触抵抗の低減のためであるから、浅い接
合で十分である。Here, this ion implantation is for the purpose of reducing the contact resistance to the anode electrode 4, so that a shallow junction is sufficient.
【0066】なお、このとき注入するイオンの種類は、
第一段階のときと同じでも良く、異なっていても良い。
次に、図12は、さらに順方向特性が改善できるように
したショットキーダイオードの一実施形態を示す断面構
造図で、この図12の実施形態例が特徴とするところ
は、高不純物濃度p+ 型領域1Aの断面形状が、長円形
ではなくて、下側に拡がっている略台形にしてあり、こ
れにより、p+ 型領域1A間に設けてある間隔WSが最
も小さくなる位置が、図1の実施形態例の場合よりも基
板内部に移されているところにある。The type of ions to be implanted at this time is as follows.
It may be the same as in the first stage, or may be different.
Next, FIG. 12 is a sectional structural view showing an embodiment of a Schottky diode in which the forward characteristic can be further improved. The embodiment of FIG. 12 is characterized by a high impurity concentration p + sectional shape of the mold region 1A is rather than oval, Yes in the substantially trapezoidal have spread to the lower, Thus, the interval W S which is provided between the p + -type region 1A is the smallest position, FIG. It is located inside the substrate more than in the case of the first embodiment.
【0067】高不純物濃度のp+ 型領域1Aと低不純物
濃度n型層2の間に形成されたpn接合から低不純物濃
度n型領域2に拡がる空乏層は、基板表面から内側にい
くほど広くなる。そこで、図12に示すように、p+ 型
領域1Aの断面形状を略台形にすることにより、空乏層
は最も広い位置で接触することになる。従って、この図
12の実施形態例によれば、p+ 型領域1Aの間隔WS
を、さらに広くすることができ、この結果、順方向導通
時の直列抵抗を軽減することができ、順方向特性の改善
が得られるのである。The depletion layer extending from the pn junction formed between the high impurity concentration p + type region 1A and the low impurity concentration n-type layer 2 to the low impurity concentration n-type region 2 becomes wider from the substrate surface toward the inside. Become. Therefore, as shown in FIG. 12, by making the cross-sectional shape of p + type region 1A substantially trapezoidal, the depletion layer comes into contact at the widest position. Therefore, according to the example embodiment of FIG. 12, the interval of the p + -type region 1A W S
Can be further widened, and as a result, the series resistance at the time of forward conduction can be reduced, and the forward characteristics can be improved.
【0068】図13は、図12の実施形態例における略
台形の高不純物濃度p+ 型領域1Aを形成する方法の一
実施形態例である。まず、図13の(a)に示すように、
マスク71を用い、第一段階として、p型不純物のイオ
ン注入により、低不純物濃度n型層2の表面にイオン注
入領域11を形成する。このとき、イオン注入時のマス
ク71の開口側壁が基板表面に対して直角に近いもので
あれば、第一段階でのイオン注入領域11の形状は横方
向散乱の効果を反映して、横方向に最も膨らんだ位置は
基板内部になる。FIG. 13 shows an embodiment of a method for forming the substantially trapezoidal high impurity concentration p + type region 1A in the embodiment of FIG. First, as shown in FIG.
Using the mask 71, as a first step, ion implantation regions 11 are formed on the surface of the low impurity concentration n-type layer 2 by ion implantation of p-type impurities. At this time, if the opening side wall of the mask 71 at the time of ion implantation is close to a right angle to the substrate surface, the shape of the ion implantation region 11 in the first stage reflects the effect of lateral scattering, and The most swollen position is inside the substrate.
【0069】次に、同図(b)に示すように、第一段階の
ときよりも高エネルギーで、同じくイオンを注入し、第
二段階でのイオン注入領域12を形成する。このとき、
横方向への散乱の強さは、注入されたイオンと基板の原
子との衝突によるエネルギー損失で決まり、注入エネル
ギーが増加するに従い、原子同士の衝突によるエネルギ
ー損失は単調に増えるので、横方向散乱距離は大きくな
る。Next, as shown in FIG. 3B, ions are implanted at a higher energy than in the first stage, to form an ion implanted region 12 in the second stage. At this time,
The lateral scattering intensity is determined by the energy loss due to the collision between the implanted ions and the atoms of the substrate, and as the implantation energy increases, the energy loss due to the collision between the atoms increases monotonically. The distance increases.
