JP2003124477A - Semiconductor element - Google Patents

Semiconductor element

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JP2003124477A
JP2003124477A JP2001312495A JP2001312495A JP2003124477A JP 2003124477 A JP2003124477 A JP 2003124477A JP 2001312495 A JP2001312495 A JP 2001312495A JP 2001312495 A JP2001312495 A JP 2001312495A JP 2003124477 A JP2003124477 A JP 2003124477A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor element capable of suppressing irregularity in a reverse current. SOLUTION: A diode 1 has a semiconductor substrate 2, a n<-> -type semiconductor layer 3 and a p<+> -type semiconductor region 4. The substrate 2 is constituted of an n<+> -type silicon single crystal substrate in which orientation of the upper surface is (100). The layer 3 is formed by an epitaxially growing method on the substrate 2, comprising an n<-> -type semiconductor layer of orientation (100). The layer 3 is formed in 30 μm or more. The region 4 is formed on the predetermined region of the layer 3.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子に関
し、詳しくは、pn接合構造の半導体素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device having a pn junction structure.

【0002】[0002]

【従来の技術】ダイオードのような半導体素子は、半導
体基板の上面と下面とにそれぞれ電極が形成され、半導
体基板の厚さ方向に電流が流れるように構成されてい
る。このような半導体素子としては、pn接合構造とシ
ョットキバリア構造とがあるが、pn接合構造の半導体
素子には逆方向の高電圧にも破壊しにくい特性を有する
ことから、高耐圧用としてpn接合構造の半導体素子が
用いられている。
2. Description of the Related Art A semiconductor element such as a diode has electrodes formed on the upper surface and the lower surface of a semiconductor substrate so that a current flows in the thickness direction of the semiconductor substrate. As such a semiconductor element, there are a pn junction structure and a Schottky barrier structure. However, since a semiconductor element having a pn junction structure has a characteristic of being less likely to be destroyed by a high voltage in the reverse direction, a pn junction for high breakdown voltage is used. A semiconductor device having a structure is used.

【0003】pn接合構造の半導体素子は、例えば、n
型半導体からなる半導体基板と、半導体基板の上面に
一般的なエピタキシャル成長方法によって形成されたn
型半導体領域と、n型半導体領域の上面に一般的な
不純物拡散方法によって形成されたP型半導体領域と、
半導体基体の上面に形成され、P型半導体領域に電気的
に接続されたアノード電極と、半導体基板の下面にn
型の半導体基板に電気的に接続されたカソード電極と、
を備えている。
A semiconductor element having a pn junction structure is, for example, an n-type semiconductor element.
A semiconductor substrate made of + type semiconductor, and n formed on the upper surface of the semiconductor substrate by a general epitaxial growth method.
A − type semiconductor region, a P type semiconductor region formed on the upper surface of the n type semiconductor region by a general impurity diffusion method,
An anode electrode formed on the upper surface of the semiconductor substrate and electrically connected to the P-type semiconductor region, and n + on the lower surface of the semiconductor substrate.
Type cathode electrode electrically connected to the semiconductor substrate,
Is equipped with.

【0004】また、例えば、n型半導体領域の上面の
P型半導体領域の外周側に、P型半導体領域を包囲する
ように環状に形成されたフィールドリミティングリング
(FLR)を設けて、n型半導体領域とP型半導体領
域との間のpn接合で形成される空乏層をFLRの外周
側に広げ、半導体素子の高耐圧化を図っている。
Further, for example, a field limiting ring (FLR) formed in a ring shape so as to surround the P-type semiconductor region is provided on the outer peripheral side of the P-type semiconductor region on the upper surface of the n -type semiconductor region, and n The depletion layer formed by the pn junction between the type semiconductor region and the P type semiconductor region is expanded to the outer peripheral side of the FLR to increase the breakdown voltage of the semiconductor element.

【0005】ところで、このようなダイオードでは、半
導体基板に、その基板主面の面方位が(111)面のシ
リコン単結晶基板が用いられている。また、半導体基板
上のn型半導体領域は、半導体基板の上面にエピタキ
シャル成長方法によって形成されるので、この面方位も
(111)面になる。
By the way, in such a diode, a silicon single crystal substrate in which the principal plane of the substrate is the (111) plane is used as the semiconductor substrate. Further, since the n type semiconductor region on the semiconductor substrate is formed on the upper surface of the semiconductor substrate by the epitaxial growth method, the plane orientation also becomes the (111) plane.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかし、面方位が(1
11)面のシリコン単結晶基板を使用したダイオードで
は、逆方向電流(漏れ電流)が大きくなりやすく、この
結果、逆方向電流のばらつきが大きくなりやすい。特
に、n型半導体領域の厚さが厚くなると、逆方向電流
及び逆方向電流のばらつきが大きくなりやすい。図4に
型半導体領域の厚さを変化させた場合の逆方向電流
のばらつき(逆方向電流の最大値、最小値及び平均値)
をグラフに示す。図4に示すように、n型半導体領域
の厚さが厚くなると、逆方向電流の最大値が大きくな
り、逆方向電流のばらつきが大きくなる。特に、n
半導体領域の厚さが30μm以上になると、逆方向電流
の最大値が急激に大きくなり、逆方向電流の最大値と最
小値との差が1000倍以上になってしまう。このよう
に、逆方向電流のばらつきが大きくなると、ダイオード
の逆方向特性が不安定になってしまう。
However, if the plane orientation is (1
The reverse current (leakage current) tends to be large in the diode using the 11) plane silicon single crystal substrate, and as a result, the reverse current tends to vary widely. In particular, when the thickness of the n type semiconductor region is increased, the reverse current and the reverse current variation are likely to increase. FIG. 4 shows variations in the reverse current when the thickness of the n type semiconductor region is changed (the maximum value, the minimum value, and the average value of the reverse current).
Is shown in the graph. As shown in FIG. 4, when the thickness of the n type semiconductor region is increased, the maximum value of the reverse current is increased, and the variation of the reverse current is increased. In particular, when the thickness of the n type semiconductor region is 30 μm or more, the maximum value of the reverse current rapidly increases, and the difference between the maximum value and the minimum value of the reverse current becomes 1000 times or more. As described above, when the variation in the reverse current becomes large, the reverse characteristic of the diode becomes unstable.

