JP2000216409A - 整流装置およびパルス幅変調モ―タ制御回路 - Google Patents
整流装置およびパルス幅変調モ―タ制御回路Info
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
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-
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- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
- H01L29/861—Diodes
- H01L29/872—Schottky diodes
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ハイパワースイッチングへの適用に好適な、
低い順電圧降下、優れた逆回復特性、高電流密度および
逆阻止電圧をもたらす整流装置を提供する。 【解決手段】 この装置は、Ｎ+領域（５２）上にＮ-ド
リフト層（５０）を有する。多くのトレンチ構造（５
４，５６）がＮ+領域に対向するドリフト層内に窪みと
して形成され、それぞれのメサ領域（５７）が各対のト
レンチを分離する。各トレンチ構造は、酸化側壁（５
８，６０，６２，６４）、トレンチ底部の浅いＰ+領域
（６６，６８）、およびトレンチの頂部とその浅いＰ+
領域との間に導電性材料（７０，７２）を含む。金属層
（７６，７８）がトレンチ構造とメサ領域とに接触して
ショットキーコンタクト（７８）を形成する。
低い順電圧降下、優れた逆回復特性、高電流密度および
逆阻止電圧をもたらす整流装置を提供する。 【解決手段】 この装置は、Ｎ+領域（５２）上にＮ-ド
リフト層（５０）を有する。多くのトレンチ構造（５
４，５６）がＮ+領域に対向するドリフト層内に窪みと
して形成され、それぞれのメサ領域（５７）が各対のト
レンチを分離する。各トレンチ構造は、酸化側壁（５
８，６０，６２，６４）、トレンチ底部の浅いＰ+領域
（６６，６８）、およびトレンチの頂部とその浅いＰ+
領域との間に導電性材料（７０，７２）を含む。金属層
（７６，７８）がトレンチ構造とメサ領域とに接触して
ショットキーコンタクト（７８）を形成する。
Description
【０００１】
【発明の分野】この発明は、ハイパワー整流器の分野に
関する。
関する。
【０００２】
【関連技術の説明】半導体装置は、高電流および／また
は高電圧に失敗なく適応することがますます要求されて
いる。たとえば、可変速度のパルス幅変調（ＰＷＭ）モ
ータ制御回路は、典型的には多数のトランジスタをスイ
ッチとして採用し、それらの各々はそれぞれにわたって
接続されるフライバック整流器を有し、これらのスイッ
チは連続して閉じられてモータに可変周波数のＡＣ電力
を与える。このタイプの適用例における整流器は、順バ
イアスをかけると大きな電流を導通させ、逆バイアスを
かけると高電圧を阻止することが要求される。この制御
回路の効率を最大化させるには、フライバック整流器が
低い順電圧降下ＶFDを有することが理想である。この整
流器はまた、切換え速度を増すためには小さな蓄積電荷
Ｑnを有するべきであり、付随するスイッチング装置に
かかる応力を減じるためにはピーク逆電流ＩRPの小さい
「緩やかな（soft）」回復が必要とされる。
は高電圧に失敗なく適応することがますます要求されて
いる。たとえば、可変速度のパルス幅変調（ＰＷＭ）モ
ータ制御回路は、典型的には多数のトランジスタをスイ
ッチとして採用し、それらの各々はそれぞれにわたって
接続されるフライバック整流器を有し、これらのスイッ
チは連続して閉じられてモータに可変周波数のＡＣ電力
を与える。このタイプの適用例における整流器は、順バ
イアスをかけると大きな電流を導通させ、逆バイアスを
かけると高電圧を阻止することが要求される。この制御
回路の効率を最大化させるには、フライバック整流器が
低い順電圧降下ＶFDを有することが理想である。この整
流器はまた、切換え速度を増すためには小さな蓄積電荷
Ｑnを有するべきであり、付随するスイッチング装置に
かかる応力を減じるためにはピーク逆電流ＩRPの小さい
「緩やかな（soft）」回復が必要とされる。
【０００３】このようなハイパワーへの適用に必要な高
電流および逆阻止特性を提供するために、多数のパワー
整流装置が用いられている。このような装置の一例であ
るＰ−ｉ−Ｎ整流器を図１に示す。Ｎ型ドリフト層１０
が、Ｎ+層１２とＰ+層１４との間にある（Ｘ+は少なく
とも１×１０18／ｃｍ3のキャリア濃度を表わし、Ｘ-は
５×１０16／ｃｍ3より少ないキャリア濃度を表わ
す）。Ｐ+領域およびＮ+領域上の金属は、それぞれこの
整流器のアノード１６およびカソード１８を提供する。
電流および逆阻止特性を提供するために、多数のパワー
整流装置が用いられている。このような装置の一例であ
るＰ−ｉ−Ｎ整流器を図１に示す。Ｎ型ドリフト層１０
が、Ｎ+層１２とＰ+層１４との間にある（Ｘ+は少なく
とも１×１０18／ｃｍ3のキャリア濃度を表わし、Ｘ-は
５×１０16／ｃｍ3より少ないキャリア濃度を表わ
す）。Ｐ+領域およびＮ+領域上の金属は、それぞれこの
整流器のアノード１６およびカソード１８を提供する。
【０００４】順バイアスをかけると、Ｐ+領域１４は多
数の少数キャリアをドリフト領域１０へ注入し、このド
リフト領域の抵抗を大幅に下げ、整流器が高電流密度を
有し得るようにする。Ｐ−ｉ−Ｎ整流器のドリフト領域
１０は通常厚く、その結果、高い「阻止（blocking）電
圧」、すなわち整流器がブレークダウンせずに適応でき
る逆電圧が生じる。これらの特性により、Ｐ−ｉ−Ｎ整
流器はハイパワーでの適用に対して有用となる。
数の少数キャリアをドリフト領域１０へ注入し、このド
リフト領域の抵抗を大幅に下げ、整流器が高電流密度を
有し得るようにする。Ｐ−ｉ−Ｎ整流器のドリフト領域
１０は通常厚く、その結果、高い「阻止（blocking）電
圧」、すなわち整流器がブレークダウンせずに適応でき
る逆電圧が生じる。これらの特性により、Ｐ−ｉ−Ｎ整
流器はハイパワーでの適用に対して有用となる。
【０００５】しかしながら、Ｐ−ｉ−Ｎ整流器はいくつ
かの欠点を有する。J. Baligaによる「パワー半導体装
置（Power Semiconductor Devices）」（PWS Publishin
g Co. １９９６年）の１５３頁に記載のように、Ｐ−
ｉ−Ｎ整流器には、定常状態下よりもターンオン時の方
がそのＶFDが高いという「順電圧オーバーシュート」現
象という欠点がある。これは、能動素子として用いられ
るバイポーラトランジスタのエミッタ−ベース接合にわ
たってより高いＶFDが生じ、そのブレークダウン電圧を
超えるかもしれないので、パワー回路においては重大な
問題となり得る。
かの欠点を有する。J. Baligaによる「パワー半導体装
置（Power Semiconductor Devices）」（PWS Publishin
g Co. １９９６年）の１５３頁に記載のように、Ｐ−
ｉ−Ｎ整流器には、定常状態下よりもターンオン時の方
がそのＶFDが高いという「順電圧オーバーシュート」現
象という欠点がある。これは、能動素子として用いられ
るバイポーラトランジスタのエミッタ−ベース接合にわ
たってより高いＶFDが生じ、そのブレークダウン電圧を
超えるかもしれないので、パワー回路においては重大な