【0070】そこで、同一のイオン、又は異なるイオン
を、注入エネルギーを変えて多段階にわたり注入するこ
とにより、図13(c)に示すように、略台形をしたイオ
ン注入領域13を形成することができる。またこのとき
の原子同士の衝突によるエネルギー損失は、質量の重い
元素ほど大きくなるから、重い元素ほど下が膨らんだ形
状になる。従って、イオンの種類を選ぶことにより、か
なりの自由度をもって、略台形をしたイオン注入領域1
3を形成することができる。Therefore, by implanting the same ions or different ions in multiple steps with different implantation energies, it is possible to form a substantially trapezoidal ion implantation region 13 as shown in FIG. it can. At this time, the energy loss due to the collision between atoms becomes larger as the element has a larger mass, so that the heavier the element is, the lower the shape becomes. Therefore, by selecting the type of ions, the ion implantation region 1 having a substantially trapezoidal shape has considerable flexibility.
3 can be formed.
【0071】次に、本発明によるダイオードの特性を、
より明確に説明するため、従来技術によるダイオードと
本発明のダイオードの特性をシミュレーションした結果
について説明する。図14は、横軸に耐圧をとり、縦軸
には電流密度が50A/cm2のときの順方向電圧をと
って、シミュレーションけを示した特性図で、この図か
ら明らかなように、耐圧5kVで比較すると、従来技術
によるダイオードでは、順方向電圧が3.5Vとなるの
に対して、本発明のダイオードでは、2.5Vの順方向
電圧となり、従って、本発明のダイオードによれば、
1.0Vの順方向電圧の低減が得られることになる。Next, the characteristics of the diode according to the present invention will be described.
For a clearer description, the results of simulation of the characteristics of the diode according to the prior art and the diode of the present invention will be described. FIG. 14 is a characteristic diagram showing the simulation with the withstand voltage on the horizontal axis and the forward voltage when the current density is 50 A / cm 2 on the vertical axis. As is clear from FIG. When compared at 5 kV, the diode of the prior art has a forward voltage of 3.5 V, while the diode of the present invention has a forward voltage of 2.5 V, and therefore, according to the diode of the present invention,
A forward voltage reduction of 1.0 V will be obtained.
【0072】ここで、従来技術のダイオードにおける順
方向電圧3.5Vの内訳は、半導体基板表面から高不純
物濃度p+ 型領域1の深さまでが2.3V、低不純物濃
度n型領域2内が1.2Vとなる。一方、本発明のダイ
オードでの順方向電圧2.5Vの内訳は、半導体基板表
面から高不純物濃度p+ 型領域1Aの深さまでが1.3
V、低不純物濃度n型領域2内が1.2Vとなる。Here, the breakdown of the forward voltage 3.5 V in the diode of the prior art is 2.3 V from the surface of the semiconductor substrate to the depth of the high impurity concentration p + type region 1 and the inside of the low impurity concentration n type region 2 is 2.3 V. 1.2V. On the other hand, the breakdown of the forward voltage 2.5 V in the diode of the present invention is 1.3 from the surface of the semiconductor substrate to the depth of the high impurity concentration p + type region 1A.
V, the inside of the low impurity concentration n-type region 2 is 1.2 V.
【0073】従って、本発明によれば、高不純物濃度p
+ 型領域1A1と低不純物濃度n型層2の間のpn接合
から低不純物濃度n型層2に拡がる空乏層による直列抵
抗による電圧降下を2.3Vから1.3Vに低減できる
ことになる。Therefore, according to the present invention, the high impurity concentration p
The voltage drop due to the series resistance due to the depletion layer extending from the pn junction between the + type region 1A1 and the low impurity concentration n-type layer 2 to the low impurity concentration n-type layer 2 can be reduced from 2.3V to 1.3V.
【0074】次に、本発明のさらに別の実施形態例につ
いて説明する。MOSFETなどのユニポーラ型スイッ
チングデバイスに、本発明のダイオードを逆並列接続し
て使用すれば、スイッチングデバイスとダイオードが共
にユニポーラ型であることから、高速動作が可能にな
る。しかし、そのため、MOSFETチップとダイオー
ドチップとを同一モジュール内に組み込み、導線をポン
ディングしてチップ間を接続したのでは、モジュール寸
法が大きくなる。また、この場合には、数多くの接続導
線がモジュール内に張り巡らされることになり、接続断
線など、信頼性の面でも問題が生じてしまう。Next, still another embodiment of the present invention will be described. When the diode of the present invention is connected in reverse parallel to a unipolar switching device such as a MOSFET, the switching device and the diode are both unipolar, so that high-speed operation is possible. However, if the MOSFET chip and the diode chip are incorporated in the same module and the leads are connected to connect the chips, the module size becomes large. Also, in this case, a large number of connection conductors are laid in the module, which causes a problem in reliability, such as disconnection.
