JP2000323727A - ショットキバリアダイオード - Google Patents
ショットキバリアダイオードInfo
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Abstract
つ容量も小さくすることができ、特にミキサ用など高周
波用に適したショットキバリアダイオードを提供する。 【解決手段】 N++型のシリコン基板10上に形成した
2〜3Ωcm程度の高抵抗エピタキシャル層21と、高
抵抗エピタキシャル層21上に選択的に形成した0.5
Ωcm程度の低抵抗エピタキシャル層22と、低抵抗エ
ピタキシャル層22の端面から高抵抗エピタキシャル層
21表面にかけて導入したP型のガードリング層40
と、低抵抗エピタキシャル層22及びガードリング層4
0と接する金属層50を形成した。
Description
波用または高速スイッチング用など高周波用に適したシ
ョットキバリアダイオード(以下、「SBD」とい
う。)に関する。
て生じる電位障壁を利用したダイオードであり、電位障
壁の高さ(バリアハイト)が低くなるよう金属と半導体
を選択することで、PN接合のダイオードに比べて順方
向電圧を低くすることができるという利点がある反面、
一般に逆方向電流が大きく、耐圧も低いという欠点があ
った。
原理的にゼロであるため、PN接合のダイオードに比べ
て逆回復時間が短く、スイッチング速度が速いという利
点があることから、ミキサ用、検波用または高速スイッ
チング用などに用いられている。
4(b)はこのSBDの一部を省略した平面図である。
N++型のシリコン基板10上に形成したN- 型のエピタ
キシャル層20の表面に環状の熱酸化膜60を形成し、
この熱酸化膜60で囲まれたエピタキシャル層20の表
面と接してショットキメタルとなる金属層50を形成
し、ショットキ接合面30を形成している。ショットキ
接合面30の周縁は電界集中がおこりやすく、これに起
因して耐圧が低下するなど逆方向特性が劣化することを
防ぐため、ショットキ接合面30の周囲には金属層50
と接してP型のガードリング層40を環状に形成するこ
とで、逆バイアス時にエピタキシャル層20とガードリ
ング層40とのPN接合により発生した空乏層70の広
がりにより、逆方向特性の劣化を防いでいる。
まれる電気特性として、順方向電圧が低いこと、耐圧が
高いこと、容量Cが小さいことなどが挙げられる。
与えられる。
ε0 :真空誘電率 εS :シリコンの比誘電率 W:空
乏層の距離。
形成する面積Sを小さくすることにより容量Cを小さく
することができる。
を形成する面積Sは、ショットキ接合面30の面積とガ
ードリング層40の面積の和となり、ガードリング層4
0の外径aが例えば50μmである場合、コンデンサを
形成する面積Sは625πμm2 となる。これに対し、
ガードリング層を形成しない場合、コンデンサを形成す
る面積Sはショットキ接合面30の面積のみとなり、シ
ョットキ接合面30の外径bが例えば30μmである場
合、コンデンサを形成する面積Sは225πμm2 とな
るため、ガードリング層を形成した場合と比べ、容量を
約35%に低減することができる。しかしながら、ガー
ドリング層を形成しない場合、ショットキ接合面の周縁
に電界集中がおこり、耐圧が低下するなど逆方向特性が
劣化してしまうという問題がおこる。
別の手段として、空乏層の距離Wを大きくする方法が考
えられ、SBDの空乏層の距離Wは次式により与えられ
る。
ンの比誘電率 q:電子の電荷量ND:不純物濃度 V
R :逆方向電圧。
ル層の不純物濃度ND を大きく、すなわち比抵抗を小さ
くすることで、SBDの容量Cを小さくすることができ
る。
ャル層20の不純物濃度ND が例えば5×1015c
m-3、すなわち比抵抗が1.0Ωcm程度である場合、
空乏層の距離Wは0.7μm程度となる。これに対し、
例えばエピタキシャル層の不純物濃度が例えば8×10
14cm-3、すなわち比抵抗が5Ωcm程度である場合、
空乏層の距離Wは2.23μmと広くなり、容量Cを約
30%に小さくすることができる。しかしながら、エピ
タキシャル層20の不純物濃度を小さく、すなわち比抵
抗を高くすると、バリアハイトが高くなり、順方向電圧
が高くなってしまうという別の問題が発生する。
SBDの容量を小さくする手段として、ガードリング層
を形成しないと逆方向特性が劣化し、エピタキシャル層
の比抵抗を高くすると順方向特性が劣化してしまうとい
う問題がおこる。
り、順方向特性及び逆方向特性を劣化させることなく、
かつ容量も小さくすることができるSBDを提供するこ
とを目的とする。
に本発明は、第1導電型の半導体基板上に形成した高抵
抗エピタキシャル層と、前記高抵抗エピタキシャル層上
に選択的に形成した低抵抗エピタキシャル層と、前記低
抵抗エピタキシャル層の端部から前記高抵抗エピタキシ
ャル層表面にかけて形成した第2導電型のガードリング
層と、前記低抵抗エピタキシャル層及び前記ガードリン
グ層と接する金属層を備えたSBDである。高抵抗エピ
タキシャル層の比抵抗は2〜5Ωcm、低抵抗エピタキ
シャル層の比抵抗は0.1〜1.0Ωcmであることが
好ましい。
タキシャル層の不純物濃度を小さく、すなわち比抵抗を
高くすることにより、逆バイアス時に空乏層の広がりを
大きくすることができるため、容量Cを小さくすること