問題となり得る。
【０００６】Ｐ−ｉ−Ｎ整流器の別の欠点は、Baligaに
よる前述の著書の１５４頁に記載のようにその逆回復特
性が不完全なことである。逆回復は、整流器がそのオン
状態からその逆阻止状態へと切換わると起こる。この遷
移を遂げるには、順導通中にドリフト領域に蓄積された
少数キャリア電荷を除去しなければならず、これには、
注入された少数キャリアを多数キャリアと再結合させる
必要がある。再結合の間、いくらかの逆電流が、最終的
にゼロまで減退する前に装置中を流れる。順導通中に非
常に多くの正孔がドリフト領域に注入されるので、再結
合はＰ−ｉ−Ｎ整流器においてゆっくり進み、よって逆
回復特性は不十分なものになる。
よる前述の著書の１５４頁に記載のようにその逆回復特
性が不完全なことである。逆回復は、整流器がそのオン
状態からその逆阻止状態へと切換わると起こる。この遷
移を遂げるには、順導通中にドリフト領域に蓄積された
少数キャリア電荷を除去しなければならず、これには、
注入された少数キャリアを多数キャリアと再結合させる
必要がある。再結合の間、いくらかの逆電流が、最終的
にゼロまで減退する前に装置中を流れる。順導通中に非
常に多くの正孔がドリフト領域に注入されるので、再結
合はＰ−ｉ−Ｎ整流器においてゆっくり進み、よって逆
回復特性は不十分なものになる。
【０００７】ハイパワーでの適用に用いられる別の整流
装置は、図２に示され、Baligaによる前述の著書の１８
７〜１９２頁に記載の「併合Ｐ−ｉ−Ｎ／ショットキー
（ＭＰＳ）」整流器である。Ｐ−ｉ−Ｎ整流器と同様、
この装置はＮ+領域２２上にＮ型ドリフト領域２０を有
する。しかしながら、ドリフト領域上の連続したＰ+層
の代わりに、２つの物理的に分離したＰ+領域２４、２
６がドリフト領域２０内に拡散される。金属層２８およ
び３０はそれぞれ整流器のアノードおよびカソードを提
供する。アノード２８と薄くドープされたドリフト領域
２０との間の界面はショットキーコンタクト３２を形成
し、ショットキーコンタクトの下の領域をここではショ
ットキー領域３４と呼ぶ。
装置は、図２に示され、Baligaによる前述の著書の１８
７〜１９２頁に記載の「併合Ｐ−ｉ−Ｎ／ショットキー
（ＭＰＳ）」整流器である。Ｐ−ｉ−Ｎ整流器と同様、
この装置はＮ+領域２２上にＮ型ドリフト領域２０を有
する。しかしながら、ドリフト領域上の連続したＰ+層
の代わりに、２つの物理的に分離したＰ+領域２４、２
６がドリフト領域２０内に拡散される。金属層２８およ
び３０はそれぞれ整流器のアノードおよびカソードを提
供する。アノード２８と薄くドープされたドリフト領域
２０との間の界面はショットキーコンタクト３２を形成
し、ショットキーコンタクトの下の領域をここではショ
ットキー領域３４と呼ぶ。
【０００８】順バイアスをかけると、Ｐ+領域２４およ
び２６は正孔をドリフト領域２０へ注入する。この結
果、ドリフト領域の導電率変調がＰ−ｉ−Ｎ整流器と類
似した態様で生じ、これが電流に対するその抵抗を減じ
る。ショットキーコンタクト３２の障壁の高さはこの構
造のＰ+−Ｎ接合の高さより低く、ショットキー領域の
広さが十分であれば、より低い障壁の高さがより低いＶ
FDを装置に与えつつ、著しい量の電流がそこを通って流
れるであろう。ＭＰＳ整流器はまた、逆回復特性を向上
させる。ショットキー領域と直列の抵抗を減じるのに必
要な注入レベルはＰ−ｉ−Ｎ整流器で観察されるものほ
ど大きくなく、結果的に、ＭＰＳ整流器内に蓄積された
電荷はＰ−ｉ−Ｎ整流器に見られるものより小さくな
る。
び２６は正孔をドリフト領域２０へ注入する。この結
果、ドリフト領域の導電率変調がＰ−ｉ−Ｎ整流器と類
似した態様で生じ、これが電流に対するその抵抗を減じ
る。ショットキーコンタクト３２の障壁の高さはこの構
造のＰ+−Ｎ接合の高さより低く、ショットキー領域の
広さが十分であれば、より低い障壁の高さがより低いＶ
FDを装置に与えつつ、著しい量の電流がそこを通って流
れるであろう。ＭＰＳ整流器はまた、逆回復特性を向上
させる。ショットキー領域と直列の抵抗を減じるのに必
要な注入レベルはＰ−ｉ−Ｎ整流器で観察されるものほ
ど大きくなく、結果的に、ＭＰＳ整流器内に蓄積された
電荷はＰ−ｉ−Ｎ整流器に見られるものより小さくな
る。
【０００９】しかしながら、ＭＰＳ整流器はいくつかの
欠点を有する。逆バイアスをかけると、この装置のショ
ットキーコンタクト３２は強い電界にさらされる。保護
されていなければ、このショットキーコンタクトは「障
壁の高さを低くする効果」を表わし、これにより逆電流
が低くされた障壁を介して装置にわたって漏れてしま
う。これは、Ｐ+領域間の空間を減じることで押し止め
ることができるが、そうするとこの装置もＰ−ｉ−Ｎの
構造と似通ったものになり始め、順電圧降下が増し、シ
ョットキー領域がもたらす利点のいくつかが失われる。
残念ながら、この空間は、装置を製造するときに生じる
横方向の拡散が原因で、制御するのが難しい。
欠点を有する。逆バイアスをかけると、この装置のショ
ットキーコンタクト３２は強い電界にさらされる。保護
されていなければ、このショットキーコンタクトは「障
壁の高さを低くする効果」を表わし、これにより逆電流
が低くされた障壁を介して装置にわたって漏れてしま
う。これは、Ｐ+領域間の空間を減じることで押し止め
ることができるが、そうするとこの装置もＰ−ｉ−Ｎの
構造と似通ったものになり始め、順電圧降下が増し、シ
ョットキー領域がもたらす利点のいくつかが失われる。
残念ながら、この空間は、装置を製造するときに生じる
横方向の拡散が原因で、制御するのが難しい。
【００１０】
【発明の概要】上記の問題を克服する整流装置が提示さ
れる。この整流器はハイパワー・スイッチングへの適用
に特に好適であり、低い順電圧降下およびより優れた逆
回復特性とともに高電流密度および逆阻止電圧をもたら
す。
れる。この整流器はハイパワー・スイッチングへの適用
に特に好適であり、低い順電圧降下およびより優れた逆
回復特性とともに高電流密度および逆阻止電圧をもたら
す。
【００１１】この新規な構造は、Ｎ+領域上にＮ-ドリフ
ト層を有する。１対のトレンチがＮ +領域に対向するド
リフト層内に窪みとして形成され、これらのトレンチは
メサ領域によって分離される。酸化側壁が各トレンチの
外側に並ぶ。浅いＰ+領域が各トレンチの底部からドリ
フト層へと延びる。これらのトレンチは各々、トレンチ
の頂部とその浅いＰ+領域との間に導電経路をもたらす
導電性材料を含む。この整流器のアノードは２つのトレ
ンチ内の導電性材料およびメサ領域に接触する金属層に
よって提供され、この構造のＮ+領域上の金属はこの装
置のカソードとしての役割を果たす。
ト層を有する。１対のトレンチがＮ +領域に対向するド
リフト層内に窪みとして形成され、これらのトレンチは
メサ領域によって分離される。酸化側壁が各トレンチの
外側に並ぶ。浅いＰ+領域が各トレンチの底部からドリ
フト層へと延びる。これらのトレンチは各々、トレンチ
の頂部とその浅いＰ+領域との間に導電経路をもたらす
導電性材料を含む。この整流器のアノードは２つのトレ
ンチ内の導電性材料およびメサ領域に接触する金属層に
よって提供され、この構造のＮ+領域上の金属はこの装
置のカソードとしての役割を果たす。
【００１２】アノードとドリフト層との間の界面はショ
ットキーコンタクトをもたらす。順バイアスをかける
と、浅いＰ+領域がドリフト領域へ正孔を注入して、そ
の抵抗を下げ、ショットキーとＰ+領域との両方にわた
