【書類名】 明細書
【発明の名称】 ダイオード素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】第１導電型の半導体層と、
前記半導体層に設けられ、リング形状のものと、該リング形状のものの内周領域に配置されたものを含む複数の孔と、
前記複数の孔内部に充填された第２導電型の半導体からなる充填物と、
前記半導体層とはショットキー接合をし、前記充填物とはオーミック接合をする材料で構成された電極膜とを有し、
前記リング形状の孔と、該リング形状の孔に充填された充填物とでガードリング部が構成され、
前記リング形状の孔の内周領域に配置された孔と、該孔に充填された充填物とで耐圧部が構成され、
前記ガードリング部のリング内周より内側に位置する半導体層で活性領域が構成され、
前記電極膜は、前記耐圧部内の充填物と、前記活性領域とに接触するように配置され、
前記活性領域には、前記電極膜と前記半導体層とが接触した部分のショットキー接合で構成されたショットキー接合部と、前記電極膜と前記耐圧部内の充填物とが接触した部分のオーミック接合で構成されたオーミック接合部とが配置されたダイオード素子であって、
前記半導体層と前記充填物を含む基板の表面から、前記孔の底部までの深さに位置する前記基板の一部である表層領域では、前記ガードリング部をリング幅で二等分するリング中心線よりも内側に位置する部分で、前記半導体層内部の第１導電型不純物の量と、前記充填物内の第２導電型不純物の量とは互いに等しいダイオード素子。
【請求項２】前記ガードリング部は複数設けられ、各ガードリング部は互いに同心状に配置され、
前記表層領域の、互いに隣接する各ガードリング部の各リング中心線の間に位置する部分では、前記半導体層内部の第１導電型不純物の量と、前記充填物内部の第２導電型不純物の量とは互いに等しい請求項１記載のダイオード素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はダイオードに係り、特に、細溝内に半導体結晶がエピタキシャル成長された構造を有するショットキーバリア型ダイオードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１７は、従来技術のダイオード１０１の平面図を示し、図１８は、図１７のＰ−Ｐ線断面図を示している。なお、簡単のため図１７には、後述する熱酸化膜とＰＳＧ膜とアノード電極は図示していない。
このダイオード１０１は、Ｎ型のシリコン基板１１１を有している。シリコン基板１１１の表面上にはＮ型のエピタキシャル層１１２が形成されている。
【０００３】
このエピタキシャル層１１２の表面には、平面形状がリング状の孔と長方形状の孔とが設けられている。ここではリング状の孔と長方形状の孔が３個ずつ設けられている。各リング状の孔は同心状に配置されており、最も内側に配置された孔のリング内周より内側に、各長方形状の孔が配置されている。
【０００４】
各リング状の孔と各長方形状の孔との内部には、エピタキシャル成長法で形成され、Ｐ型不純物が含まれた半導体層がそれぞれ充填されており、長方形状の孔と半導体層とで耐圧部１２５1〜１２５3が構成され、各リング状の孔と半導体層とで、ガードリング部１２７1〜１２７3が形成されている。
【０００５】
エピタキシャル層１１２の表面には、熱酸化膜１１４とＰＳＧ膜１１５とが順次形成されている。ＰＳＧ膜１１５上には金属薄膜からなるアノード電極１１８が配置されている。熱酸化膜１１４とＰＳＧ膜１１５とには同じ位置に開口が形成されている。この開口の縁を図１７の符号１６２ａに示す。この開口の底部ではエピタキシャル層１１２と、耐圧部１２５1〜１２５3と、最内周のガードリング部１２７1とが露出しており、これらの露出した部分がアノード電極１１８の底部と接触している。このアノード電極１１８は、エピタキシャル層１１２と接触した部分でショットキー接合部１３１を形成し、耐圧部１２５1〜１２５3及び最内周のガードリング部１２７1とはオーミック接合部１３０1〜１３０3を形成する。
【０００６】
かかる構成のダイオード１０１では、アノード電極１１８に正電圧、カソード電極１１９に負電圧を印加すると、アノード電極１１８とエピタキシャル層１１２との間のショットキー接合部１３１が順バイアスされ、アノード電極１１８からカソード電極１１９に向けて電流が流れる。
【０００７】
それとは逆に、アノード電極１１８に負電圧、カソード電極１１９に正電圧を印加すると、アノード電極１１８とエピタキシャル層１１２との間のショットキー接合部１３１と、耐圧部１２５1〜１２５3及び最内周のガードリング部１２７1と、エピタキシャル層１１２との間の各ＰＮ接合とが逆バイアスされ、電流は流れなくなる。この状態で、各ＰＮ接合からエピタキシャル層１１２内に横方向に空乏層が広がる。
【０００８】