【0007】本発明は、上記問題に鑑みてなされたもの
であり、逆方向電流のばらつきを抑制することできる半
導体素子を提供することを目的とする。また、本発明
は、逆方向電流を抑制することできる半導体素子を提供
することを目的とする。さらに、本発明は、逆方向電流
のばらつきを抑制しつつ、高耐圧化を安定的に達成する
ことができる半導体素子を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor element capable of suppressing the variation in reverse current. Another object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of suppressing reverse current. A further object of the present invention is to provide a semiconductor element capable of stably achieving a high breakdown voltage while suppressing variations in reverse current.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の半導体素子は、第1導電型のシリコン基板
と、前記シリコン基板上に形成され、該シリコン基板よ
り不純物濃度の低い第1導電型のシリコン半導体層と、
前記シリコン半導体層の上面の所定の領域に形成され、
該シリコン半導体層との界面にpn接合を形成する第2
導電型のシリコン半導体領域と、を備え、前記シリコン
基板の上面及び前記シリコン半導体層の面方位が(10
0)面である、ことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a semiconductor device of the present invention includes a first conductivity type silicon substrate and a first conductivity type silicon substrate having a lower impurity concentration than the silicon substrate. A conductive silicon semiconductor layer,
Formed in a predetermined region on the upper surface of the silicon semiconductor layer,
Second for forming a pn junction at the interface with the silicon semiconductor layer
A conductive type silicon semiconductor region, and the plane orientations of the upper surface of the silicon substrate and the silicon semiconductor layer are (10
0) surface.

【0009】この構成によれば、シリコン基板の上面及
びシリコン半導体層の面方位が(100)面になる。シ
リコン基板の上面及びシリコン半導体層の面方位が(1
00)面なので、逆方向電流に大きな影響を及ぼす、シ
リコン基板の垂直方向の積層欠陥が成長しにくくなる。
このため、シリコン半導体層の厚さが厚くなっても逆方
向電流が大きくなりにくく、逆方向電流のばらつきが大
きくなりにくい。したがって、逆方向電流及び逆方向電
流のばらつきを抑制することできる。
According to this structure, the plane directions of the upper surface of the silicon substrate and the silicon semiconductor layer are the (100) plane. The surface orientations of the upper surface of the silicon substrate and the silicon semiconductor layer are (1
Because of the (00) plane, stacking faults in the vertical direction of the silicon substrate, which have a large effect on the reverse current, are less likely to grow.
Therefore, even if the thickness of the silicon semiconductor layer is increased, the reverse current is unlikely to be large, and the reverse current variation is unlikely to be large. Therefore, it is possible to suppress the reverse current and variations in the reverse current.

【0010】前記シリコン半導体層の厚みは、少なくと
も30μmであることが好ましい。シリコン半導体層の
厚みが30μm以上になると、一般に、逆方向電流及び
逆方向電流のばらつきが大きくなりやすく、本発明に好
適だからである。
The silicon semiconductor layer preferably has a thickness of at least 30 μm. This is because, when the thickness of the silicon semiconductor layer is 30 μm or more, the reverse current and the reverse current generally tend to increase in variation, which is suitable for the present invention.

【0011】前記シリコン半導体層は、前記シリコン基
板上にエピタキシャル成長することにより形成されるこ
とが好ましい。この場合、シリコン半導体層の面方位
は、シリコン基板の上面の面方位と同じになる。
The silicon semiconductor layer is preferably formed by epitaxial growth on the silicon substrate. In this case, the plane orientation of the silicon semiconductor layer is the same as the plane orientation of the upper surface of the silicon substrate.

【0012】前記シリコン半導体層の上面に、前記シリ
コン半導体領域を包囲するように環状に形成された第2
導電型のフィールドリミティングリングを、さらに備え
てもよい。この場合、pn接合により形成される空乏層
をフィールドリミティングリングの外周側にまで広げる
ことができ、半導体素子の高耐圧化を図ることができ
る。
A second annularly formed on the upper surface of the silicon semiconductor layer so as to surround the silicon semiconductor region.
A conductive type field limiting ring may be further provided. In this case, the depletion layer formed by the pn junction can be expanded to the outer peripheral side of the field limiting ring, and the breakdown voltage of the semiconductor element can be increased.