る順導通を可能にする。ショットキーコンタクトの障壁
の高さが低いことにより、この装置の順電圧降下は低く
なる。逆バイアスをかけると、浅いＰ+領域および酸化
側壁のまわりに空乏領域が形成され、ショットキーコン
タクトを遮蔽するショットキー領域にわたってポテンシ
ャル障壁をもたらし、よって高い逆阻止電圧を与え、逆
漏れ電流を大幅に減じる。ショットキー領域の存在によ
り、除去すべき蓄積された電荷の量もまた減じられ、こ
の装置の逆回復性能をさらに向上させる。
ットキーコンタクトをもたらす。順バイアスをかける
と、浅いＰ+領域がドリフト領域へ正孔を注入して、そ
の抵抗を下げ、ショットキーとＰ+領域との両方にわた
る順導通を可能にする。ショットキーコンタクトの障壁
の高さが低いことにより、この装置の順電圧降下は低く
なる。逆バイアスをかけると、浅いＰ+領域および酸化
側壁のまわりに空乏領域が形成され、ショットキーコン
タクトを遮蔽するショットキー領域にわたってポテンシ
ャル障壁をもたらし、よって高い逆阻止電圧を与え、逆
漏れ電流を大幅に減じる。ショットキー領域の存在によ
り、除去すべき蓄積された電荷の量もまた減じられ、こ
の装置の逆回復性能をさらに向上させる。
【００１３】これらのトレンチ構造により、トレンチお
よびメサ領域の両方の幅が正確に制御できるようにな
り、この装置の順電圧降下および逆回復特性を特定の適
用の要求に合わせることが可能になる。
よびメサ領域の両方の幅が正確に制御できるようにな
り、この装置の順電圧降下および逆回復特性を特定の適
用の要求に合わせることが可能になる。
【００１４】このような構造の多くは、所望の電流保持
容量を与えるために並列で製造される。この方法で製造
された装置は、１２００ボルトを超える逆阻止電圧で５
０Ａの電流をたった０．５ｃｍ2の大きさのダイ上に保
持している。これらの特性により、この新規な整流装置
は、たとえばＰＷＭモータ制御回路中のトランジスタス
イッチにわたるフライバックダイオードとして、ハイパ
ワーでの適用に好適なものになる。
容量を与えるために並列で製造される。この方法で製造
された装置は、１２００ボルトを超える逆阻止電圧で５
０Ａの電流をたった０．５ｃｍ2の大きさのダイ上に保
持している。これらの特性により、この新規な整流装置
は、たとえばＰＷＭモータ制御回路中のトランジスタス
イッチにわたるフライバックダイオードとして、ハイパ
ワーでの適用に好適なものになる。
【００１５】この発明のさらなる特徴および利点は、次
の詳細な説明を添付の図面とともに参照することにより
当業者には明らかになるであろう。
の詳細な説明を添付の図面とともに参照することにより
当業者には明らかになるであろう。
【００１６】
【実施例の説明】この発明に従った整流装置の一実施例
を図３に示す。所望の厚さのＮ-ドリフト層５０がＮ+領
域５２上にある。Ｎ+領域に対向するドリフト層５０内
に１対のトレンチ５４、５６が垂直に窪みとして形成さ
れ、これらはメサ領域５７によって分離される。トレン
チの各々は酸化側壁５８、６０、６２および６４を有す
る。ここに用いられるように、トレンチは、その側壁が
ドリフト層５０の頂面に対してほぼ垂直であるとき「垂
直に窪みとして形成」される。各トレンチの底部は浅い
Ｐ+領域６６、６８であり、導電性材料７０、７２が各
トレンチ頂部とそれらにそれぞれ対応するＰ+領域との
間にある。金属層７４はメサ領域５７、側壁５８、６
０、６２、６４、および２つのトレンチ５４、５６の導
電性材料７０、７２と接触する。別の金属層７６はＮ+
領域５２と接触する。
を図３に示す。所望の厚さのＮ-ドリフト層５０がＮ+領
域５２上にある。Ｎ+領域に対向するドリフト層５０内
に１対のトレンチ５４、５６が垂直に窪みとして形成さ
れ、これらはメサ領域５７によって分離される。トレン
チの各々は酸化側壁５８、６０、６２および６４を有す
る。ここに用いられるように、トレンチは、その側壁が
ドリフト層５０の頂面に対してほぼ垂直であるとき「垂
直に窪みとして形成」される。各トレンチの底部は浅い
Ｐ+領域６６、６８であり、導電性材料７０、７２が各
トレンチ頂部とそれらにそれぞれ対応するＰ+領域との
間にある。金属層７４はメサ領域５７、側壁５８、６
０、６２、６４、および２つのトレンチ５４、５６の導
電性材料７０、７２と接触する。別の金属層７６はＮ+
領域５２と接触する。
【００１７】図３に示す構造は、それぞれアノードおよ
びカソードとしての役割を果たす金属層７４および７６
を有する整流器を形成する。アノード７４に印加された
電圧はトレンチ５４および５６の底部でそれらのそれぞ
れの導電性材料７０および７２を介して浅いＰ+領域と
導通される。金属層７４とドリフト層５０のメサ領域５
７との間の界面はショットキーコンタクト７８を形成す
る。
びカソードとしての役割を果たす金属層７４および７６
を有する整流器を形成する。アノード７４に印加された
電圧はトレンチ５４および５６の底部でそれらのそれぞ
れの導電性材料７０および７２を介して浅いＰ+領域と
導通される。金属層７４とドリフト層５０のメサ領域５
７との間の界面はショットキーコンタクト７８を形成す
る。
【００１８】順バイアスをかけたとき、すなわちカソー
ド７６に印加した電圧に対して正の電圧をアノード７４
に印加したときの整流器の動作を図４に示す。浅いＰ+
領域６６、６８はドリフト層５０内に正孔を注入し、こ
れがその直列抵抗を減じる。２つのＰ+領域間の分離が
両極性（ambipolar）拡散長より小さい限り、ショット
キーコンタクト７８下に著しい導電率変調が生じるであ
ろう。これにより、この整流器のショットキー領域にお
ける順導通は大きく向上し、その結果順電流の大部分が
ショットキーコンタクトを介して運ばれ（電流８０）、
残りの順電流（電流８２）はＰ+−Ｎ接合にわたって搬
送される。ショットキーコンタクトの障壁の高さはＰ+
−Ｎ接合の高さよりも低いので、整流器の順電圧降下Ｖ
FDは低くなる。
ド７６に印加した電圧に対して正の電圧をアノード７４
に印加したときの整流器の動作を図４に示す。浅いＰ+
領域６６、６８はドリフト層５０内に正孔を注入し、こ
れがその直列抵抗を減じる。２つのＰ+領域間の分離が
両極性（ambipolar）拡散長より小さい限り、ショット
キーコンタクト７８下に著しい導電率変調が生じるであ
ろう。これにより、この整流器のショットキー領域にお
ける順導通は大きく向上し、その結果順電流の大部分が
ショットキーコンタクトを介して運ばれ（電流８０）、
残りの順電流（電流８２）はＰ+−Ｎ接合にわたって搬
送される。ショットキーコンタクトの障壁の高さはＰ+
−Ｎ接合の高さよりも低いので、整流器の順電圧降下Ｖ
FDは低くなる。
【００１９】逆バイアスをかけたときの、すなわちアノ
ード７４に印加された電圧より大きい電圧をカソード７
６に与えたときの整流器の動作を図５に示す。ドリフト
層５０の厚さおよびドーピング密度が整流器の逆阻止電
圧を決定する。装置にかかる電圧がＶFDより下に落ちる
と、空乏領域８４が埋込まれたＰ+領域６６および６８
のまわり、ならびにトレンチの酸化側壁５８、６０、６
２、６４のまわりに形成され始める。空乏領域が成長す
るにつれて、それらはショットキーコンタクト７８下に
ポテンシャル障壁を形成し、これがこの装置にかかる電
圧によって生じる高電界からコンタクトを遮蔽する。こ
れは障壁の高さを低くする効果を抑止し、よってこの装
置は非常に低い逆漏れ電流を達成することが可能にな
る。
ード７４に印加された電圧より大きい電圧をカソード７