かかる従来のダイオード素子１０１では、仮にエピタキシャル層１１２が完全に空乏化しても、耐圧部１２５1〜１２５3やガードリング部１２７1〜１２７3の内部が完全に空乏化せず空乏層が形成されない箇所が存在することがあった。この場合には空乏層が形成されない箇所に電界が集中してしまい、耐圧が低下してしまっていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、高耐圧のダイオード素子を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、第１導電型の半導体層と、前記半導体層に設けられ、リング形状のものと、該リング形状のものの内周領域に配置されたものを含む複数の孔と、前記複数の孔内部に充填された第２導電型の半導体からなる充填物と、前記半導体層とはショットキー接合をし、前記充填物とはオーミック接合をする材料で構成された電極膜とを有し、前記リング形状の孔と、該リング形状の孔に充填された充填物とでガードリング部が構成され、前記リング形状の孔の内周領域に配置された孔に充填された充填物とで耐圧部が構成され、前記ガードリング部のリング内周より内側に位置する半導体層で活性領域が構成され、前記電極膜は、前記耐圧部内の充填物と、前記活性領域とに接触するように配置され、前記活性領域には、前記電極膜と前記半導体層とが接触した部分のショットキー接合で構成されたショットキー接合部と、前記電極膜と前記耐圧部内の充填物とが接触した部分のオーミック接合で構成されたオーミック接合部とが配置されたダイオード素子であって、前記半導体層と前記充填物を含む基板の表面から、前記孔の底部までの深さに位置する前記基板の一部である表層領域では、前記ガードリング部をリング幅で二等分するリング中心線よりも内側に位置する部分で、前記半導体層内部の第１導電型不純物の量と、前記充填物内の第２導電型不純物の量とは互いに等しい。
請求項２記載の発明は、請求項１記載のダイオード素子であって、前記ガードリング部は複数設けられ、各ガードリング部は互いに同心状に配置され、前記表層領域の、互いに隣接する各ガードリング部の各リング中心線の間に位置する部分では、前記半導体層内部の第１導電型不純物の量と、前記充填物内部の第２導電型不純物の量とは互いに等しい。
【００１１】
かかる構成のダイオード素子で、第１導電型をＮ型とし、第２導電型をＰ型とすると、半導体層とオーミック接合する金属膜を、孔が設けられた表面と反対側の表面に形成し、半導体層を接地した状態で電極膜に、金属膜に対して正の電圧を印加すると、電極膜と半導体層との間のショットキー接合が順バイアスされ、ショットキー接合を通って電極膜から金属膜へと電流が流れる。このとき、耐圧部内の充填物と半導体層との間のＰＮ接合も順バイアスされるが、ＰＮ接合の障壁高さはショットキー接合の障壁高さよりも高いので、ＰＮ接合に流れる電流はショットキー接合面を介して流れる電流よりもはるかに小さい。
【００１２】
それとは逆に電極膜に、金属膜に対して負の電圧を印加すると、電極膜と半導体層との間のショットキー接合と、耐圧部と半導体層との間のＰＮ接合との両方が逆バイアスされ、電流は流れなくなる。
【００１３】
上述した複数の孔を、同一のエッチング工程で形成すれば、各孔の深さが一定になり、表層領域の厚みも一定になる。表層領域の厚みが一定であれば、横方向に広がる空乏層は表層領域内部のみに広がるので、横方向に広がる空乏層を考えるには、表層領域内部のみを考えればよい。
【００１４】
本発明のダイオード素子では、最内周のガードリング部のリング中心線より内側に位置する表層領域では、第１導電型不純物の量と第２導電型不純物の量は互いに等しく構成されているので、表層領域において、最内周のガードリング部のリング中心線より内側の第１導電型の半導体層が完全に空乏化すると、第２導電型の耐圧部及びガードリング部の内部も完全に空乏化する。
【００１５】
このように、第１導電型不純物の量と第２導電型不純物との量が等しく構成されていれば、上述した複数の孔のうち、リング形状のものの内周領域に配置されたものはいかなる形状でもよく、例えば矩形状や円状、あるいはリング形状のものであってもよい。
【００１６】
このように孔の形状はどのような形状でもよいが、互いに隣接する各孔の間の距離が等しくなく、他の孔と極端に離れて配置された孔があると、他の孔の間が空乏化しても、離れて配置された孔と他の孔との間が空乏化しないことがあり、その場合には空乏化しない箇所に電界集中が生じてしまうので、各孔の間の距離を互いに等しくするとよい。
【００１７】
また、上述した充填物のうち、少なくともリング状の孔内に充填され、ガードリング部を構成する充填物を同一工程で形成してもよい。このように構成すると、ガードリング部を構成する充填物は同じ材料で構成される。充填物をエピタキシャル成長で形成し、成長の際に一定量の不純物ガスを導入すれば、各充填物内部の不純物濃度は均一になる。特に、各ガードリング部内部の不純物濃度が均一である場合に、リング幅を二等分するリング中心線より内側と外側とでは、面積が異なり、リング中心線より内側と外側とにそれぞれ位置する不純物の量は厳密には等しくないが、その量の差は微小であるため、リング中心線より内側と外側にそれぞれ位置する不純物の量は略等しくなる。
【００１８】
特に、ガードリング部が矩形リング状に形成されている場合には、リング中心線より内側と外側にそれぞれ位置する部分の面積の差は、四隅部分のみで生じ、他の部分では面積は全く等しいので、無視できる程度であり、リング中心線より内側と外側にそれぞれ位置する部分の不純物はほぼ等しいといえる。
【００１９】
なお、本発明のダイオード素子において、ガードリング部を複数個設け、互いに隣接するガードリング部の各リング中心線の間に位置する部分の表層領域で、第１導電型不純物と第２導電型不純物の量が互いに等しくなるように構成してもよい。このように構成すると、任意のガードリング部のリング中心線より内側の表層領域では、第１導電型不純物の量と第２導電型不純物の量とが互いに等しくなり、任意のガードリング部のリング中心線より内側に位置する表層領域では、第１導電型の半導体層が完全に空乏化すると、第２導電型の耐圧部及びガードリング部の内部もまた完全に空乏化する。
【００２０】