【0075】しかして、この問題は、MOSFETチッ
プ内にダイオードを集積することにより解決でき、図1
5は、このようにした場合の本発明の一実施形態例で、
本発明によるダイオードを用いた逆導通型MOSFET
の断面構造図であり、図15(a)はその縦断面図、同図
(b)はその平面図である。However, this problem can be solved by integrating the diode in the MOSFET chip, and FIG.
5 is an embodiment of the present invention in such a case,
Reverse conducting MOSFET using diode according to the present invention
FIG. 15 (a) is a longitudinal sectional view of FIG.
(b) is a plan view thereof.
【0076】図15(a)及び(b)において、32はp型ベ
ース領域、31はn型ソース領域、33は絶縁ゲート電
極、34はソース電極、35はドレイン電極、36はゲ
ート電極絶縁層であり、また、37はMOSFET領域
を、そして38はダイオード領域をそれぞれ表してい
る。なお、低不純物濃度n型層2と高不純物濃度n+ 半
導体基板3は、図1の実施形態例と同じであるが、ここ
で低不純物濃度n型層2は、n型ドリフト層を形成して
いる。15A and 15B, 32 is a p-type base region, 31 is an n-type source region, 33 is an insulated gate electrode, 34 is a source electrode, 35 is a drain electrode, and 36 is a gate electrode insulating layer. , 37 represents a MOSFET region, and 38 represents a diode region. The low-impurity-concentration n-type layer 2 and the high-impurity-concentration n + semiconductor substrate 3 are the same as those in the embodiment of FIG. 1, but the low-impurity-concentration n-type layer 2 forms an n-type drift layer. ing.
【0077】低不純物濃度n型層2の表面には、所定間
隔を置いてp型ベース領域32が形成され、それらp型
ベース領域32の中の中央部分にn型ソース領域31が
形成される。1素子のp型ベース領域32とそれに隣合
う他のベース領域32を橋絡するように絶縁ゲート電極
33が設けられ、この絶縁ゲート電極33の周囲はゲー
ト電極絶縁層36により隣接部材と電気的に絶縁されて
いる。On the surface of low impurity concentration n-type layer 2, p-type base regions 32 are formed at predetermined intervals, and n-type source region 31 is formed in the center of these p-type base regions 32. . An insulated gate electrode 33 is provided so as to bridge the p-type base region 32 of one element and another base region 32 adjacent thereto, and the periphery of the insulated gate electrode 33 is electrically connected to an adjacent member by a gate electrode insulating layer 36. Insulated.
【0078】絶縁ゲート電極33の外側にはソース電極
34が形成され、このソース電極34の両端部は、p型
ベース領域32とn型ソース領域31にそれぞれ導電接
触しており、これにより、MOSFET領域37が形成
されている。A source electrode 34 is formed outside the insulated gate electrode 33. Both ends of the source electrode 34 are in conductive contact with the p-type base region 32 and the n-type source region 31, respectively. A region 37 is formed.
【0079】従って、絶縁ゲート電極33に正電圧を印
加することにより、絶縁ゲート電極33直下のp型ベー
ス領域32がn型に反転し、チャネルが形成され、n型
ソース領域31からp型ベース領域32の反転層を経て
n型ドリフト層2に電子が注入される。Therefore, by applying a positive voltage to the insulated gate electrode 33, the p-type base region 32 immediately below the insulated gate electrode 33 is inverted to n-type, a channel is formed, and the p-type base region 31 Electrons are injected into n-type drift layer 2 via the inversion layer in region 32.
【0080】次に、n型ドリフト層2の表面で、絶縁ゲ
ート電極33により橋絡されていない部分にある1個の
p型ベース領域32とそれに隣合う他のp型ベース領域
32との間に、所定の間隔を置いて複数個の高不純物濃
度p+ 型領域1Aが交互に配設され、これにより本発明
のダイオード領域38が形成されている。Next, on the surface of the n-type drift layer 2, between one p-type base region 32 in a portion not bridged by the insulated gate electrode 33 and another p-type base region 32 adjacent thereto. A plurality of high-impurity-concentration p + -type regions 1A are alternately arranged at predetermined intervals to form a diode region 38 of the present invention.
【0081】なお、この図15(a)では、高不純物濃度
p+ 型領域1Aの断面形状が半円形に描かれているが、
実際には、図3に示すように横長の長円形、又は図13
に示すように略台形に作られているものである。In FIG. 15A, the cross-sectional shape of the high impurity concentration p + type region 1A is drawn in a semicircular shape.