６に与えたときの整流器の動作を図５に示す。ドリフト
層５０の厚さおよびドーピング密度が整流器の逆阻止電
圧を決定する。装置にかかる電圧がＶFDより下に落ちる
と、空乏領域８４が埋込まれたＰ+領域６６および６８
のまわり、ならびにトレンチの酸化側壁５８、６０、６
２、６４のまわりに形成され始める。空乏領域が成長す
るにつれて、それらはショットキーコンタクト７８下に
ポテンシャル障壁を形成し、これがこの装置にかかる電
圧によって生じる高電界からコンタクトを遮蔽する。こ
れは障壁の高さを低くする効果を抑止し、よってこの装
置は非常に低い逆漏れ電流を達成することが可能にな
る。
【００２０】この装置の新規な構造によっていくつかの
重要な利点が得られる。トレンチ５４および５６の酸化
側壁５８、６０、６２、６４はＰ型ドーパントが側方向
に拡散するのを防ぎ、トレンチ底部のＰ+領域は横方向
の拡散を減じるために浅く作られる。これらの要素は結
合して、明確な、かつ正確に位置付けられた高アスペク
ト比のＰ+領域の製造を可能にする。これにより、この
整流器のショットキー／Ｐ+比、すなわちショットキー
領域の面積とＰ+領域の面積との比が非常にうまく制御
できるようになり、その性能特性を特定の適用に合わせ
ることが可能になる。垂直でない窪みとして形成された
トレンチ、すなわち傾斜または湾曲した側壁を有するト
レンチを採用する装置もここに述べた利点のいくつかを
提供するが、装置のショットキー／Ｐ+比を最適に制御
するという理由から、ドリフト層５０内に垂直に窪みと
して形成されたトレンチが好ましい。
重要な利点が得られる。トレンチ５４および５６の酸化
側壁５８、６０、６２、６４はＰ型ドーパントが側方向
に拡散するのを防ぎ、トレンチ底部のＰ+領域は横方向
の拡散を減じるために浅く作られる。これらの要素は結
合して、明確な、かつ正確に位置付けられた高アスペク
ト比のＰ+領域の製造を可能にする。これにより、この
整流器のショットキー／Ｐ+比、すなわちショットキー
領域の面積とＰ+領域の面積との比が非常にうまく制御
できるようになり、その性能特性を特定の適用に合わせ
ることが可能になる。垂直でない窪みとして形成された
トレンチ、すなわち傾斜または湾曲した側壁を有するト
レンチを採用する装置もここに述べた利点のいくつかを
提供するが、装置のショットキー／Ｐ+比を最適に制御
するという理由から、ドリフト層５０内に垂直に窪みと
して形成されたトレンチが好ましい。
【００２１】浅いＰ+領域をドリフト層５０内およびシ
ョットキーコンタクトより下に、酸化側壁とともに窪み
として形成することにより、逆バイアスによって生じる
ポテンシャル障壁の電圧（典型的にはｅＶで表わされ
る）をＭＰＳ整流器などの従来の装置に見られるものよ
り高くすることができ、これがその遮蔽効果を大きく向
上させる。また、少数キャリアは浅いＰ+領域によって
のみ注入されるので、Ｐ境界領域（すなわちＰ+−Ｎ界
面）の正孔の濃度はＰ−ｉ−Ｎ整流器などのショットキ
ーコンタクトのない装置のものより小さくなる。これが
装置に逆バイアスをかけたときに除去すべき蓄積電荷の
量を減じ、よってこれが整流器のピーク逆電流ＩRPの増
幅を減じ、かつ逆回復特性を急ではなく緩やかなものに
し、この新規な構造のこれら両方の結果により、ＰＷＭ
モータ制御回路のスイッチングトランジスタなど、この
整流器とともに用いられる構成要素にかかる応力が減じ
られる。除去すべき蓄積された電荷の量を少なくするこ
とにより、この整流器はまた、順導通と逆阻止状態との
間でより迅速に切換わることもできるようになる。
ョットキーコンタクトより下に、酸化側壁とともに窪み
として形成することにより、逆バイアスによって生じる
ポテンシャル障壁の電圧（典型的にはｅＶで表わされ
る）をＭＰＳ整流器などの従来の装置に見られるものよ
り高くすることができ、これがその遮蔽効果を大きく向
上させる。また、少数キャリアは浅いＰ+領域によって
のみ注入されるので、Ｐ境界領域（すなわちＰ+−Ｎ界
面）の正孔の濃度はＰ−ｉ−Ｎ整流器などのショットキ
ーコンタクトのない装置のものより小さくなる。これが
装置に逆バイアスをかけたときに除去すべき蓄積電荷の
量を減じ、よってこれが整流器のピーク逆電流ＩRPの増
幅を減じ、かつ逆回復特性を急ではなく緩やかなものに
し、この新規な構造のこれら両方の結果により、ＰＷＭ
モータ制御回路のスイッチングトランジスタなど、この
整流器とともに用いられる構成要素にかかる応力が減じ
られる。除去すべき蓄積された電荷の量を少なくするこ
とにより、この整流器はまた、順導通と逆阻止状態との
間でより迅速に切換わることもできるようになる。
【００２２】再び図３を参照して、導電性材料７０およ
び７２は、好ましくは、金属層７４と浅いＰ+領域６６
および６８との間に抵抗の低い導通経路をもたらすよう
にアクセプタで濃くドープされたポリシリコンである。
トレンチへの充填が容易であることからポリシリコンが
好まれるが、トレンチへの充填が可能であり優れた導電
率を提供し得る他の材料を用いてもよい。
び７２は、好ましくは、金属層７４と浅いＰ+領域６６
および６８との間に抵抗の低い導通経路をもたらすよう
にアクセプタで濃くドープされたポリシリコンである。
トレンチへの充填が容易であることからポリシリコンが
好まれるが、トレンチへの充填が可能であり優れた導電
率を提供し得る他の材料を用いてもよい。
【００２３】上述したように、この新規な構造は、窪み
として形成されたＰ+領域および酸化側壁によってもた
らされる、より高いポテンシャル障壁によって、より低
い逆漏れ電流をもたらす。トレンチは好ましくは約１μ
ｍと３μｍとの間の深さを有する。シミュレーション結
果は、Ｐ−ｉ−Ｎ整流器が提供するものとほぼ同等の非
常に低い逆漏れ電流（整流器の面積０．５ｃｍ2に対し
て１００ｎＡ）をもたらす約３μｍの深さを有するトレ
ンチの深さとともに逆漏れ電流も減少するということを
示している。
として形成されたＰ+領域および酸化側壁によってもた
らされる、より高いポテンシャル障壁によって、より低
い逆漏れ電流をもたらす。トレンチは好ましくは約１μ
ｍと３μｍとの間の深さを有する。シミュレーション結
果は、Ｐ−ｉ−Ｎ整流器が提供するものとほぼ同等の非
常に低い逆漏れ電流（整流器の面積０．５ｃｍ2に対し
て１００ｎＡ）をもたらす約３μｍの深さを有するトレ
ンチの深さとともに逆漏れ電流も減少するということを
示している。
【００２４】浅いＰ+領域は好ましくは約０．５μｍの
深さしかなく、これは順バイアスをかけると横方向拡散
を制限しつつ少数キャリアを適切に供給する。
深さしかなく、これは順バイアスをかけると横方向拡散
を制限しつつ少数キャリアを適切に供給する。
【００２５】この発明の整流器は、図３に示す構造に限
定されない。代替する実施例が図６に示され、ここでは
材料の各々がそれぞれ対応する逆の極性と交換されてい
る。ここでは、Ｐ-ドリフト層１００はＰ+領域１０２上
にあり、１対のトレンチ１０４、１０６はＰ+領域に対
向するドリフト層内に垂直に窪みとして形成され、これ
らのトレンチはメサ領域１０９によって分離される。各
トレンチは酸化側壁１０８、１１０および１１２、１１
４を有し、またその底部にそれぞれの浅いＮ+領域１１
６、１１８を有し、導電性材料１２０（好ましくはドナ
ーで濃くドープされているポリシリコン）で充填され
る。金属層１２２はメサ領域１０９、側壁１０８、１１
０、１１２、１１４および各トレンチ内の導電性材料１