互いに隣接するガードリング部間において、内側に位置するガードリング部のリング外周と、外側に位置するガードリング部のリング内周との距離を均一にすれば、内側のガードリング部のリング外周から空乏層が広がったときに、各空乏層の端部は外側のガードリング部のリング内周に同時に到達するので、一部に空乏層の端部が到達しないことで空乏化しない部分が形成されることはない。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下で図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
最初に、本発明の一実施形態に係るダイオード素子の製造方法について説明する。
【００２２】
図４を参照し、符号１１は、Ｎ型のシリコン基板１１を示している。このシリコン基板１１の表面上には、本発明の半導体層の一例であるＮ型のエピタキシャル層１２が形成されている。エピタキシャル層１２の表面にはパターニングされた熱酸化膜１３が成膜されている。この熱酸化膜１３は、平面図を図１１に示すように、平面形状が矩形リング状の開口４７1〜４７3と、平面形状が長方形状の開口４６1〜４６3とを複数ずつ有しており、矩形リング状の開口４７1〜４７3と、長方形状の開口４６1〜４６3との底部で、エピタキシャル層１２が露出している。ここでは、矩形リング状の開口４７1〜４７3と長方形状の開口４６1〜４６3とをそれぞれ３個ずつ有している。なお、図４は図１１のＤ−Ｄ線断面図に相当している。
【００２３】
図１１に示すように、各矩形リング状の開口４７1〜４７3は同心状に配置されており、各長方形状の開口４６1〜４６3は、最も内側の矩形リング状の開口４７1のリング内周より内側に位置し、互いに平行に配置されている。
【００２４】
この熱酸化膜１３をマスクにし、熱酸化膜１３の開口底部で露出するエピタキシャル層１２をエッチングすると、図５に示すように、長方形状の開口４６1〜４６3の底部と矩形リング状の開口４７1〜４７3底部で露出したエピタキシャル層１２が除去され、長方形状の開口４６1〜４６3と矩形リング状の開口４７1〜４７3の下方に、それぞれ平面形状が細長矩形状である細孔２３1〜２３3と、平面形状が矩形リング状である矩形リング状の孔２６1〜２６3が形成される。これらの細孔２３1〜２３3と矩形リング状の孔２６1〜２６3は、同じエッチング工程で同時に形成されるため、それぞれの深さは互いに等しくなっており、各細孔２３1〜２３3と矩形リング状の孔２６1〜２６3の底部は、いずれもエピタキシャル層１２の内部に位置している。
【００２５】
次いで、細孔２３1〜２３3と矩形リング状の孔２６1〜２６3との内部に、ｐ型不純物であるボロンを含むガスを流しながらエピタキシャル層を成長させると、図６に示すように、細長矩形状の細孔２３1〜２３3の内部に、Ｐ型のエピタキシャル層からなる耐圧部２５1〜２５3が形成されるとともに、各矩形リング状の孔２６1〜２６3の内部に、Ｐ型のエピタキシャル層からなるガードリング部２７1〜２７3が形成される。このように、ガードリング部２７1〜２７3や、耐圧部２５1〜２５3は、不純物が添加されたガスを一定量ずつ流して、細孔２３1〜２３3と矩形リング状の孔２６1〜２６3との内部にエピタキシャル成長させることで形成されているので、内部の不純物濃度は均一になっている。エピタキシャル層１２と、各耐圧部２５1〜２５3と、各ガードリング部２７1〜２７3とは、本発明の基板の一例を構成している。
【００２６】
次に、熱酸化膜１３をパターニングして、図７に示すように、各矩形リング形状の各開口４７1〜４７3にそれぞれ接する位置の熱酸化膜１３に、部分的に切り欠き５１1〜５１3を複数個形成する。なお、図７は図１２のＥ−Ｅ線断面図に対応しており、ここでは図１２に示すように切り欠き５１1〜５１3の平面形状は矩形になっている。
【００２７】
次いで、この熱酸化膜１３をマスクにして基板表面にボロンイオンを注入すると、切り欠き５１1〜５１3の形成された部分のエピタキシャル層１２の表面にＰ型不純物注入層が形成され、熱処理すると、Ｐ型不純物注入層が拡散して図８に示すように、切り欠き５１1〜５１3の形成された部分に、各ガードリング部２７1〜２７3のリング内周とそれぞれ接するＰ型不純物拡散層からなる中継拡散層５２1〜５２3が形成される。
【００２８】
次に熱酸化膜１３を除去した後、熱酸化処理してエピタキシャル層１２の表面に熱酸化膜を成膜し、ＣＶＤ法等により熱酸化膜の表面にＰＳＧ膜を成膜する。その後、熱酸化膜及びＰＳＧ膜をパターニングして、最内周のガードリング部２７1のリング幅方向途中よりも内側に位置する熱酸化膜及びＰＳＧ膜に開口を形成する。図９の符号１４に熱酸化膜を示し、符号１５にＰＳＧ膜を示し、符号６０に、開口を示す。この開口６０の底部では、エピタキシャル層１２と、耐圧部２５1〜２５3の表面が露出している。
【００２９】
次に、金属をスパッタリングし、全面に金属膜を成膜した後、パターニングして、金属膜からなるアノード電極膜１８を形成する。その状態を図１０に示す。この金属膜を構成する金属は、開口６０の底部で露出するエピタキシャル層１２、耐圧部２５1〜２５3と接触し、エピタキシャル層１２とはショットキー接合を形成し、耐圧部２５1〜２５3とはオーミック接合を形成する金属であって、ここではクロムを用いている。アノード電極膜１８とエピタキシャル層１２とで形成されるオーミック接合をオーミック接合部３０1〜３０3とし、アノード電極膜１８と耐圧部２５1〜２５3とで形成されるショットキー接合をショットキー接合部３１とすると、ショットキー接合部３１とオーミック接合部３０1〜３０3とは、いずれも最内周のガードリング部２７1のリング内周より内側に位置している。