【0013】前記シリコン半導体層の上面に、前記フィ
ールドリミティングリングを介して前記シリコン半導体
領域を包囲するように環状に形成された等電位リング
を、さらに備えてもよい。この場合、pn接合により形
成される空乏層を安定的かつ良好に半導体素子の横方向
に広がることができるとともに、空乏層が半導体素子の
側面まで広がることが阻止され、半導体素子の高耐圧化
を安定的に達成することができる。
An equipotential ring formed in a ring shape so as to surround the silicon semiconductor region via the field limiting ring may be further provided on the upper surface of the silicon semiconductor layer. In this case, the depletion layer formed by the pn junction can be stably and satisfactorily spread in the lateral direction of the semiconductor element, and the depletion layer is prevented from spreading to the side surface of the semiconductor element, so that the withstand voltage of the semiconductor element can be increased. It can be achieved stably.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、本発明の半導体素子につい
て、いわゆるフィールドリミティングリング(FLR)
を有する高耐圧用のダイオードの場合を例にして説明す
る。図1に、本実施の形態のダイオードの断面図を示
す。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, a so-called field limiting ring (FLR) of a semiconductor device of the present invention will be described.
A case of a high breakdown voltage diode having the above will be described as an example. FIG. 1 shows a cross-sectional view of the diode of this embodiment.

【0015】図1に示すように、ダイオード1は、半導
体基板2と、n型半導体層3と、P型半導体領域4
と、フィールドリミティングリング(FLR)5と、等
電位リング(EQR)6と、絶縁膜7と、上部電極8
と、下部電極9と、を備えている。なお、半導体基板
2、n型半導体層3、及びP型半導体領域4には、
ライフタイムキラーとして、重金属、例えば、Auが拡
散されている。
As shown in FIG. 1, the diode 1 includes a semiconductor substrate 2, an n type semiconductor layer 3, and a P + type semiconductor region 4.
A field limiting ring (FLR) 5, an equipotential ring (EQR) 6, an insulating film 7, and an upper electrode 8.
And a lower electrode 9. In addition, in the semiconductor substrate 2, the n type semiconductor layer 3, and the P + type semiconductor region 4,
As a life time killer, heavy metals such as Au are diffused.

【0016】半導体基板2は、第1導電型、例えば、n
型の不純物(例えば、アンチモン)が1.0×1018
cm−3〜5.0×1018cm−3程度のように比較
的高濃度に導入されたn型のシリコン単結晶基板から
構成されている。この半導体基板2は、カソードコンタ
クト領域として機能する。また、半導体基板2は、その
上面の面方位が(100)面のシリコン単結晶基板が用
いられている。すなわち、カソードコンタクト領域とし
て機能する半導体基板2は、その上面の面方位がミラー
指数で示す(100)面であるシリコン単結晶基板によ
って構成されている。
The semiconductor substrate 2 has a first conductivity type, for example, n.
Type impurities (eg, antimony) are 1.0 × 10 18
It is composed of an n + -type silicon single crystal substrate introduced at a relatively high concentration such as about cm −3 to 5.0 × 10 18 cm −3 . This semiconductor substrate 2 functions as a cathode contact region. As the semiconductor substrate 2, a silicon single crystal substrate having an upper surface plane orientation of (100) plane is used. That is, the semiconductor substrate 2 functioning as the cathode contact region is composed of a silicon single crystal substrate whose upper surface has a plane orientation of (100) plane indicated by Miller index.

【0017】n型半導体層3は、半導体基板2上に形
成されている。n型半導体層3は、一般的なエピタキ
シャル成長方法によって形成され、カソード領域として
機能する。n型半導体層3は、第1導電型、例えば、
n型の不純物(例えば、リン)が、5.0×1013
−3〜5.0×1014cm−3程度のように比較的
低濃度に導入され、半導体基板2より不純物濃度の低
い、n型の半導体層から構成されている。
The n type semiconductor layer 3 is formed on the semiconductor substrate 2. The n type semiconductor layer 3 is formed by a general epitaxial growth method and functions as a cathode region. The n type semiconductor layer 3 has a first conductivity type, for example,
The n-type impurity (for example, phosphorus) is 5.0 × 10 13 c
It is composed of an n type semiconductor layer which is introduced at a relatively low concentration such as m −3 to 5.0 × 10 14 cm −3 and has a lower impurity concentration than the semiconductor substrate 2.

【0018】また、n型半導体層3は、半導体基板2
上にエピタキシャル成長によって形成されているので、
半導体基板2の上面の面方位を受け継ぎ、半導体基板2
の上面と面方位を揃えて形成される。このため、n
半導体層3の面方位は、半導体基板2の上面と同じく、
ミラー指数で示す(100)面である。
The n -- type semiconductor layer 3 is formed on the semiconductor substrate 2
Since it is formed by epitaxial growth on top,
Inheriting the plane orientation of the upper surface of the semiconductor substrate 2, the semiconductor substrate 2
Is formed so that the surface orientation is the same as the upper surface of the. Therefore, the plane orientation of the n type semiconductor layer 3 is the same as that of the upper surface of the semiconductor substrate 2.
It is the (100) plane indicated by the Miller index.