２０と接触し、別の金属層１２４はＰ+領域と接触す
る。金属層１２２とメサ領域１０９との間の界面はショ
ットキーコンタクト１２６を形成する。この実施例で
は、金属層１２４はこの整流器のアノードとして、また
金属層１２２はそのカソードとしての役割を果たす。こ
の装置の動作は図３のものと類似しているが、この実施
例では電子が正孔ではなく少数キャリアであり、順導通
の方向が逆転されるという点が異なる。
定されない。代替する実施例が図６に示され、ここでは
材料の各々がそれぞれ対応する逆の極性と交換されてい
る。ここでは、Ｐ-ドリフト層１００はＰ+領域１０２上
にあり、１対のトレンチ１０４、１０６はＰ+領域に対
向するドリフト層内に垂直に窪みとして形成され、これ
らのトレンチはメサ領域１０９によって分離される。各
トレンチは酸化側壁１０８、１１０および１１２、１１
４を有し、またその底部にそれぞれの浅いＮ+領域１１
６、１１８を有し、導電性材料１２０（好ましくはドナ
ーで濃くドープされているポリシリコン）で充填され
る。金属層１２２はメサ領域１０９、側壁１０８、１１
０、１１２、１１４および各トレンチ内の導電性材料１
２０と接触し、別の金属層１２４はＰ+領域と接触す
る。金属層１２２とメサ領域１０９との間の界面はショ
ットキーコンタクト１２６を形成する。この実施例で
は、金属層１２４はこの整流器のアノードとして、また
金属層１２２はそのカソードとしての役割を果たす。こ
の装置の動作は図３のものと類似しているが、この実施
例では電子が正孔ではなく少数キャリアであり、順導通
の方向が逆転されるという点が異なる。
【００２６】この整流器は、ドリフト層がバルク基板材
料上で所望の厚さまで成長したエピタキシャル層である
パンチスルー（ＥＰＩ）ウェハ上か（Ｎ+バルク基板５
２上にエピタキシャルドリフト層５０がある図３と同
様）、または非パンチスルー（ＮＰＴ）ウェハ上に製造
され得る。ＮＰＴウェハを用いる一実施例を図７に示
す。ここでは、Ｎ-ドリフト領域１３０はバルク基板材
料であり、Ｎ+領域１３２は、オーム接触の抵抗を低く
するように背面から注入されているリンまたは砒素など
の材料からなる非常に薄い（０．５μｍ以下）層であ
り、その他の構造は図３に示すものと同様、酸化側壁を
有する１対のトレンチ１３４およびドリフト層１３０内
に窪みとして形成された浅いＰ+領域とを含む。
料上で所望の厚さまで成長したエピタキシャル層である
パンチスルー（ＥＰＩ）ウェハ上か（Ｎ+バルク基板５
２上にエピタキシャルドリフト層５０がある図３と同
様）、または非パンチスルー（ＮＰＴ）ウェハ上に製造
され得る。ＮＰＴウェハを用いる一実施例を図７に示
す。ここでは、Ｎ-ドリフト領域１３０はバルク基板材
料であり、Ｎ+領域１３２は、オーム接触の抵抗を低く
するように背面から注入されているリンまたは砒素など
の材料からなる非常に薄い（０．５μｍ以下）層であ
り、その他の構造は図３に示すものと同様、酸化側壁を
有する１対のトレンチ１３４およびドリフト層１３０内
に窪みとして形成された浅いＰ+領域とを含む。
【００２７】いずれのウェハタイプを用いるかを決定す
るときには複数の要因を考慮すべきである。ＥＰＩウェ
ハはＮＰＴウェハより高価であるが、Ｎ-エピタキシャ
ル層の厚さおよびドーピング濃度が制御されているの
で、これらはより低い順電圧降下を提供する。ＮＰＴベ
ースの装置はＥＰＩベースの装置より電子注入効率がよ
り低く、この性質は、蓄積された電荷を操作してより優
れた逆回復特性をもたらすために用いられ得る。対照的
に、ＥＰＩベースの装置において蓄積された電荷を調整
するためには、寿命制御が用いられる。
るときには複数の要因を考慮すべきである。ＥＰＩウェ
ハはＮＰＴウェハより高価であるが、Ｎ-エピタキシャ
ル層の厚さおよびドーピング濃度が制御されているの
で、これらはより低い順電圧降下を提供する。ＮＰＴベ
ースの装置はＥＰＩベースの装置より電子注入効率がよ
り低く、この性質は、蓄積された電荷を操作してより優
れた逆回復特性をもたらすために用いられ得る。対照的
に、ＥＰＩベースの装置において蓄積された電荷を調整
するためには、寿命制御が用いられる。
【００２８】シミュレーション結果は、この発明の整流
器が１００Ａ／ｃｍ2を超える電流密度に適応できると
いうことを示す。ハイパワーの整流器を提供するために
は、必要な電流保持能力をもたらすのに十分な面積を有
するダイにわたって図３から図７の構造が繰返される。
これは、ハイパワー整流器の一例として図８に断面図で
示される。ダイ１５０は、金属層１５６と１５８との間
に挟んで、Ｎ+層１５４上にＮ-ドリフト層１５２を有
し、これらの層の各々はダイのほぼ全長および幅にわた
って走行する。多くのトレンチ構造１６０はダイにわた
って周期的に間隔をあけられ、それらの各々は図３に示
すトレンチと同様、導電性材料１６２で充填され、酸化
側壁１６４およびその底部に浅いＰ+領域１６６を有す
る。トレンチ構造の中央点から隣接するトレンチ構造の
中心点までの領域は「セル」と呼ばれる。上述の各セル
機能内にある隣接するトレンチのそれぞれ半分は、装置
に順バイアスをかけると正孔をドリフト層１５２内へ注
入して、各ショットキーコンタクト下での導電率変調を
引き起こし、またショットキー領域にわたって対応する
順電流を生じる。装置に逆バイアスをかけると、各トレ
ンチ構造のまわりに空乏領域が形成され、各ショットキ
ーコンタクト下にポテンシャル障壁を形成する。
器が１００Ａ／ｃｍ2を超える電流密度に適応できると
いうことを示す。ハイパワーの整流器を提供するために
は、必要な電流保持能力をもたらすのに十分な面積を有
するダイにわたって図３から図７の構造が繰返される。
これは、ハイパワー整流器の一例として図８に断面図で
示される。ダイ１５０は、金属層１５６と１５８との間
に挟んで、Ｎ+層１５４上にＮ-ドリフト層１５２を有
し、これらの層の各々はダイのほぼ全長および幅にわた
って走行する。多くのトレンチ構造１６０はダイにわた
って周期的に間隔をあけられ、それらの各々は図３に示
すトレンチと同様、導電性材料１６２で充填され、酸化
側壁１６４およびその底部に浅いＰ+領域１６６を有す
る。トレンチ構造の中央点から隣接するトレンチ構造の
中心点までの領域は「セル」と呼ばれる。上述の各セル
機能内にある隣接するトレンチのそれぞれ半分は、装置
に順バイアスをかけると正孔をドリフト層１５２内へ注
入して、各ショットキーコンタクト下での導電率変調を
引き起こし、またショットキー領域にわたって対応する
順電流を生じる。装置に逆バイアスをかけると、各トレ
ンチ構造のまわりに空乏領域が形成され、各ショットキ
ーコンタクト下にポテンシャル障壁を形成する。
【００２９】これらのトレンチ構造は多種多様の方法で
ダイにわたって配列され得る。構成例の１つが図９に示
され、これは図８の断面図に対応する平面図である（金
属層１５６、１５８およびＮ+層１５４は簡明のため図
示せず）。トレンチ構造１６０はダイ１５０の長さにわ
たって走行するチャネルを形成し、その幅にわたって周
期的に間隔をあけられる。
ダイにわたって配列され得る。構成例の１つが図９に示
され、これは図８の断面図に対応する平面図である（金
属層１５６、１５８およびＮ+層１５４は簡明のため図
示せず）。トレンチ構造１６０はダイ１５０の長さにわ
たって走行するチャネルを形成し、その幅にわたって周
期的に間隔をあけられる。
【００３０】別の可能なトレンチ構造の構成例が図１０
に示され、これもまた図８の断面図に対応する。ここで