【００３０】
エピタキシャル層１２の表面にはアノード電極膜１８が配置されている。アノード電極膜１８の底部は、上述したように熱酸化膜１４とＰＳＧ膜１５の開口底部で露出する各耐圧部２５1〜２５3と、最内周のガードリング部２７ 1 と、エピタキシャル層１２の表面とに接触し、最内周以外のガードリング部２７ 2 〜２７3とは非接触の状態になっている。その結果、各耐圧部２５1〜２５3と最内周のガードリング部２７ 1 はアノード電極膜１８と同電位であり、最内周以外のガードリング部２７ 2 〜２７3は浮遊電位に置かれている。上述したように各ガードリング部２７1〜２７3は、耐圧部２５1〜２５3を取り囲むように同心状に配置されている。
【００３１】
その後、基板１１の、エピタキシャル層１２が配置された側と反対側の一表面に、基板１１とオーミック接合する金属薄膜からなるカソード電極膜１９を形成する。以上の工程を経て、図１、図２に示す本発明の一実施形態に係るダイオード１が完成する。図１は、ダイオード１の平面図であり、図２、図３は図１のＡ−Ａ線断面、Ｂ−Ｂ線断面に相当する部分の断面図をそれぞれ示している。なお、簡単のため、図１では、アノード電極膜１８と熱酸化膜１４とＰＳＧ膜１５は省略している。なお、符号６０は、熱酸化膜１４とＰＳＧ膜１５の開口を示している。
【００３２】
かかるダイオード１では、アノード電極膜１８に、カソード電極膜１９に対して正の電圧を印加すると、アノード電極膜１８とエピタキシャル層１２との間のショットキー接合部３１が順バイアスされ、アノード電極膜１８からカソード電極膜１９に向けて電流が流れる。
【００３３】
このとき、各耐圧部２５1〜２５3とエピタキシャル層１２との間のＰＮ接合が順バイアスされるが、ＰＮ接合の障壁高さはショットキー接合の障壁高さよりも高いので、ＰＮ接合には電流は流れないか、流れても僅かである。
【００３４】
それとは逆に、アノード電極膜１８に、カソード電極膜１９に対して負の電圧を印加すると、アノード電極膜１８とエピタキシャル層１２との間のショットキー接合部３１と、各耐圧部２５1〜２５3とエピタキシャル層１２との間のＰＮ接合とが逆バイアスされ、ＰＮ接合から空乏層が広がり、電流が流れなくなる。
【００３５】
本発明の基板の表面から、細孔２３1〜２３3と矩形リング状の孔２６1〜２６3を含む複数の孔の底部よりも深い領域にはＰＮ接合はないので、表面からその底部までの深さの領域を表層領域７０とし、ＰＮ接合からの空乏層の広がりのうち、底面方向への広がりを無視すると、空乏層は、表層領域７０内部を横方向に広がる。
【００３６】
空乏層の広がり量は不純物の量に依存するので、表層領域７０内の空乏層の広がりを考えるには、表層領域７０内の不純物量を考えればよい。
【００３７】
表層領域７０内の不純物については、最内周のガードリング部２７1をリング幅方向に二等分する線を第１リング中心線３３1とすると、表層領域７０のうち、第１リング中心線３３1よりも内側の部分では、全部の耐圧部２５1〜２５3内のＰ型不純物の総量と、最内周のガードリング部２７1内のＰ型不純物の量とを合計した合計量は、エピタキシャル層１２内のＮ型不純物の量に等しくされている。
【００３８】
このため、表層領域７０のうち、第１リング中心線３３1よりも内側に位置するＮ型の部分が完全に空乏化したときには、第１リング中心線３３1よりも内側に位置するＰ型の部分が空乏化する。
【００３９】
すなわち、第１リング中心線３３1よりも内側に位置するエピタキシャル層１２の内部が完全に空乏化したときには、第１リング中心線３３1よりも内側に位置する全部の耐圧部２５1〜２５3の内部と最内周のガードリング部２７1の内部との両方が完全に空乏化する。
【００４０】
また、表層領域７０のうち、互いに隣接するガードリング部２７n-1，２７nのリング幅をそれぞれ二等分する第(ｎ−１)、第ｎリング中心線３３n-1，３３nの間に挟まれている領域では、エピタキシャル層１２内のＮ型不純物の量と、互いに隣接している各ガードリング部２７n-1，２７n内のＰ型不純物の量の合計とが互いに等しくなっている。
【００４１】
すなわち、どのガードリング部２７1〜２７3のリング中心線３３1〜３３3についても、各リング中心線３３1〜３３3より内側の表層領域７０では、Ｐ型不純物の量はＮ型不純物の量と等しくなっている。
【００４２】
このため、各リング中心線３３1〜３３3よりも内側のエピタキシャル層１２の内部が完全に空乏化したときには、各リング中心線３３1〜３３3よりも内側のガードリング部２７1〜２７3と、各耐圧部２５1〜２５3の内部と最内周のガードリング部２７1の内部との両方が完全に空乏化する。従って、従来のように空乏層が形成されない箇所に電界が集中してダイオードの耐圧が低下することはない。
【００４３】
なお、表層領域７０内では、各孔の深さは同じで、かつ各耐圧部２５1〜２５3と、各ガードリング部２７1〜２７3の不純物濃度は均一にされている。このため、ある領域についてＰ型不純物の量とＮ型不純物の量が等しくなるには、その領域内でＰ型不純物を含む部分の面積と不純物濃度の積と、Ｎ型不純物を含む部分の面積と不純物濃度の積とが等しいという条件を満たしていればよい。
【００４４】