【0019】ところで、逆方向電流(漏れ電流)の値
は、例えば、高温で熱酸化を繰り返すことにより発生す
る積層欠陥に左右される。特に、逆方向電流の値は、オ
リエンテーションフラット(ファセット)に対して垂直
方向に発生する欠陥に大きく左右される。このため、こ
の垂直方向に発生する欠陥が成長すると、逆方向電流の
値及び逆方向電流のばらつきが大きくなる。
By the way, the value of the reverse current (leakage current) depends on, for example, stacking faults generated by repeated thermal oxidation at high temperature. In particular, the value of the reverse current is greatly influenced by the defects generated in the direction perpendicular to the orientation flat (facet). Therefore, when the defects generated in the vertical direction grow, the value of the reverse current and the variation of the reverse current increase.

【0020】この積層欠陥は、例えば、シリコンウエハ
を1200℃のような高温で熱酸化することにより、シ
リコンウエハの表面近傍に発生し、欠陥の方向と結晶軸
の方向とが一致すると、ウエハに対する圧縮応力、引っ
張り応力、剪断応力等の各応力(例えば、熱酸化膜やメ
タルにより発生する外部応力や不純物拡散により発生す
る内部応力)により成長すると考えられる。
This stacking fault is generated in the vicinity of the surface of the silicon wafer by, for example, thermally oxidizing the silicon wafer at a high temperature of 1200 ° C. When the direction of the defect and the direction of the crystal axis coincide with each other, the stacking fault with respect to the wafer It is considered that growth is caused by each stress such as compressive stress, tensile stress, shear stress (for example, external stress generated by a thermal oxide film or metal or internal stress generated by impurity diffusion).

【0021】ここで、面方位が(111)面の場合、こ
の結晶軸は、オリエンテーションフラットに対して垂直
方向の結晶軸と、この結晶軸に対して60°に交わる2
つの結晶軸との3つの結晶軸がある。一方、面方位が
(100)面の場合、この結晶軸は、オリエンテーショ
ンフラットに対して45°に交わる2つの結晶軸があ
る。このため、面方位が(111)面の場合には、逆方
向電流の値に最も影響を与える欠陥の方向(垂直方向)
と結晶軸の方向とが一致し、面方位が(100)面の場
合には、結晶軸方向と一致しない。
Here, when the plane orientation is the (111) plane, this crystal axis intersects the crystal axis in the direction perpendicular to the orientation flat and 60 ° with respect to this crystal axis.
There are three crystal axes with one crystal axis. On the other hand, when the plane orientation is the (100) plane, this crystal axis has two crystal axes that intersect at 45 ° with respect to the orientation flat. Therefore, when the plane orientation is the (111) plane, the direction of the defect that most affects the value of the reverse current (vertical direction).
And the direction of the crystal axis coincide with each other and the plane orientation is the (100) plane, the crystal axis direction does not coincide with the crystal axis direction.

【0022】このため、半導体基板2の上面及びn
半導体層3の面方位が(111)面であると、垂直方向
の欠陥が成長して逆方向電流の値が大きくなり、逆方向
電流のばらつきも大きくなる。一方、半導体基板2の上
面及びn型半導体層3の面方位が(100)面である
と、垂直方向の欠陥が成長しにくくなる。
Therefore, if the plane orientation of the upper surface of the semiconductor substrate 2 and the n -- type semiconductor layer 3 is the (111) plane, the defects in the vertical direction grow and the value of the reverse current increases, and the reverse current increases. Also increases. On the other hand, if the plane orientation of the upper surface of the semiconductor substrate 2 and the n -type semiconductor layer 3 is the (100) plane, it becomes difficult for defects in the vertical direction to grow.

【0023】本実施の形態では、半導体基板2の上面の
面方位が(100)面であり、さらにn型半導体層3
の面方位が(100)面であるので、逆方向電流の値に
最も影響を与える欠陥の方向(垂直方向)と結晶軸方向
とが一致しないため、欠陥が成長しにくく、逆方向電流
の値が大きくならず、逆方向電流のばらつきが抑制され
る。
In the present embodiment, the plane orientation of the upper surface of the semiconductor substrate 2 is the (100) plane, and the n type semiconductor layer 3 is also used.
Since the plane orientation of is the (100) plane, the direction of the defect (vertical direction) that most affects the value of the reverse current does not match the crystal axis direction. Does not increase, and variation in reverse current is suppressed.

【0024】n型半導体層3の厚さは30μm以上で
あることが好ましい。n型半導体層3の厚さが30μ
m以上になると逆方向電流が大きくなりやすく、逆方向
電流がばらつきやすくなることから、逆方向電流及び逆
方向電流のばらつきを抑制する本発明に適しているため
である。ただし、n型半導体層3の厚さが厚くなりす
ぎると、ダイオード1の諸特性が低下することから、n
型半導体層3の厚さは、30μm〜110μmである
ことが好ましく、30μm〜80μmであることがさら
に好ましい。
The thickness of the n type semiconductor layer 3 is preferably 30 μm or more. The thickness of the n type semiconductor layer 3 is 30 μ.
This is because the reverse current tends to increase and the reverse current tends to fluctuate when m or more, which is suitable for the present invention that suppresses the reverse current and the variation in the reverse current. However, when the thickness of the n type semiconductor layer 3 becomes too thick, various characteristics of the diode 1 are deteriorated.
The thickness of the type semiconductor layer 3 is preferably 30 μm to 110 μm, and more preferably 30 μm to 80 μm.