は、トレンチ１６０は円筒形状であり、ダイ１５０内で
周期的に間隔をあけられる。図１０に示す代替的構成
（Ｐ+領域およびショットキー領域が逆転される）もま
た可能であることに注目されたい。ショットキーコンタ
クトは、円筒状の酸化側壁に取囲まれた円形のものであ
ってもよく、ダイ１５０内で周期的に間隔をあけられ、
Ｐ+領域がショットキーコンタクト間の領域に窪みとし
て形成される。
に示され、これもまた図８の断面図に対応する。ここで
は、トレンチ１６０は円筒形状であり、ダイ１５０内で
周期的に間隔をあけられる。図１０に示す代替的構成
（Ｐ+領域およびショットキー領域が逆転される）もま
た可能であることに注目されたい。ショットキーコンタ
クトは、円筒状の酸化側壁に取囲まれた円形のものであ
ってもよく、ダイ１５０内で周期的に間隔をあけられ、
Ｐ+領域がショットキーコンタクト間の領域に窪みとし
て形成される。
【００３１】図８から図１０に示すトレンチ構造配列は
単なる例示であり、他の多くのトレンチの形状および構
成が可能である。正方形のトレンチは避けた方がよい。
というのは、トレンチ角部に現れる高ピーク電界によ
り、装置が早くブレークダウンしてしまうという結果を
招き得るからである。
単なる例示であり、他の多くのトレンチの形状および構
成が可能である。正方形のトレンチは避けた方がよい。
というのは、トレンチ角部に現れる高ピーク電界によ
り、装置が早くブレークダウンしてしまうという結果を
招き得るからである。
【００３２】メサ領域およびトレンチ幅は、整流器の性
能に著しい影響を与える設計パラメータである。両者の
幅が整流器のブレークダウン電圧に影響し（より幅狭い
メサ領域またはより幅広いトレンチがブレークダウン電
圧を増す）、ショットキー／Ｐ+比はＶFDおよび逆回復
電荷Ｑnに影響を与える。
能に著しい影響を与える設計パラメータである。両者の
幅が整流器のブレークダウン電圧に影響し（より幅狭い
メサ領域またはより幅広いトレンチがブレークダウン電
圧を増す）、ショットキー／Ｐ+比はＶFDおよび逆回復
電荷Ｑnに影響を与える。
【００３３】図３に示す構造を有する、メサ領域の幅約
４μｍおよびトレンチの幅約２μｍの整流器について、
ＶFD対電流密度のシミュレーショングラフを図１１に示
す。この結果、ショットキー領域およびトレンチが装置
面積のそれぞれ約６７％および３３％を占める構造が生
じる。図１１に見られるように、Ｐ+領域における電流
密度（短破線）は、ショットキー領域におけるもの（長
破線）よりも非常に低い。実線は装置にわたる総電流密
度を示す。
４μｍおよびトレンチの幅約２μｍの整流器について、
ＶFD対電流密度のシミュレーショングラフを図１１に示
す。この結果、ショットキー領域およびトレンチが装置
面積のそれぞれ約６７％および３３％を占める構造が生
じる。図１１に見られるように、Ｐ+領域における電流
密度（短破線）は、ショットキー領域におけるもの（長
破線）よりも非常に低い。実線は装置にわたる総電流密
度を示す。
【００３４】この発明に従った整流器（線１７０）およ
び商業用「早期回復型」のＰ−ｉ−Ｎ整流器（線１７
２）それぞれについての電流対時間のグラフを図２に示
し、これは整流器が順電流５０Ａを保持しつつターンオ
フされると電流に何が起こるかを表わす。蓄積された電
荷Ｑnの量は２つの装置についてほぼ同じである
び商業用「早期回復型」のＰ−ｉ−Ｎ整流器（線１７
２）それぞれについての電流対時間のグラフを図２に示
し、これは整流器が順電流５０Ａを保持しつつターンオ
フされると電流に何が起こるかを表わす。蓄積された電
荷Ｑnの量は２つの装置についてほぼ同じである
【００３５】
【数１】
【００３６】が、新規な整流器のピーク逆回復電流ＩRP
は大幅に小さくなる（〜２７Ａ対〜７４Ａ）。さらに、
新規な整流器は、Ｐ−ｉ−Ｎ整流器の急な回復特性とは
対照的に緩やかな回復特性をもたらす。より低いＩRPお
よび緩やかな回復は、整流器を通る電流にさらされる付
随構成要素にかかる応力を減じる助けとなる。
は大幅に小さくなる（〜２７Ａ対〜７４Ａ）。さらに、
新規な整流器は、Ｐ−ｉ−Ｎ整流器の急な回復特性とは
対照的に緩やかな回復特性をもたらす。より低いＩRPお
よび緩やかな回復は、整流器を通る電流にさらされる付
随構成要素にかかる応力を減じる助けとなる。
【００３７】この発明に従った整流器の適用例の１つを
図１３に示す。Baligaによる前述の著書の５７５〜５７
７頁に記載のように、ＰＷＮモータ制御回路１７８のさ
まざまな周波数のＡＣ電力を６つのスイッチングトラン
ジスタおよび６つのフライバックダイオードを用いて３
相のＡＣモータ１８０に与える。各スイッチはトーテム
ポール構成で接続された２つのトランジスタからなり、
１つのスイッチ（すべてのスイッチの典型）は高電圧Ｄ
Ｃバスと接地との間に直列で接続された１対のトランジ
スタ１８２、１８４からなり、この発明に従ったフライ
バックダイオード１５０が各トランジスタにわたって接
続される。スイッチングトランジスタはゲート駆動回路
１８６によって駆動され、これは各スイッチのオン状態
およびオフ状態について持続時間を調整することによ
り、モータへの電力を調節する。モータ制御回路への適
用において、絶縁性ゲートバイポーラトランジスタ（Ｉ
ＧＢＴ）が典型的にはスイッチングトランジスタとして
用いられ、これはそれらの逆阻止電圧が高く切換特性が
優れているためであり、またそれらはスナバ回路を必要
としないからである。この発明に従った整流器１５０
は、それらのより優れた順電圧降下、逆回復、および逆
阻止特性により、モータ制御回路において使用するのに
好適である。これらの要素は結合してモータ制御回路の
効率を向上させ、かつスイッチングトランジスタにかか
る応力を減じる。
図１３に示す。Baligaによる前述の著書の５７５〜５７
７頁に記載のように、ＰＷＮモータ制御回路１７８のさ
まざまな周波数のＡＣ電力を６つのスイッチングトラン
ジスタおよび６つのフライバックダイオードを用いて３
相のＡＣモータ１８０に与える。各スイッチはトーテム
ポール構成で接続された２つのトランジスタからなり、
１つのスイッチ（すべてのスイッチの典型）は高電圧Ｄ
Ｃバスと接地との間に直列で接続された１対のトランジ
スタ１８２、１８４からなり、この発明に従ったフライ
バックダイオード１５０が各トランジスタにわたって接
続される。スイッチングトランジスタはゲート駆動回路
１８６によって駆動され、これは各スイッチのオン状態
およびオフ状態について持続時間を調整することによ
り、モータへの電力を調節する。モータ制御回路への適
用において、絶縁性ゲートバイポーラトランジスタ（Ｉ
ＧＢＴ）が典型的にはスイッチングトランジスタとして
用いられ、これはそれらの逆阻止電圧が高く切換特性が
優れているためであり、またそれらはスナバ回路を必要
としないからである。この発明に従った整流器１５０
は、それらのより優れた順電圧降下、逆回復、および逆
阻止特性により、モータ制御回路において使用するのに
好適である。これらの要素は結合してモータ制御回路の
効率を向上させ、かつスイッチングトランジスタにかか
る応力を減じる。
【００３８】このハイパワー整流器は、半導体製造分野
の当業者には周知の従来の手段を用いて製造される。こ
の装置のトレンチ構造は、Ｐ−ｉ−ＮまたはＮＰＳ整流
器などの他のタイプの整流器を製造するときには不要な
処理工程を必要とするが、製造がさらに複雑になること
も、ハイパワーへの適用に用いるときの装置の性能が大