In practice, a horizontally long oval as shown in FIG.
It is made substantially trapezoidal as shown in FIG.
【0082】以上の形状を平面的にみると、図15(b)
に示すように、p型ベース領域32は四隅が丸められた
細長い矩形に作られており、このp型ベース領域32内
に、相似形をしたn型ソース領域31が設けられている
ことが判る。そして、1個のp型ベース領域32と隣接
するp型ベース領域32間に、複数個のストライプ状高
不純物濃度p+ 型領域1Aが形成されていることが判
る。When the above shape is viewed in a plan view, FIG.
As shown in the figure, the p-type base region 32 is formed in an elongated rectangular shape with four rounded corners, and it can be seen that a similar n-type source region 31 is provided in the p-type base region 32. . It can be seen that a plurality of striped high impurity concentration p + -type regions 1A are formed between one p-type base region 32 and the adjacent p-type base region 32.
【0083】ここで、MOSFET領域37とダイオー
ド領域38からなる部分は、1素子MOSFETとダイ
オードとからなる単位セルを構成しており、これら単位
セルは、ストライプ状に、n型ドリフト層2内に順に一
体化して形成されているものである。Here, the portion composed of the MOSFET region 37 and the diode region 38 constitutes a unit cell composed of a one-element MOSFET and a diode. These unit cells are arranged in the n-type drift layer 2 in a stripe shape. It is formed integrally in order.
【0084】従って、この図15の実施形態例によれ
ば、各単位セルのp型ベース領域32は、MOSFET
領域37を形成するp型ベース領域32として働くと共
に、ダイオード領域38でのガードリングとしても働く
ため、MOSFETとダイオードをそれぞれ独立に形成
した場合に比して、素子全体の面積を縮小することがで
き、素子電流密度の向上が得られる。Therefore, according to the embodiment of FIG. 15, the p-type base region 32 of each unit cell is
Since it functions as the p-type base region 32 forming the region 37 and also functions as a guard ring in the diode region 38, the area of the entire device can be reduced as compared with the case where the MOSFET and the diode are formed independently. As a result, the element current density can be improved.
【0085】次に、図16は、本発明によるダイオード
を、逆導通型静電誘導トランジスタに組合わせた場合の
一実施形態例で、図16(a)はその縦断面図、同図(b)は
その平面図である。図16において、41はp型ゲート
領域、42はn型の高不純物濃度のソース領域、43は
ゲート電極、46はゲート電極絶縁層、44はソース電
極、45はドレイン電極であり、47は静電誘導トラン
ジスタ領域を、そして48はダイオード領域をそれぞれ
表わす。なお、低不純物濃度n型層2と高不純物濃度n
+ 半導体基板3は、図1の実施形態例と同じである。Next, FIG. 16 shows an embodiment in which the diode according to the present invention is combined with a reverse conduction type electrostatic induction transistor. FIG. 16 (a) is a longitudinal sectional view of the embodiment, and FIG. ) Is a plan view thereof. 16, reference numeral 41 denotes a p-type gate region, 42 denotes an n-type high impurity concentration source region, 43 denotes a gate electrode, 46 denotes a gate electrode insulating layer, 44 denotes a source electrode, 45 denotes a drain electrode, and 47 denotes a static electrode. The inductive transistor region and 48 represent the diode region, respectively. The low impurity concentration n-type layer 2 and the high impurity concentration n
+ The semiconductor substrate 3 is the same as the embodiment of FIG.
【0086】まず、低不純物濃度n型層(n型ドリフト
層)2の表面には、所定間隔を置いてp型ゲート領域4
1が形成され、それらp型ゲート領域41の間にn型ソ
ース領域42が形成される。また、p型ゲート領域41
には、それに導電接触してゲート電極43が設けられ、
このゲート電極43の周囲にはゲート電極絶縁層46が
設けられ、これにより隣接部材と電気的に絶縁されてい
る。First, on the surface of the low impurity concentration n-type layer (n-type drift layer) 2, a p-type gate
1 are formed, and an n-type source region 42 is formed between the p-type gate regions 41. Also, the p-type gate region 41
Has a gate electrode 43 in conductive contact therewith,
A gate electrode insulating layer 46 is provided around the gate electrode 43, and is electrically insulated from an adjacent member.