【0025】P型半導体領域4は、n型半導体層3
の所定の領域に形成されている。P 型半導体領域4
は、一般的な不純物拡散方法によって形成される。例え
ば、p型の不純物(例えば、ボロン)をn型半導体層
3の上面の所定の領域に選択的に導入することにより、
型半導体層3の上面の所定の領域に拡散され、この
所定の領域にP型半導体領域4が形成される。このP
型半導体領域4は、ダイオード1のアノード領域を構
成する。本実施の形態では、P型半導体領域4の深さ
(拡散深さ)をn型半導体層3の上面から約16μm
とした。
P+The type semiconductor region 4 is nType semiconductor layer 3
Is formed in a predetermined area. P +Type semiconductor region 4
Are formed by a general impurity diffusion method. example
For example, if a p-type impurity (for example, boron) is added to nType semiconductor layer
By selectively introducing into a predetermined area of the upper surface of 3,
nIs diffused into a predetermined region on the upper surface of the type semiconductor layer 3,
P in a predetermined area+The type semiconductor region 4 is formed. This P
+The type semiconductor region 4 constitutes the anode region of the diode 1.
To achieve. In the present embodiment, P+Depth of type semiconductor region 4
(Diffusion depth) n16 μm from the top surface of the semiconductor layer 3
And

【0026】フィールドリミティングリング(FLR)
5は、n型半導体層3の上面に、P型半導体領域4
を包囲するように環状に形成されている。FLR5は、
一般的な不純物拡散方法によって形成される。例えば、
型半導体領域4と同じp型の不純物(例えば、ボロ
ン)を、n型半導体層3の上面のP型半導体領域4
を包囲するように環状に導入することによりFLR5が
形成される。このFLR5は、例えば、P型半導体領
域4を形成する工程で、同じp型の不純物(例えば、ボ
ロン)を拡散することにより形成される。FLR5は、
型半導体層3とP型半導体領域4との間のpn接
合により形成される空乏層をFLR5の外周側にまで広
げ、ダイオード1の高耐圧化を図ることができる。本実
施の形態では、図1に示すように、2つのFLR5が形
成されているが、FLR5の数を多くするほど、ダイオ
ード1を高耐圧化させることができるので、ダイオード
1に必要な耐圧に応じてFLR5を所定数形成すること
が好ましい。
Field limiting ring (FLR)
5 is a P + type semiconductor region 4 on the upper surface of the n type semiconductor layer 3.
Is formed in an annular shape so as to surround the. FLR5 is
It is formed by a general impurity diffusion method. For example,
P + -type semiconductor region 4 and the same p-type impurity (e.g., boron) and, n - -type semiconductor layer 3 in the top surface P + -type semiconductor regions 4
The FLR5 is formed by introducing it in a ring shape so as to surround. The FLR 5 is formed by diffusing the same p-type impurity (for example, boron) in the step of forming the P + -type semiconductor region 4, for example. FLR5 is
The depletion layer formed by the pn junction between the n type semiconductor layer 3 and the P + type semiconductor region 4 can be expanded to the outer peripheral side of the FLR 5 to increase the breakdown voltage of the diode 1. In the present embodiment, as shown in FIG. 1, two FLRs 5 are formed. However, as the number of FLRs 5 is increased, the withstand voltage of the diode 1 can be made higher, so that the withstand voltage required for the diode 1 can be increased. Accordingly, it is preferable to form a predetermined number of FLR5.

【0027】等電位リング(EQR)6は、n型半導
体領域6aと、金属膜6bとを備えている。n型半導
体領域6aは、n型半導体層3の上面の外縁に、FL
R5を介してP型半導体領域4を包囲するように環状
に形成されている。n型半導体領域6aは、一般的な
不純物拡散方法によって、第1導電型、例えば、n型の
不純物(例えば、リン)を、n型半導体層3の上面の
外縁に、FLR5を介してP型半導体領域4を包囲す
るように環状に導入することにより形成されている。金
属膜6bは、n型半導体領域6a(n型半導体層
3)の上面の外縁に環状に形成されている。金属膜6b
は、例えば、アルミニウムの蒸着層から形成され、n
型半導体領域6aに電気的に接続されている。EQR6
は、絶縁膜7の表面の電荷の安定化を図る機能、及び空
乏層の外周への広がりを防止する機能を有する。このよ
うに、FLR5及びEQR6が形成されているので、空
乏層が安定的かつ良好にダイオード1の横方向に広がる
ことができるとともに、空乏層がダイオード1の側面ま
で広がることが阻止され、ダイオード1の高耐圧化を安
定的に達成することができる。
The equipotential ring (EQR) 6 includes an n + type semiconductor region 6a and a metal film 6b. The n + -type semiconductor region 6 a is provided on the outer edge of the upper surface of the n -type semiconductor layer 3 with FL.
It is formed in a ring shape so as to surround the P + type semiconductor region 4 via R5. The n + -type semiconductor region 6a is made to have a first conductivity type, for example, n-type impurity (for example, phosphorus) by an ordinary impurity diffusion method at the outer edge of the upper surface of the n -type semiconductor layer 3 via the FLR 5. It is formed by introducing it in a ring shape so as to surround the P + type semiconductor region 4. The metal film 6b is formed in a ring shape on the outer edge of the upper surface of the n + type semiconductor region 6a (n type semiconductor layer 3). Metal film 6b
Is formed from, for example, a vapor-deposited layer of aluminum, and n +
It is electrically connected to the type semiconductor region 6a. EQR6
Has a function of stabilizing the charge on the surface of the insulating film 7 and a function of preventing the depletion layer from spreading to the outer periphery. Since the FLR 5 and the EQR 6 are formed in this manner, the depletion layer can stably and satisfactorily spread in the lateral direction of the diode 1, and the depletion layer is prevented from spreading to the side surface of the diode 1 and the diode 1 The high breakdown voltage can be stably achieved.