きく向上していることから、相殺される。
の当業者には周知の従来の手段を用いて製造される。こ
の装置のトレンチ構造は、Ｐ−ｉ−ＮまたはＮＰＳ整流
器などの他のタイプの整流器を製造するときには不要な
処理工程を必要とするが、製造がさらに複雑になること
も、ハイパワーへの適用に用いるときの装置の性能が大
きく向上していることから、相殺される。
【００３９】この発明の特定の実施例を図示かつ記述し
てきたが、当業者には多くの変形例および代替する実施
例が考えられるであろう。したがって、この発明は添付
の請求項によってのみ限定されることを意図する。
てきたが、当業者には多くの変形例および代替する実施
例が考えられるであろう。したがって、この発明は添付
の請求項によってのみ限定されることを意図する。
【図１】 先行技術で公知のＰ−ｉ−Ｎ整流器の断面図
である。
である。
【図２】 先行技術で公知のＭＰＳ整流器の断面図であ
る。
る。
【図３】 この発明に従った整流器の一実施例の断面図
である。
である。
【図４】 順バイアスをかけたときの図３の整流器の動
作を表わす断面図である。
作を表わす断面図である。
【図５】 逆バイアスをかけたときの図３の整流器の動
作を表わす断面図である。
作を表わす断面図である。
【図６】 この発明に従った整流器の代替的実施例の断
面図である。
面図である。
【図７】 この発明に従った整流器の別の代替的実施例
の断面図である。
の断面図である。
【図８】 図９および図１０の断面線８−８に沿って切
った、この発明に従った整流器の複数セルの実現を表わ
す断面図である。
った、この発明に従った整流器の複数セルの実現を表わ
す断面図である。
【図９】 この発明に従った整流器の複数セルの実現を
表わす一実施例の平面図である。
表わす一実施例の平面図である。
【図１０】 この発明に従った整流器の複数セルの実現
を表わす別の実施例の平面図である。
を表わす別の実施例の平面図である。
【図１１】 この発明に従った整流器の順電圧対電流密
度のシミュレーショングラフ図である。
度のシミュレーショングラフ図である。
【図１２】 Ｐ−ｉ−Ｎ整流器とこの発明に従った整流
器との逆回復特性を表わすグラフ図である。
器との逆回復特性を表わすグラフ図である。
【図１３】 この発明に従った整流器を採用するトーテ
ムポールスイッチ回路の概略図である。
ムポールスイッチ回路の概略図である。
５０ Ｎ-ドリフト層、５２ Ｎ+領域、５４，５６ ト
レンチ、５７ メサ領域、５８，６０，６２，６４ 酸
化側壁、６６，６８ 浅いＰ+領域、７０，７２ 導電
性材料、７４，７６ 金属層、７８ ショットキーコン
タクト。
レンチ、５７ メサ領域、５８，６０，６２，６４ 酸
化側壁、６６，６８ 浅いＰ+領域、７０，７２ 導電
性材料、７４，７６ 金属層、７８ ショットキーコン
タクト。
Claims (23)
- 【請求項１】 整流装置であって、 Ｎ+層と、 前記装置に第１の接続点を提供する前記Ｎ+層上の第１
の金属層と、 前記第１の金属層に対向する前記Ｎ+層上のＮ-ドリフト
層と、 前記Ｎ+層に対向する前記ドリフト層内に垂直に窪みと
して形成された第１の対のトレンチとを含み、前記トレ
ンチはメサ領域によって分離され、前記装置はさらに、 前記トレンチの各々の側部に並んで前記トレンチの各々
に酸化側壁を形成する酸化層と、 前記トレンチの各々の底部のそれぞれの浅いＰ+領域
と、 各トレンチの頂部からそのそれぞれの浅いＰ+領域まで
電流を導通させるための前記トレンチの各々内の導電性
材料と、 前記メサ領域、前記導電性材料、および前記酸化側壁を
接触させる第２の金属層とを含み、前記第２の金属層は
前記メサ領域とのその界面にショットキーコンタクトを
形成し、前記第２の金属層は前記装置に対して第２の接
続点を提供し、 前記装置の構造は、装置に順バイアスをかける前記接続
点にわたって印加された電圧が前記ドリフト領域におい
て導電率変調を生じさせて、電流が前記第２の接続点か
ら前記第１の接続点へ前記ショットキーコンタクトおよ
び前記浅いＰ+領域を介して流れるように配置され、ま
た、装置に逆バイアスをかける前記接続点にわたって印
加された電圧が前記側壁に沿っておよび前記浅いＰ+領
域のまわりに前記ショットキーコンタクトを高電界から
遮蔽するポテンシャル障壁をもたらし、それによって逆
漏れ電流を減じる空乏領域を生成するように配置され
る、整流装置。 - 【請求項２】 前記導電性材料がアクセプタで濃くドー
プされているポリシリコンである、請求項１に記載の整
流装置。 - 【請求項３】 前記浅いＰ+領域間の分離がそれらの両
極性拡散長より小さい、請求項１に記載の整流装置。 - 【請求項４】 前記浅いＰ+領域のドーピングレベルが
少なくとも１×１０1 8キャリア／ｃｍ3である、請求項
１に記載の整流装置。 - 【請求項５】 前記Ｎ+層がバルク基板材料であり、前
記Ｎ-ドリフト層が前記Ｎ+層上に成長したエピタキシャ
ル層である、請求項１に記載の整流装置。 - 【請求項６】 前記Ｎ-ドリフト層がバルク基板材料で
あり、前記Ｎ+層が前記Ｎ-層の背面に注入される、請求
項１に記載の整流装置。 - 【請求項７】 前記トレンチの各々の深さが約１μｍか
ら３μｍの間である、請求項１に記載の整流装置。 - 【請求項８】 前記浅いＰ+領域が横方向拡散を制限す
るように約０．５μｍの厚さである、請求項１に記載の
整流装置。 - 【請求項９】 前記トレンチの各々の幅がほぼ同じであ
り、前記メサ領域の幅がトレンチより約２倍広い、請求
項１に記載の整流装置。 - 【請求項１０】 前記トレンチの各々の幅が約２μｍで
あり、前記メサ領域の幅が約４μｍである、請求項９に
記載の整流装置。 - 【請求項１１】 前記トレンチの各々の垂直な中心点の
間の構造が整流器セルを含み、前記ドリフト領域に窪み
として形成され前記第１の対のトレンチを有する所定の
領域内に周期的に間隔をあけられた複数のさらなるトレ
ンチをさらに含み、前記さらなるトレンチの各々は酸化
側壁と、その底部に浅いＰ+領域と、電流をトレンチ頂
部からその浅いＰ+領域まで導通させるための導電性材
料とを有し、前記さらなるトレンチの各々における導電
性材料および側壁が前記第２の金属層と接触し、前記さ
らなるトレンチの各々が前記整流器セルのさらなる１つ
を形成し、前記さらなる整流器セルが前記装置に順バイ
アスをかけると前記整流装置の電流保持容量を増やす、
請求項１に記載の整流装置。 - 【請求項１２】 整流装置であって、 Ｐ+層と、 前記装置に第１の接続点を提供する前記Ｐ+層上の第１
の金属層と、 前記Ｐ+層上のＰ-ドリフト層と、 前記Ｐ+層に対向する前記Ｐ-層内に垂直に窪みとして形
成された１対のトレンチとを含み、前記トレンチはメサ
領域によって分離され、前記装置はさらに、 前記トレンチの各々の側面に並んで前記トレンチの各々
において酸化側壁を形成する酸化層と、 前記トレンチの各々の底部のそれぞれの浅いＮ+領域
と、 電流を各トレンチの頂部からそのそれぞれの浅いＮ+領
域まで導通させるための前記トレンチの各々内の導電性
材料と、 前記メサ領域、前記導電性材料、および前記酸化側壁を
接触させる第２の金属層とを含み、前記第２の金属層は
前記メサ領域とのその界面にショットキーコンタクトを
形成し、前記第２の金属層は前記装置に第２の接続点を
提供し、 前記装置の構造は、前記接続点にわたって印加され装置
に順バイアスをかける電圧が前記ドリフト領域において
導電率変調を生じて、電流を前記第１の接続点から前記