【0087】さらに、ゲート電極43の外側にはソース
電極44が形成され、このソース電極44はn型ソース
領域42に導電接触しており、これにより静電誘導型ト
ランジスタが形成されている。従って、ゲート電極43
に逆バイアスを印加することにより、p型ゲート領域4
1とn型ドリフト層2の間に形成されているpn接合か
らn型ドリフト層2に拡がる空乏層によって、n型ソー
ス領域42直下のn型ドリフト層2が空乏化され、ソー
ス、ドレイン間電圧をブロッキングし、静電誘導型トラ
ンジスタとして動作する。Further, a source electrode 44 is formed outside the gate electrode 43. The source electrode 44 is in conductive contact with the n-type source region 42, thereby forming an electrostatic induction transistor. Therefore, the gate electrode 43
By applying a reverse bias to the p-type gate region 4
The n-type drift layer 2 immediately below the n-type source region 42 is depleted by the depletion layer extending from the pn junction formed between the N-type drift layer 2 and the n-type drift layer 2 to the n-type drift layer 2, and the source-drain voltage And operates as an electrostatic induction transistor.
【0088】つぎに、低不純物濃度n型層(n型ドリフ
ト層)2の表面で、n型ソース領域42が設けられてい
ない1個のp型ゲート領域41とそれに隣合う他のp型
ゲート領域41との間に、所定の間隔を置いて複数個の
高不純物濃度p+ 型領域1Aが交互に配設され、これに
より本発明のダイオード領域48が形成されている。Next, on the surface of the low impurity concentration n-type layer (n-type drift layer) 2, one p-type gate region 41 having no n-type source region 42 and another p-type gate region A plurality of high-impurity-concentration p + -type regions 1A are alternately arranged at predetermined intervals between the region 41 and the region 41, thereby forming a diode region 48 of the present invention.
【0089】なお、この図16(a)でも、高不純物濃度
p+ 型領域1Aの断面形状が半円形に描かれているが、
実際には、図3に示すように横長の長円形、又は図13
に示すように略台形に作られているものである。In FIG. 16A, the cross-sectional shape of the high impurity concentration p + type region 1A is drawn as a semicircle.
In practice, a horizontally long oval as shown in FIG.
It is made substantially trapezoidal as shown in FIG.
【0090】また、以上の形状を平面的にみると、図1
6(b)に示すように、p型ゲート領域41が四隅を丸め
た矩形に作られていることが判り、n型ソース領域42
が存在しない1個のp型ゲート領域41と隣接するp型
ゲート領域41の間にストライプ状に高不純物濃度p+
型領域1A形成されていることが判る。When the above shape is viewed in plan, FIG.
As shown in FIG. 6B, it is found that the p-type gate region 41 is formed in a rectangle with four rounded corners, and the n-type source region 42 is formed.
Exists between one p-type gate region 41 where no p-type is present and an adjacent p-type gate region 41 in the form of a stripe with a high impurity concentration p +
It can be seen that the mold region 1A is formed.
【0091】従って、この実施形態例によれば、静電誘
導トランジスタ領域47とダイオード領域48からなる
部分で、静電誘導トランジスタとダイオードとからなる
単位セルが構成され、これら単位セルがストライプ状
に、n型ドリフト層2内に順に一体化形成されているこ
とになる。Therefore, according to this embodiment, a unit cell composed of an electrostatic induction transistor and a diode is constituted by a portion composed of the static induction transistor region 47 and the diode region 48, and these unit cells are formed in a stripe shape. , In the n-type drift layer 2.
【0092】そして、このとき、各単位セルのp型ゲー
ト領域41は、静電誘導トランジスタ領域47を形成す
るp型ゲート領域41として働くと共に、ダイオード領
域48のガードリングとして働くため、静電誘導トラン
ジスタとダイオードとをそれぞれ独立に形成した場合に
比して素子全体の面積を縮小することができ、素子電流
密度を向上させることができる。At this time, the p-type gate region 41 of each unit cell functions as the p-type gate region 41 forming the electrostatic induction transistor region 47 and also functions as a guard ring of the diode region 48, so that the electrostatic induction As compared with the case where the transistor and the diode are formed independently of each other, the area of the entire device can be reduced, and the device current density can be improved.
【0093】次に、図17は、本発明の一実施形態例に
よる逆導通MOSFETを用いた電力用インバータ装置
の主回路の一例で、図中破線で囲んだ部分、すなわちM
OSFETとダイオードの逆並列回路部に、図15に示
した逆導通型MOSFETを適用したものである。FIG. 17 shows an example of a main circuit of a power inverter device using a reverse conducting MOSFET according to an embodiment of the present invention.
A reverse conduction type MOSFET shown in FIG. 15 is applied to an anti-parallel circuit portion of an OSFET and a diode.