そこで、本実施形態では、各耐圧部２５1〜２５3と最内周のガードリング部２７1の面積及び不純物濃度や、各耐圧部２５1〜２５3と最内周のガードリング部２７1の間の距離等を予め適当な値に設定して、第１リング中心線３３1より内側の表層領域７０で、全部の耐圧部２５1〜２５3の面積及び不純物濃度との積の総量と、最内周のガードリング部２７1の面積及び不純物濃度の積とを合計した合計量が、エピタキシャル層１２の面積及び不純物濃度の積と等しくなるようにしている。その結果、第１リング中心線３３1より内側の表層領域７０で全部の耐圧部２５1〜２５3のＰ型不純物の総量と、最内周のガードリング部２７1のＰ型不純物の量とを合計した量が、エピタキシャル層１２のＮ型不純物の量と等しくなっている。
【００４５】
同様に、各ガードリング部２７1〜２７3のリング幅及び不純物濃度等や、互いに隣接するガードリング部２７n-1,２７n間の距離等を予め適当な値に設定しており、互いに隣接する第(ｎ−１)、第ｎリング中心線３３n-1，３３n間の間に挟まれた表層領域７０では、互いに隣接するガードリング部２７n-1,２７nの不純物濃度と面積との積を合計した合計量が、互いに隣接する各ガードリング部２７n-1,２７nに挟まれたエピタキシャル層１２の不純物濃度と面積との積に等しくなるようにしている。その結果、互いに隣接する第(ｎ−１)、第ｎリング中心線３３n-1，３３n間の表層領域７０では、互いに隣接するガードリング部２７n-1,２７nのＰ型不純物の総量が、互いに隣接する各ガードリング部２７n-1,２７nに挟まれたエピタキシャル層１２のＮ型不純物の量と等しくなっている。
【００４６】
また、本発明では、各ガードリング部２７1〜２７3の各リング内周には、浅いＰ型不純物拡散層からなる中継拡散層５２1〜５２3がそれぞれ設けられている。ここでは、各中継拡散層５２1〜５２3は、各ガードリング部２７1〜２７3のリング内周に直接接触して配置されている。
【００４７】
互いに隣接するガードリング部２７1〜２７3の間に挟まれたエピタキシャル層１２の幅は、中継拡散層５２1〜５２3が設けられた部分の方が、中継拡散層５２1〜５２3が設けられていない部分よりも短くなっている。互いに隣接する各ガードリング部のうち、少なくとも一方のガードリング部の電位が浮遊電位に置かれている場合に、各ガードリング部２７1〜２７3から空乏層が広がると、エピタキシャル層１２の幅が短くなっている部分は、幅が長い部分よりも早く空乏化するので、中継拡散層５２1〜５２3が設けられた部分は、中継拡散層５２1〜５２3が設けられていない部分が空乏化する電圧よりも低い電圧で空乏化し、浮遊電位状態にあったガードリング部２７の電位状態を早く安定にすることができる。これらの中継拡散層５２1〜５２3はリング内周に部分的に配置されているが、リング内周や外周の全周に配置してもよい。あるいは、設けなくともよい。
【００４８】
また、本実施形態のダイオード１には各ガードリング部２７1〜２７3が３本設けられたものとしたが、本発明のガードリング部の本数はこれに限られるものではなく、何本設けられていてもよい。
【００４９】
また、上記実施形態のダイオード１では、各耐圧部２５1〜２５3の平面形状を、細長の矩形とし、各耐圧部２５1〜２５3は互いに平行に配置されたものとしたが、本発明の耐圧部はこれに限られるものではなく、例えば図１３に平面図を示し、図１４にそのＦ−Ｆ線断面図を示すように、平面形状が矩形の各耐圧部２５を、島状に配置したダイオード２を構成してもよい。なお、図１３では、簡単のため熱酸化膜１４、ＰＳＧ膜１５及びアノード電極膜１８は図示していない。
【００５０】
また、図１５に平面図を示し、図１６にそのＧ−Ｇ線断面図を示すように、矩形リング状の耐圧部２５ａと、その内周領域に配置された矩形の耐圧部２５ｂとを設け、これらの耐圧部２５ａ、２５ｂが最内周のガードリング部２７1より内側に配置されるダイオード３を構成してもよい。なお、図１５では、簡単のため熱酸化膜１４、ＰＳＧ膜１５及びアノード電極膜１８とは図示していない。
【００５１】
また、上記実施形態では、第１導電型をＮ型とし、第２導電型をＰ型としているが、これとは逆に第１導電型をＰ型とし、第２導電型をＮ型としてもよい。
【００５２】
【発明の効果】
電界集中が生じず、高耐圧のダイオードが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のダイオード素子を説明する平面図
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図
【図３】図１のＢ−Ｂ線断面図
【図４】本発明の一実施形態のダイオード素子の製造工程を説明する第１の断面図
【図５】本発明の一実施形態のダイオード素子の製造工程を説明する第２の断面図
【図６】本発明の一実施形態のダイオード素子の製造工程を説明する第３の断面図
【図７】本発明の一実施形態のダイオード素子の製造工程を説明する第４の断面図
【図８】本発明の一実施形態のダイオード素子の製造工程を説明する第５の断面図
【図９】本発明の一実施形態のダイオード素子の製造工程を説明する第６の断面図
【図１０】本発明の一実施形態のダイオード素子の製造工程を説明する第７の断面図
【図１１】本発明の一実施形態のダイオード素子の製造工程を説明する第１の平面図
【図１２】本発明の一実施形態のダイオード素子の製造工程を説明する第２の平面図
【図１３】本発明の他の実施形態のダイオード素子を説明する平面図
【図１４】図１３のＦ−Ｆ線断面図
【図１５】本発明のその他の実施形態のダイオード素子説明する平面図
【図１６】図１５のＧ−Ｇ線断面図
【図１７】従来のダイオード素子を説明する平面図
【図１８】図１７のＰ−Ｐ線断面図
【符号の説明】
１……ダイオード
１１……シリコン基板
１２……エピタキシャル層(半導体層)
１８……アノード電極膜(電極膜)
２５1〜２５3……耐圧部
２７1〜２７3……ガードリング部