ができる。
でショットキ接合面を形成するため、バリアハイトを下
げることができ、順方向電圧を低くすることができる。
属層を均一に形成することが困難であるため、ショット
キ接合が不安定となり逆方向特性が劣化してしまうこと
を防ぐため、低抵抗エピタキシャル層の端面を含めてガ
ードリング層を形成することで、低抵抗エピタキシャル
層の端面を安定化し、逆方向特性が劣化することを防い
でいる。
前記高抵抗エピタキシャル層内に前記高抵抗エピタキシ
ャル層の不純物濃度より高濃度の埋め込み層を形成する
ことが好ましい。これによれば、エピタキシャル層のシ
リーズ抵抗を小さくすることができ、大電流時における
順方向電圧も低くすることができる。
て図面を参照しながら説明する。
ある。N++型のシリコン基板10上の全面に形成した高
抵抗エピタキシャル層21上に、低抵抗エピタキシャル
層22を選択的に形成している。低抵抗エピタキシャル
層22の端部から高抵抗エピタキシャル層21の表面に
かけて、P型のガードリング層40を環状に形成してい
る。高抵抗エピタキシャル層21の周辺部には環状の熱
酸化膜60を形成し、高抵抗エピタキシャル層21の表
面に露出するガードリング層40の一方の周縁を覆って
いる。低抵抗エピタキシャル層22、及び高抵抗エピタ
キシャル層21の表面に露出するガードリング層40と
接してショットキメタルとなる金属層50を形成し、シ
ョットキ接合面30を形成している。ショットキメタル
には、例えばTi、Mo、及びCrから選ばれる金属材
料が用いられる。各エピタキシャル層の比抵抗について
は、高抵抗エピタキシャル層21が例えば2〜3Ωcm
程度であるのに対して、低抵抗エピタキシャル層は例え
ば0.5Ωcm程度とした。
属層とでショットキ接合を形成しているため、バリアハ
イトが下がり順方向電圧を低くすることができる。ま
た、低抵抗エピタキシャル層の端面を含んでガードリン
グ層を形成しているため、不安定な低抵抗エピタキシャ
ル層の端面をPN接合で保護することができ、逆方向特
性が劣化することを防いでいる。
低抵抗エピタキシャル層22直下の高抵抗エピタキシャ
ル層21からシリコン基板10の界面にかけて、高抵抗
エピタキシャル層21の不純物濃度より高濃度のN+ 型
埋め込み層80を形成することにより、高抵抗エピタキ
シャル層21内のシリーズ抵抗を小さくし、大電流時に
おける順方向電圧を低くすることができる。埋め込み層
80は不純物濃度が7〜8×1019cm-3程度となるよ
うリン(P)などのN型不純物をドーピングして形成し
た。
Dの製造方法について説明する。図3(a)に示すよう
に、比抵抗が3〜5Ωcm程度(不純物濃度が2〜3×
10 19cm-3程度)で厚さ400μm程度のシリコン基
板10上に、比抵抗が2〜3Ωcm程度(不純物濃度が
1〜2×1015cm-3程度)で厚さ3〜5μm程度の高
抵抗エピタキシャル層21を成長させる。
エピタキシャル層21上の全面に比抵抗が0.4〜0.
6Ωcm程度(不純物濃度が2〜4×1017cm-3程
度)で厚さ0.3〜0.7μm程度の低抵抗エピタキシ
ャル層(図示せず)を形成した後、高抵抗エピタキシャ
ル層21上の周辺部をエッチングより除去し、選択的に
低抵抗エピタキシャル層22を形成する。低抵抗エピタ
キシャル層22は、熱酸化膜などのマスクを利用して選
択的に形成する方法を採用してもよい。
ピタキシャル層22の端部、及び高抵抗エピタキシャル
層21表面にかけて、ボロン(B)などのP型の不純物
を熱拡散またはイオン注入し、ガードリング層40を形
成する。
エピタキシャル層22、高抵抗エピタキシャル層21の
表面に露出するガードリング層40と接して、ショット
キメタルとなる金属層50を形成し、ショットキ接合面
30を得る。
BDの順方向特性及び逆方向特性を向上させ、かつ容量
も小さくすることができる。このため、特にミキサ用、
検波用または高速スイッチング用など高周波用に適した
SBDを得ることができる。
図
Claims (3)
- 【請求項1】 第1導電型の半導体基板上に形成した高
抵抗エピタキシャル層と、前記エピタキシャル層上に選
択的に形成した低抵抗エピタキシャル層と、前記低抵抗
エピタキシャル層の端部から前記エピタキシャル層表面
にかけて形成した第2導電型のガードリング層と、前記
低抵抗エピタキシャル層及び前記ガードリング層と接す
る金属層を備えたことを特徴とするショットキバリアダ
イオード。 - 【請求項2】 前記低抵抗エピタキシャル層直下の前記
高抵抗エピタキシャル層内に前記高抵抗エピタキシャル
層の不純物濃度より高濃度の埋め込み層を形成したこと
を特徴とするショットキバリアダイオード。 - 【請求項3】 前記高抵抗エピタキシャル層の比抵抗は
2〜5Ωcm、前記低抵抗エピタキシャル層の比抵抗は
0.1〜1.0Ωcmである請求項1及び2記載のショ
ットキバリアダイオード。
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-
1999
- 1999-05-13 JP JP13227799A patent/JP3627572B2/ja not_active Expired - Fee Related
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