【0094】この図17のインバータ装置の主回路は、
一対の直流端子221、222と、交流の相数に等しい
3個の交流端子231〜233を備え、直流端子22
1、222に直流電源を接続し、MOSFET201〜
206をスイッチングすることにより直流電力を交流電
力に変換し、交流端子231〜233に3相交流電圧を
出力するものである。The main circuit of the inverter device shown in FIG.
A pair of DC terminals 221 and 222 and three AC terminals 231 to 233 having the same number of AC phases are provided.
DC power supply is connected to
The DC power is converted into AC power by switching 206, and a three-phase AC voltage is output to AC terminals 231 to 233.
【0095】各MOSFET201〜206はそれぞれ
2個で対にされ、各対のMOSFET、すなわち、MO
SFET201と202、203と204、205と2
06が直流端子221、222間に直列接続されてお
り、各MOSFETの対における2個のMOSFETの
直列接続点から交流端子231〜233がそれぞれ取り
出されている。Each MOSFET 201-206 is paired with two MOSFETs, and each pair of MOSFETs,
SFETs 201 and 202, 203 and 204, 205 and 2
Reference numeral 06 is connected in series between the DC terminals 221 and 222, and AC terminals 231 to 233 are respectively taken out from a series connection point of two MOSFETs in each MOSFET pair.
【0096】そして、この図17において、破線で囲ん
だMOSFETとダイオードの逆並列回路部は、各々、
図15に示した逆導通MOSFETチップにより構成さ
れている。この図17の回路によれば、MOSFETと
ダイオードが一体化されていることにより、配線のイン
ダクタンスが低減され、この結果、MOSFETとダイ
オードの定格電圧を下げることができる。In FIG. 17, the anti-parallel circuit portion of the MOSFET and the diode surrounded by a broken line
It is composed of the reverse conducting MOSFET chip shown in FIG. According to the circuit of FIG. 17, since the MOSFET and the diode are integrated, the inductance of the wiring is reduced, and as a result, the rated voltage of the MOSFET and the diode can be reduced.
【0097】また、同じく配線のインダクタンスが低減
されたことにより、モジュールの損失が低減でき、イン
バータ装置の効率が向上し、さらに、モジュールが誤動
作しにくいので、インバータの信頼性も向上する。そし
て、この結果、破壊耐量が向上するので、保護回路を省
略、又は簡略化でき、従って、インバータ装置を小型化
できる。Also, since the wiring inductance is reduced, the module loss can be reduced, the efficiency of the inverter device is improved, and the module is less likely to malfunction, so that the reliability of the inverter is also improved. As a result, the breakdown strength is improved, so that the protection circuit can be omitted or simplified, and therefore, the inverter device can be downsized.
【0098】なお、本発明は上記実施形態例に限定され
るものではなく、例えばダイオードの半導体層の導電型
を逆にした半導体装置、すなわち、pをnに、nをpに
変えた半導体装置にも適用可能なことはいうまでもな
い。The present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, a semiconductor device in which the conductivity type of a semiconductor layer of a diode is reversed, that is, a semiconductor device in which p is changed to n and n is changed to p Needless to say, it can be applied to
【0099】[0099]
【発明の効果】本発明によれば、半導体基板表面にpn
接合とショットキー接合を交互に配設したダイオードに
おいて、半導体材料を炭化けい素にした上で、pn接合
を形成するため半導体基板表面に形成した一方導電型の
半導体領域の断面を横方向に伸びた長円形、又は下向に
拡がった略台形にし、それらの間隔の最も狭い位置が基
板表面より深い構造にするという簡単な構成により、耐
圧、漏れ電流等の逆方向特性を損なうことなく、順方向
抵抗を充分に低減することができる。According to the present invention, pn is applied to the surface of a semiconductor substrate.
In a diode in which junctions and Schottky junctions are alternately arranged, a semiconductor material is made of silicon carbide, and then a cross section of a semiconductor region of one conductivity type formed on the surface of a semiconductor substrate to form a pn junction extends in a lateral direction. Oval shape or a substantially trapezoidal shape that spreads downward, and a structure with the narrowest space between them is deeper than the substrate surface. Directional resistance can be sufficiently reduced.
【0100】そして、この結果、耐圧が高く、しかも損
失が少ないダイオードを容易に提供することができる。As a result, a diode having a high withstand voltage and a small loss can be easily provided.
【図1】本発明による炭化けい素ダイオードの一実施形
態例を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a silicon carbide diode according to the present invention.
【図2】従来技術によるダイオードの断面図である。FIG. 2 is a sectional view of a conventional diode.