【0028】絶縁膜7は、n型半導体層3及びFLR
5の上面と、P型半導体領域4の上面の外周側と、n
型半導体領域6aの内周側とを被覆するように形成さ
れている。本実施の形態では、絶縁膜7に、例えば、熱
酸化によって形成されたシリコン酸化膜が用いられてい
る。
The insulating film 7 is composed of the n -- type semiconductor layer 3 and the FLR.
5, the upper surface of the P + -type semiconductor region 4 on the outer peripheral side, and n
It is formed so as to cover the inner peripheral side of the + type semiconductor region 6a. In the present embodiment, for example, a silicon oxide film formed by thermal oxidation is used as the insulating film 7.

【0029】上部電極8は、P型半導体領域4の上面
に形成されている。上部電極8は、金属膜からなるアノ
ード電極を構成し、P型半導体領域4(アノード領
域)に電気的に接続されている。
The upper electrode 8 is formed on the upper surface of the P + type semiconductor region 4. The upper electrode 8 constitutes an anode electrode made of a metal film, and is electrically connected to the P + type semiconductor region 4 (anode region).

【0030】下部電極9は、半導体基板2の下面に形成
されている。下部電極9は、金属膜からなるカソード電
極を構成し、半導体基板2(カソードコンタクト領域)
に電気的に接続されている。
The lower electrode 9 is formed on the lower surface of the semiconductor substrate 2. The lower electrode 9 constitutes a cathode electrode made of a metal film, and the semiconductor substrate 2 (cathode contact region)
Electrically connected to.

【0031】以上のように構成されたダイオード1は、
半導体基板2の上面の面方位が(100)面であり、さ
らにn型半導体層3の面方位が(100)面である。
このため、逆方向バイアス状態における漏れ電流である
逆方向電流が抑制され、逆方向電流のばらつきが抑制さ
れる。
The diode 1 constructed as described above is
The plane orientation of the upper surface of the semiconductor substrate 2 is the (100) plane, and the plane orientation of the n type semiconductor layer 3 is the (100) plane.
Therefore, the reverse current, which is the leakage current in the reverse bias state, is suppressed, and the fluctuation of the reverse current is suppressed.

【0032】本発明の効果を確認するため、n型半導
体層3の厚さを変化させたダイオード1について、n
型半導体層3の厚さ毎に逆方向電流(漏れ電流)を測定
し、逆方向電流の最大値(MAX)、最小値(MIN)
及び平均値(AVE)を求めた。結果を図2及び図3に
示す。また、図3には、逆方向電流の最大値と最小値と
の差(MAX−MIN)も示す。なお、比較のため、従
来(半導体基板2の上面及びn型半導体層3の面方位
が(111)面のダイオード)の逆方向電流の最大値、
最小値、MAX−MINを比較例として図3中に示す。
In order to confirm the effect of the present invention, regarding the diode 1 in which the thickness of the n type semiconductor layer 3 is changed, n
The reverse current (leakage current) is measured for each thickness of the semiconductor layer 3, and the maximum value (MAX) and the minimum value (MIN) of the reverse current are measured.
And the average value (AVE) was determined. The results are shown in FIGS. 2 and 3. Further, FIG. 3 also shows the difference (MAX-MIN) between the maximum value and the minimum value of the reverse current. For comparison, the maximum value of the reverse current of the conventional case (a diode in which the upper surface of the semiconductor substrate 2 and the n -type semiconductor layer 3 have a (111) surface orientation),
The minimum value, MAX-MIN, is shown in FIG. 3 as a comparative example.