[Document name] Specification [Title of invention] Diode element [Claims]
1. A first conductive type semiconductor layer and
A plurality of holes provided in the semiconductor layer, including a ring-shaped one and one arranged in the inner peripheral region of the ring-shaped one.
A filler made of a second conductive type semiconductor filled inside the plurality of holes, and a filler made of a second conductive type semiconductor.
It has an electrode film made of a material that is Schottky-bonded to the semiconductor layer and ohmic-bonded to the filler.
The guard ring portion is composed of the ring-shaped hole and the filling material filled in the ring-shaped hole.
A pressure-resistant portion is formed of a hole arranged in the inner peripheral region of the ring-shaped hole and a filler filled in the hole.
The active region is composed of a semiconductor layer located inside the inner circumference of the ring of the guard ring portion.
The electrode membrane is arranged so as to be in contact with the filling in the pressure-resistant portion and the active region.
In the active region, a Schottky junction formed by a Schottky junction of a portion where the electrode film and the semiconductor layer are in contact, and an ohmic junction of a portion where the electrode film and the filler in the pressure resistant portion are in contact with each other. It is a diode element in which an ohmic junction composed of
In the surface layer region which is a part of the substrate located at the depth from the surface of the substrate containing the semiconductor layer and the filler to the bottom of the hole, the ring center which divides the guard ring portion into two equal parts by the ring width. A diode element located inside the wire, where the amount of first conductive impurities inside the semiconductor layer and the amount of second conductive impurities in the packing are equal to each other.
2. A plurality of the guard ring portions are provided, and the guard ring portions are arranged concentrically with each other.
In the portion of the surface layer region located between the ring center lines of the guard ring portions adjacent to each other, the amount of the first conductive type impurities inside the semiconductor layer and the second conductive type impurities inside the filling material. The diode element according to claim 1, wherein the quantities are equal to each other.