【図3】本発明による炭化けい素ダイオードのさらに具
体的な一実施形態例を示す断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing a further specific embodiment of the silicon carbide diode according to the present invention.
【図4】電圧型インバータの主回路図の一例を示す回路
図である。FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of a main circuit diagram of a voltage type inverter.
【図5】ダイオードの逆回路モードの電流・電圧と、ト
ランジスタがオフからオンに移行するときの電流・電圧
の波形図である。FIG. 5 is a waveform diagram of a current / voltage in a reverse circuit mode of a diode and a current / voltage when a transistor shifts from off to on.
【図6】従来技術によるpn-n+ 構造のダイオードと
ショットキーダイオードを示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a diode having a pn − n + structure and a Schottky diode according to the related art.
【図7】ダイオードの逆回復モードでの電流特性を示す
波形図である。FIG. 7 is a waveform chart showing current characteristics of a diode in a reverse recovery mode.
【図8】本発明のダイオードにおいて、マスクを用いて
イオン注入した場合のイオン濃度の説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram of ion concentration when ions are implanted using a mask in the diode of the present invention.
【図9】多層レジストによるマスクの加工方法を示す説
明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram showing a mask processing method using a multilayer resist.
【図10】マスクに窒化けい素と高融点金属シリサイド
の積層膜を用いたマスクの断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of a mask using a stacked film of silicon nitride and a refractory metal silicide as a mask.
【図11】本発明による炭化けい素ダイオードの他の一
実施形態例を示す断面図である。FIG. 11 is a sectional view showing another embodiment of the silicon carbide diode according to the present invention.
【図12】本発明による炭化けい素ダイオードの更に別
の一実施形態例を示す断面図である。FIG. 12 is a sectional view showing still another embodiment of the silicon carbide diode according to the present invention.
【図13】本発明による炭化けい素ダイオードの更に別
の一実施形態例におけるイオン注入領域の形成方法を示
す説明図である。FIG. 13 is an explanatory view showing a method of forming an ion implantation region in still another embodiment of the silicon carbide diode according to the present invention.
【図14】本発明によるダイオードと従来技術によるダ
イオードの特性図である。FIG. 14 is a characteristic diagram of a diode according to the present invention and a diode according to the related art.
【図15】逆導通型MOSFETと組合せた本発明によ
る炭化けい素ダイオードの一実施形態例を示す断面図と
平面図である。FIG. 15 is a cross-sectional view and a plan view showing an embodiment of a silicon carbide diode according to the present invention in combination with a reverse conducting MOSFET.
【図16】逆導通型静電誘導トランジスタと組合せた本
発明による炭化けい素ダイオードの一実施形態例を示す
断面図と平面図である。FIG. 16 is a sectional view and a plan view showing an embodiment of a silicon carbide diode according to the present invention in combination with a reverse conducting electrostatic induction transistor.
【図17】本発明による炭化けい素ダイオードを適用し
た電力用インバータ装置の主回路の一例を示す回路図で
ある。FIG. 17 is a circuit diagram showing an example of a main circuit of a power inverter device to which the silicon carbide diode according to the present invention is applied.
1、1A 高不純物濃度p+ 型領域 2 低不純物濃度n型層 3 高不純物濃度n+ 型領域 4 アノード電極 5 カソード電極 6 絶縁物 7 保護メタル 8 高不純物濃度p+ 型ガードリング領域 9 高不純物濃度p++ 型領域 11 第一段階イオン注入領域 12 第二段階イオン注入領域 13 最終的なイオン注入領域 31 n型ソース領域 32 p型ベース領域 33 絶縁ゲート電極 34 ソース電極 35 ドレイン電極 36 ゲート電極絶縁層 37 MOSFET領域 38 ダイオード領域 41 p型ゲート領域 42 n型ソース領域 43 ゲート電極 44 ソース電極 45 ドレイン電極 46 ゲート電極絶縁層 47 静電誘導トランジスタ領域 48 ダイオード領域 71 イオン注入用マスク 72 有機膜 73 無機中間層 74 レジスト 75 窒化けい素膜 76 高融点金属シリサイド 81〜83 イオン濃度の等濃度線DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1A High impurity concentration p + type region 2 Low impurity concentration n + type layer 3 High impurity concentration n + type region 4 Anode electrode 5 Cathode electrode 6 Insulator 7 Protective metal 8 High impurity concentration p + type guard ring region 9 High impurity Concentration p ++ region 11 First stage ion implantation region 12 Second stage ion implantation region 13 Final ion implantation region 31 N-type source region 32 P-type base region 33 Insulated gate electrode 34 Source electrode 35 Drain electrode 36 Gate electrode Insulating layer 37 MOSFET region 38 Diode region 41 P-type gate region 42 N-type source region 43 Gate electrode 44 Source electrode 45 Drain electrode 46 Gate electrode insulating layer 47 Static induction transistor region 48 Diode region 71 Ion implantation mask 72 Organic film 73 Inorganic intermediate layer 74 Resist 75 Silicon nitride film 7 Equal concentration lines of refractory metal silicide 81 to 83 ion concentration