【0033】図2及び図3に示すように、上面の面方位
が(100)面の半導体基板2及び面方位が(100)
面のn型半導体層3を用いることにより、逆方向電流
の最大値が大きく減少する。このため、逆方向電流の最
大値と最小値との差が小さくなり、逆方向電流のばらつ
きが抑制される。例えば、n型半導体層3の厚さが3
0μmの場合、実施例では0.1μAであるのに対し、
従来の比較例では179.97μAになる。このよう
に、上面の面方位が(100)面の半導体基板2及び面
方位が(100)面のn型半導体層3を用いることに
より、逆方向電流の最大値と最小値との差を約1/18
00にすることができ、逆方向電流のばらつきを抑制で
きることが確認された。
As shown in FIG. 2 and FIG. 3, the semiconductor substrate 2 whose upper surface has a plane orientation of (100) and whose surface orientation is (100)
By using the n type semiconductor layer 3 on the surface, the maximum value of the reverse current is greatly reduced. For this reason, the difference between the maximum value and the minimum value of the reverse current becomes small, and the fluctuation of the reverse current is suppressed. For example, the thickness of the n type semiconductor layer 3 is 3
In the case of 0 μm, it is 0.1 μA in the embodiment, whereas
In the conventional comparative example, it is 179.97 μA. As described above, by using the semiconductor substrate 2 having the (100) plane as the plane orientation and the n type semiconductor layer 3 having the (100) plane as the plane orientation, the difference between the maximum value and the minimum value of the reverse current can be reduced. About 1/18
It was confirmed that the value could be set to 00 and the variation in the reverse current could be suppressed.

【0034】以上説明したように、本実施の形態によれ
ば、上面の面方位が(100)面の半導体基板2及び面
方位が(100)面のn型半導体層3を用いることに
より、逆方向電流の最大値が大きく減少し、逆方向電流
が抑制される。このため、逆方向電流の最大値と最小値
との差が小さくなり、逆方向電流のばらつきが抑制され
る。
As described above, according to the present embodiment, by using the semiconductor substrate 2 having the plane orientation of (100) plane and the n type semiconductor layer 3 having the plane orientation of (100) plane, The maximum value of the reverse current is greatly reduced, and the reverse current is suppressed. For this reason, the difference between the maximum value and the minimum value of the reverse current becomes small, and the fluctuation of the reverse current is suppressed.

【0035】本実施の形態によれば、n型半導体層3
の上面に、P型半導体領域4を包囲するように、FL
R5が環状に形成されているので、n型半導体層3と
型半導体領域4との間のpn接合により形成される
空乏層をFLR5の外周側にまで広げ、ダイオード1の
高耐圧化を図ることができる。
According to the present embodiment, the n -- type semiconductor layer 3
On the upper surface of the FL so as to surround the P + type semiconductor region 4.
Since R5 is formed in a ring shape, the depletion layer formed by the pn junction between the n type semiconductor layer 3 and the P + type semiconductor region 4 is expanded to the outer peripheral side of the FLR5 to increase the breakdown voltage of the diode 1. Can be achieved.

【0036】本実施の形態によれば、n型半導体層3
の上面の外縁に、FLR5を介してP型半導体領域4
を包囲するように、EQR6が環状に形成されているの
で、EQR6は、絶縁膜7の表面の電荷の安定化、及び
空乏層の外周への広がりを防止することができる。この
ように、FLR5及びEQR6が形成されているので、
空乏層が安定的かつ良好にダイオード1の横方向に広が
ることができるとともに、空乏層がダイオード1の側面
まで広がることが阻止され、ダイオード1の高耐圧化を
安定的に達成することができる。
According to the present embodiment, the n -- type semiconductor layer 3
To the outer edge of the upper surface of the P + -type semiconductor region 4 via the FLR 5.
Since the EQR6 is formed in a ring shape so as to surround, the EQR6 can stabilize the charge on the surface of the insulating film 7 and prevent the depletion layer from spreading to the outer periphery. In this way, since FLR5 and EQR6 are formed,
The depletion layer can stably and satisfactorily spread in the lateral direction of the diode 1, and the depletion layer can be prevented from spreading to the side surface of the diode 1, so that the high breakdown voltage of the diode 1 can be stably achieved.

【0037】なお、本発明は、上記の実施の形態に限ら
れず、種々の変形、応用が可能である。以下、本発明に
適用可能な他の実施の形態について説明する。
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications and applications are possible. Hereinafter, another embodiment applicable to the present invention will be described.

【0038】上記実施の形態では、フィールドリミティ
ングリング5を有する高耐圧用のダイオード1の場合を
例に本発明を説明したが、半導体基板2とn型半導体
層3とP型半導体領域とを備え、半導体基板2の上面
及びn型半導体層3の面方位が(100)面であれば
よく、例えば、FLR5及びEQR6が形成されていな
いダイオード1であってもよい。
In the above embodiment, the present invention has been described by taking the case of the high breakdown voltage diode 1 having the field limiting ring 5 as an example. However, the semiconductor substrate 2, the n type semiconductor layer 3, and the P + type semiconductor region are described. And the plane orientation of the upper surface of the semiconductor substrate 2 and the n -type semiconductor layer 3 is the (100) plane. For example, the diode 1 in which the FLR 5 and the EQR 6 are not formed may be used.

【0039】上記実施の形態では、半導体基板2上にエ
ピタキシャル成長させて、n型半導体層3を形成した
場合を例に本発明を説明したが、上面の面方位が(10
0)面の半導体基板2上に、面方位が(100)面のn
型半導体層3が形成されていればよく、n型半導体
層3の製造方法は、エピタキシャル成長方法に限定され
るものではない。
In the above embodiment, the present invention has been described by taking the case where the n type semiconductor layer 3 is formed by epitaxial growth on the semiconductor substrate 2 as an example.
On the semiconductor substrate 2 of (0) plane, the plane orientation is n of (100) plane.
It suffices that the type semiconductor layer 3 is formed, and the method for manufacturing the n type semiconductor layer 3 is not limited to the epitaxial growth method.