Description: TECHNICAL FIELD [Detailed description of the invention]
[0001]
[Technical field to which the invention belongs]
The present invention relates to a diode, and more particularly to a Schottky barrier type diode having a structure in which a semiconductor crystal is epitaxially grown in a narrow groove.
0002.
[Conventional technology]
FIG. 17 shows a plan view of the diode 101 of the prior art, and FIG. 18 shows a sectional view taken along line PP of FIG. For the sake of simplicity, FIG. 17 does not show the thermal oxide film, the PSG film, and the anode electrode, which will be described later.
The diode 101 has an N-type silicon substrate 111. An N-type epitaxial layer 112 is formed on the surface of the silicon substrate 111.
0003
The surface of the epitaxial layer 112 is provided with a ring-shaped hole and a rectangular hole. Here, three ring-shaped holes and three rectangular holes are provided. The ring-shaped holes are arranged concentrically, and each rectangular hole is arranged inside the inner circumference of the ring of the innermost hole.
0004
The inside of each ring-shaped hole and each rectangular hole is formed by an epitaxial growth method and is filled with a semiconductor layer containing P-type impurities. The rectangular hole and the semiconductor layer form a pressure-resistant portion. 125 1 to 125 3 are configured, and guard ring portions 127 1 to 127 3 are formed by each ring-shaped hole and a semiconductor layer.
0005
A thermal oxide film 114 and a PSG film 115 are sequentially formed on the surface of the epitaxial layer 112. An anode electrode 118 made of a metal thin film is arranged on the PSG film 115. An opening is formed at the same position in the thermal oxide film 114 and the PSG film 115. The edge of this opening is shown by reference numeral 162a in FIG. At the bottom of this opening, the epitaxial layer 112, the pressure-resistant portions 125 1 to 125 3, and the innermost guard ring portion 127 1 are exposed, and these exposed portions come into contact with the bottom of the anode electrode 118. There is. The anode electrode 118 forms a Schottky junction 131 at a portion in contact with the epitaxial layer 112, and is an ohmic junction 130 1 to 130 3 with the pressure resistant portions 125 1 to 125 3 and the innermost guard ring portion 127 1. To form.
0006
In the diode 101 having such a configuration, when a positive voltage is applied to the anode electrode 118 and a negative voltage is applied to the cathode electrode 119, the Schottky junction 131 between the anode electrode 118 and the epitaxial layer 112 is forward-biased, and the anode electrode 118 to the cathode A current flows toward the electrode 119.
0007
On the contrary, when a negative voltage is applied to the anode electrode 118 and a positive voltage is applied to the cathode electrode 119, the Schottky junction 131 between the anode electrode 118 and the epitaxial layer 112, the pressure-resistant portions 125 1 to 125 3, and the innermost portion 125 1 to 125 3 are applied. The peripheral guard ring portion 127 1 and each PN junction between the epitaxial layer 112 are reverse-biased, and no current flows. In this state, a depletion layer spreads laterally in the epitaxial layer 112 from each PN junction.
0008
In such a conventional diode element 101, even if the epitaxial layer 112 is completely depleted, the insides of the pressure-resistant portions 125 1 to 125 3 and the guard ring portions 127 1 to 127 3 are not completely depleted and the depletion layer is not formed. There were times when there were spots. In this case, the electric field is concentrated in the place where the depletion layer is not formed, and the withstand voltage is lowered.
0009
[Problems to be Solved by the Invention]
The present invention has been created to solve the above inconveniences of the prior art, and an object of the present invention is to provide a diode element having a high withstand voltage.
0010
[Means for solving problems]
In order to solve the above problems, the invention according to claim 1 is provided in a first conductive type semiconductor layer and the semiconductor layer, and is arranged in a ring-shaped one and an inner peripheral region of the ring-shaped one. A material for shotkey bonding between a plurality of holes including the above, a filling composed of a second conductive type semiconductor filled inside the plurality of holes, and the semiconductor layer, and ohmic bonding with the filling. The guard ring portion is composed of the ring-shaped hole and the filling material filled in the ring-shaped hole, and is arranged in the inner peripheral region of the ring-shaped hole. The pressure-resistant portion is formed of the filling material filled in the pores, the active region is formed of the semiconductor layer located inside the inner circumference of the ring of the guard ring portion, and the electrode film is formed of the filling material in the pressure-resistant portion. The active region is arranged so as to be in contact with the active region, and the active region includes a shotkey junction formed by a shotkey junction at a portion where the electrode film and the semiconductor layer are in contact with each other, and the electrode film and the withstand voltage. It is a diode element in which an ohmic junction formed by an ohmic junction of a portion in contact with a filling in the portion is arranged, from the surface of the semiconductor layer and the substrate containing the filling to the bottom of the hole. In the surface layer region which is a part of the substrate located at the depth, the first conductive type impurity inside the semiconductor layer is a portion located inside the ring center line which divides the guard ring portion into two equal parts by the ring width. The amount of the second conductive type impurity in the filling is equal to each other.