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 八尾 勉 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 菅原 良孝 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3丁目3番22号 関西電力株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Tsutomu Yao 7-1-1, Omikacho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Inside Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Yoshitaka Sugawara 7-1, Omikamachi, Hitachi City, Ibaraki Prefecture No. 1 Hitachi, Ltd. Hitachi Research Laboratory (72) Inventor Katsunori Asano 3-2-2 Nakanoshima, Kita-ku, Osaka-shi, Osaka
Claims (10)
の表面に、所定の間隔をおいて選択的に少なくとも2個
の第二導電型低抵抗領域を有し、前記第一導電型高抵抗
層の表面と第二導電型低抵抗領域の表面に金属層を形成
してアノード電極としたダイオードにおいて、 前記第二導電型低抵抗領域の断面を、これら第二導電型
低抵抗領域相互間の間隔が前記第一導電型高抵抗層の表
面から所定距離内側の位置で最小値になるような形状に
したことを特徴とする炭化けい素ダイオード。A first conductive type high-resistance layer made of silicon carbide, wherein at least two second conductive type low-resistance regions are selectively provided at predetermined intervals on the surface; In a diode in which a metal layer is formed on the surface of the high resistance layer and the surface of the second conductivity type low resistance region to serve as an anode electrode, the cross section of the second conductivity type low resistance region is A silicon carbide diode characterized in that the distance between them has a minimum value at a position inside a predetermined distance from the surface of the first conductivity type high resistance layer.
面に露出する部分の不純物濃度が、該第二導電型低抵抗
領域内での不純物濃度の内の最小不純物濃度よりも高い
濃度になるように構成されていることを特徴とする炭化
けい素ダイオード。2. The invention according to claim 1, wherein an impurity concentration of a portion of the second conductivity type low resistance region exposed on the surface of the first conductivity type high resistance layer is within the second conductivity type low resistance region. A silicon carbide diode configured to have a concentration higher than a minimum impurity concentration among the impurity concentrations.
されていることを特徴とする炭化けい素ダイオード。3. The silicon carbide diode according to claim 1, wherein the second conductivity type low resistance region is formed by an ion implantation method.
多段階のイオン注入法により形成されていることを特徴
とする炭化けい素ダイオード。4. The silicon carbide diode according to claim 2, wherein the second conductivity type low resistance region is formed by a multi-stage ion implantation method with different implantation energies.
用いた多段階のイオン注入法により形成されていること
を特徴とする炭化けい素ダイオード。5. The silicon carbide diode according to claim 2, wherein said second conductivity type low resistance region is formed by a multi-stage ion implantation method using ion species having different masses. .
ト、金属、酸化膜、窒化膜、シリサイドのうち少なくと
も1種の材料で構成されていることを特徴とする炭化け
い素ダイオード。6. The invention according to claim 3, wherein the shielding mask used in the ion implantation method is made of at least one material of a resist, a metal, an oxide film, a nitride film, and a silicide. And silicon carbide diode.
導電型高抵抗層表面に順次、有機膜、中間無機層、レジ
ストを積層した多層膜で構成されていることを特徴とす
る炭化けい素ダイオード。7. The method according to claim 3, wherein the shielding mask used in the ion implantation method is a multilayer film in which an organic film, an intermediate inorganic layer, and a resist are sequentially laminated on the surface of the first conductivity type high resistance layer. A silicon carbide diode characterized by being constituted.
い素ダイオード。8. The silicon carbide diode according to claim 7, wherein said organic film is polyimide.
素と高融点金属シリサイドの積層膜で構成されているこ
とを特徴とする炭化けい素ダイオード。9. The silicon carbide diode according to claim 3, wherein the shielding mask used in the ion implantation method is composed of a laminated film of silicon nitride and a refractory metal silicide.
ド、モリブデンシリサイドのうちの少なくとも一方であ
ることを特徴とする炭化けい素ダイオード。10. The silicon carbide diode according to claim 9, wherein the refractory metal silicide is at least one of tungsten silicide and molybdenum silicide.
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