【0040】上記実施の形態では、第1導電型をn型と
し、半導体基板2にの半導体基板を用いた場合を例に本
発明を説明したが、第1導電型をp型として各部材の導
電型を反転してもよい。また、上記実施の形態では、ダ
イオード1を製造する場合を本発明を説明したが、半導
体素子としては、pn接合構造の半導体素子であればよ
い。
In the above embodiment, the present invention has been described by taking the case where the first conductivity type is n-type and a semiconductor substrate is used as the semiconductor substrate 2 as an example. The conductivity type may be reversed. Further, although the present invention has been described in the above embodiment in the case where the diode 1 is manufactured, the semiconductor element may be any semiconductor element having a pn junction structure.

【0041】上記実施の形態では、ライフタイムキラー
として重金属(Au等)を拡散した場合を例に本発明を
説明したが、ライフタイムキラーを拡散しない半導体素
子にも適用することができる。ただし、ライフタイムキ
ラーを拡散した場合の方が逆方向電流のばらつきが大き
くなるので、本発明はライフタイムキラーを拡散した半
導体素子に適用することにより、顕著な効果が得られ
る。
In the above-described embodiment, the present invention has been described by exemplifying the case where a heavy metal (Au or the like) is diffused as the lifetime killer, but the present invention can be applied to a semiconductor element in which the lifetime killer is not diffused. However, when the lifetime killer is diffused, the variation of the reverse current becomes larger. Therefore, the present invention is applied to a semiconductor element in which the lifetime killer is diffused, and a remarkable effect can be obtained.

【0042】[0042]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
逆方向電流のばらつきを抑制することできる。
As described above, according to the present invention,
Variation in reverse current can be suppressed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施の形態のダイオードの断面図であ
る。
FIG. 1 is a sectional view of a diode according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施の形態のn型半導体層の厚さと
逆方向電流との関係を示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the thickness of the n type semiconductor layer and the reverse current according to the embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施の形態及び従来のn型半導体層
と逆方向電流との関係を示す表である。
FIG. 3 is a table showing a relation between an n type semiconductor layer according to an embodiment of the present invention and a conventional reverse current.

【図4】従来のn型半導体層の厚さと逆方向電流との
関係を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the thickness of a conventional n type semiconductor layer and the reverse current.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ダイオード 2 半導体基板 3 n型半導体層 4 P型半導体領域 5 フィールドリミティングリング(FLR) 6 等電位リング(EQR) 7 絶縁膜 8 上部電極 9 下部電極1 diode 2 semiconductor substrate 3 n type semiconductor layer 4 P + type semiconductor region 5 field limiting ring (FLR) 6 equipotential ring (EQR) 7 insulating film 8 upper electrode 9 lower electrode

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】第1導電型のシリコン基板と、 前記シリコン基板上に形成され、該シリコン基板より不
純物濃度の低い第1導電型のシリコン半導体層と、 前記シリコン半導体層の上面の所定の領域に形成され、
該シリコン半導体層との界面にpn接合を形成する第2
導電型のシリコン半導体領域と、を備え、 前記シリコン基板の上面及び前記シリコン半導体層の面
方位が(100)面である、ことを特徴とする半導体素
子。
1. A first conductivity type silicon substrate, a first conductivity type silicon semiconductor layer formed on the silicon substrate and having an impurity concentration lower than that of the silicon substrate, and a predetermined region on an upper surface of the silicon semiconductor layer. Formed in
Second for forming a pn junction at the interface with the silicon semiconductor layer
And a silicon semiconductor region of conductivity type, wherein the plane orientations of the upper surface of the silicon substrate and the silicon semiconductor layer are (100) planes.
【請求項2】前記シリコン半導体層の厚みは、少なくと
も30μmである、ことを特徴とする請求項1に記載の
半導体素子。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the silicon semiconductor layer has a thickness of at least 30 μm.
【請求項3】前記シリコン半導体層は、前記シリコン基
板上にエピタキシャル成長することにより形成される、
ことを特徴とする請求項1または2に記載の半導体素
子。
3. The silicon semiconductor layer is formed by epitaxial growth on the silicon substrate.
The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is a semiconductor device.
【請求項4】前記シリコン半導体層の上面に、前記シリ
コン半導体領域を包囲するように環状に形成された第2
導電型のフィールドリミティングリングを、さらに備え
る、ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に
記載の半導体素子。
4. A second annularly formed on the upper surface of the silicon semiconductor layer so as to surround the silicon semiconductor region.
4. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a conductive type field limiting ring.
【請求項5】前記シリコン半導体層の上面に、前記フィ
ールドリミティングリングを介して前記シリコン半導体
領域を包囲するように環状に形成された等電位リング
を、さらに備える、ことを特徴とする請求項4に記載の
半導体素子。
5. The equipotential ring formed in an annular shape on the upper surface of the silicon semiconductor layer so as to surround the silicon semiconductor region via the field limiting ring is further included. 4. The semiconductor device according to item 4.
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JP2014103342A (en) * 2012-11-22 2014-06-05 Nippon Inter Electronics Corp Semiconductor device

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