第２の接続点へ前記ショットキーコンタクトおよび前記
浅いＮ+領域を介して流れるようにするように配置さ
れ、また、前記接続点にわたって印加され装置に逆バイ
アスをかける電圧が前記側壁に沿って、および前記Ｎ+
領域のまわりに、前記ショットキーコンタクトを高電界
から遮蔽することによって逆漏れ電流を減じるポテンシ
ャル障壁を提供する空乏領域を前記メサ領域内に生成す
るように配置される、整流装置。 - 【請求項１３】 前記導電性材料がドナーで濃くドープ
されているポリシリコンである、請求項１２に記載の整
流装置。 - 【請求項１４】 ハイパワー整流装置であって、 Ｎ+層と、 前記装置に第１の接続点を提供する前記Ｎ+層上の第１
の金属層と、 前記Ｎ+層上のＮ-ドリフト層と、 前記Ｎ+層に対向する前記ドリフト層内に垂直に窪みと
して形成され、前記ドリフト層にわたって周期的に間隔
をあけられた複数のトレンチとを含み、前記トレンチの
対はすべてそれぞれのメサ領域によって分離され、前記
装置はさらに、 前記トレンチの各々の側部に並んで前記トレンチの各々
に酸化側壁を形成する酸化層と、 前記トレンチの各々の底部のそれぞれの浅いＰ+領域
と、 各トレンチの頂部からそのそれぞれの浅いＰ+領域まで
電流を導通させるための前記トレンチの各々内の導電性
材料と、 前記メサ領域、前記トレンチの各々における酸化側壁お
よび導電性材料の各々と接触する第２の金属層とを含
み、前記第２の金属層はそれが前記メサ領域と接触する
ところにショットキーコンタクトを形成し、前記第２の
金属層は前記装置に対して第２の接続点を提供し、 前記装置の構造は、前記接続点にわたって印加され装置
に順バイアスをかける電圧が前記ドリフト領域において
導電率変調を生じさせて、電流が前記第２の接続点から
前記第１の接続点へ前記ショットキーコンタクトおよび
前記浅いＰ+領域を介して流れるように配置され、ま
た、前記接続点にわたって印加され装置に逆バイアスを
かける電圧が前記側壁に沿っておよび前記Ｐ+領域のま
わりに、前記ショットキーコンタクトを高電界から遮蔽
するポテンシャル障壁をもたらすことによって逆漏れ電
流を減じる空乏領域を生成するように配置される、ハイ
パワー整流装置。 - 【請求項１５】 前記装置が前記ドリフト層、前記Ｎ+
層ならびに前記第１および前記第２の金属層が前記ダイ
の長さおよび幅にわたって走行する、請求項１４に記載
のハイパワー整流装置。 - 【請求項１６】 前記トレンチの各々が前記ダイの長さ
にわたって走行するチャネルであり、前記トレンチが前
記ダイの幅にわたって周期的に間隔をあけられる、請求
項１５に記載のハイパワー整流装置。 - 【請求項１７】 前記トレンチの各々が垂直軸のまわり
でほぼ円筒状であり、前記トレンチが前記ダイ内で周期
的に間隔をあけられる、請求項１５に記載のハイパワー
整流装置。 - 【請求項１８】 前記Ｎ+層がバルク基板材料であり、
前記Ｎ-ドリフト層が前記Ｎ+層上で所望の厚さまで成長
したエピタキシャル層である、請求項１５に記載のハイ
パワー整流装置。 - 【請求項１９】 前記Ｎ-層がバルク基板材料であり、
前記Ｎ+層が前記Ｎ-層の背面内に注入され、約０．５μ
ｍより小さい厚さを有する、請求項１５に記載のハイパ
ワー整流装置。 - 【請求項２０】 前記ドリフト層の厚さが少なくとも１
２００ボルトの前記装置に対して逆阻止電圧を与えるの
に十分である、請求項１４に記載のハイパワー整流装
置。 - 【請求項２１】 前記ダイの表面積が約０．５ｃｍ2で
あり、前記整流装置が順バイアスをかけた時少なくとも
５０Ａの電流に適応できる、請求項１４に記載のハイパ
ワー整流装置。 - 【請求項２２】 パルス幅変調モータ制御回路であっ
て、 電源電圧と接地との間にトーテムポール構成で接続され
た少なくとも１対のスイッチングトランジスタを含み、
前記トランジスタ間の接合がＡＣモータへの接続に適し
た出力を与え、前記回路はさらに、 前記スイッチングトランジスタの各々にわたって接続さ
れたフライバックダイオードを含み、前記整流器の各々
は、 Ｎ+層と、 前記Ｎ+層上の第１の金属層と、 前記Ｎ+層上のＮ-ドリフト層と、 前記Ｎ+層に対向する前記ドリフト層内に垂直に窪みと
して形成され、そこにわたって周期的に間隔をあけられ
た複数のトレンチとを含み、前記トレンチの各対はそれ
ぞれのメサ領域によって分離され、前記整流器はさら
に、 前記トレンチの各々の側部に並んで前記トレンチの各々
において酸化側壁を形成する酸化層と、 前記トレンチの各々の底部のそれぞれの浅いＰ+領域
と、 電流を各トレンチの頂部からそのそれぞれの浅いＰ+領
域まで導通させるための前記トレンチの各々内の導電性
材料と、 前記メサ領域、前記トレンチの各々における側壁および
導電性材料の各々と接触する第２の金属層とを含み、前
記第２の金属層は前記メサ領域と接触するショットキー
コンタクトを形成し、前記第２の金属層は前記装置に対
して第２の接続点を提供し、 前記装置の構造は、前記接続点にわたって印加され整流
器に順バイアスをかける電圧が前記ドリフト領域におい
て導電率変調を生じさせて、前記第２の接続点から前記
第１の接続点へ前記ショットキーコンタクトおよび前記
浅いＰ+領域を介して電流を流すように配置され、ま
た、前記接続点にわたって印加され装置に逆バイアスを
かける電圧が前記側壁に沿っておよび前記浅いＰ+領域
のまわりに、前記ショットキーコンタクトを高電界から
遮蔽するポテンシャル障壁をもたらすことによって逆漏
れ電流を減じる空乏領域を生成するように配置され、前
記装置はさらに、 前記スイッチングトランジスタの各々のオン状態および
オフ状態を制御して前記モータに与えられる電力を調節
するゲート駆動回路を含む、ハイパワー整流装置。 - 【請求項２３】 前記トランジスタが絶縁ゲートバイポ
ーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）である、請求項２２に記
載のパルス幅変調モータ制御回路。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/232787 | 1999-01-19 | ||
| US09/232,787 US6252288B1 (en) | 1999-01-19 | 1999-01-19 | High power trench-based rectifier with improved reverse breakdown characteristic |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000216409A true JP2000216409A (ja) | 2000-08-04 |
Family
ID=22874584
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8627A Pending JP2000216409A (ja) | 1999-01-19 | 2000-01-18 | 整流装置およびパルス幅変調モ―タ制御回路 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6252288B1 (ja) |
| EP (1) | EP1022843A3 (ja) |
| JP (1) | JP2000216409A (ja) |
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