The invention according to claim 2 is the diode element according to claim 1, wherein a plurality of guard ring portions are provided, the guard ring portions are arranged concentrically with each other, and guards in the surface layer region adjacent to each other are provided. In the portion of the ring portion located between the ring center lines, the amount of the first conductive type impurity inside the semiconductor layer and the amount of the second conductive type impurity inside the filling are equal to each other .
0011
When the first conductive type is N type and the second conductive type is P type in the diode element having such a configuration, a metal film that is ohmic-bonded to the semiconductor layer is formed on the surface opposite to the surface on which the holes are provided. When a positive voltage is applied to the metal film of the electrode film with the semiconductor layer grounded, the Schottky junction between the electrode film and the semiconductor layer is forward-biased, and the Schottky junction is passed through the electrode film to the electrode film. An electric current flows through the metal film. At this time, the PN junction between the filler in the pressure-resistant part and the semiconductor layer is also forward-biased, but the barrier height of the PN junction is higher than the barrier height of the Schottky junction, so the current flowing through the PN junction is Schottky. Much less than the current flowing through the junction.
0012
On the contrary, when a negative voltage is applied to the metal film on the electrode film, both the Schottky junction between the electrode film and the semiconductor layer and the PN junction between the pressure resistant portion and the semiconductor layer are reversed. It is biased and no current flows.
0013
If the plurality of holes described above are formed by the same etching process, the depth of each hole becomes constant and the thickness of the surface layer region also becomes constant. If the thickness of the surface layer region is constant, the depletion layer that spreads in the lateral direction spreads only inside the surface layer region. Therefore, in order to consider the depletion layer that spreads in the lateral direction, only the inside of the surface layer region needs to be considered.
0014.
In the diode element of the present invention, the amount of the first conductive type impurity and the amount of the second conductive type impurity are configured to be equal to each other in the surface layer region located inside the ring center line of the innermost guard ring portion. In the surface layer region, when the first conductive type semiconductor layer inside the ring center line of the innermost guard ring portion is completely depleted, the inside of the second conductive type pressure resistant portion and the guard ring portion is also completely depleted. To become.
0015.
As long as the amount of the first conductive type impurity and the amount of the second conductive type impurity are configured to be equal in this way, any of the above-mentioned plurality of holes arranged in the inner peripheral region of the ring-shaped one is used. It may have a shape, for example, a rectangular shape, a circular shape, or a ring shape.
0016.
In this way, the shape of the holes may be any shape, but if the distances between the holes adjacent to each other are not equal and there are holes arranged extremely apart from the other holes, the space between the other holes will be Even if depletion occurs, the space between the holes arranged apart from each other may not be depleted, and in that case, electric field concentration will occur in the non-depleted area. It should be equal to each other.
[0017]
Further, among the above-mentioned fillings, at least the fillings that are filled in the ring-shaped holes and constitute the guard ring portion may be formed in the same step. When configured in this way, the filling material constituting the guard ring portion is composed of the same material. If the packing is formed by epitaxial growth and a certain amount of impurity gas is introduced during the growth, the impurity concentration inside each filling becomes uniform. In particular, when the impurity concentration inside each guard ring portion is uniform, the areas inside and outside the ring center line that bisects the ring width are different, and they are located inside and outside the ring center line, respectively. The amounts of impurities are not exactly equal, but the difference between the amounts is so small that the amounts of impurities located inside and outside the ring centerline are approximately equal.
0018
In particular, when the guard ring portion is formed in a rectangular ring shape, the difference in the area of the portion located inside and outside the ring center line occurs only in the four corner portions, and the areas are exactly the same in the other portions. Therefore, it can be ignored, and it can be said that the impurities in the portions located inside and outside the ring center line are almost equal.
0019
In the diode element of the present invention, a plurality of guard ring portions are provided, and the first conductive type impurity and the second conductive type impurity are provided in the surface layer region of the portion located between the ring center lines of the guard ring portions adjacent to each other. May be configured so that the amounts of are equal to each other. With this configuration, in the surface layer region inside the ring center line of the arbitrary guard ring portion, the amount of the first conductive type impurity and the amount of the second conductive type impurity are equal to each other, and the ring of the arbitrary guard ring portion. In the surface layer region located inside the center line, when the first conductive type semiconductor layer is completely depleted, the inside of the second conductive type pressure-resistant portion and the guard ring portion is also completely depleted.
0020
If the distance between the ring outer circumference of the guard ring portion located inside and the inner circumference of the ring of the guard ring portion located outside is made uniform between the guard ring portions adjacent to each other, the ring outer circumference of the inner guard ring portion can be used. When the depletion layer spreads, the end of each depletion layer reaches the inner circumference of the ring of the outer guard ring part at the same time, so that the end of the depletion layer does not reach a part, so that a non-depletion part is formed. There is nothing.
0021.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, a method for manufacturing a diode element according to an embodiment of the present invention will be described.
0022.
With reference to FIG. 4, reference numeral 11 indicates an N-type silicon substrate 11. An N-type epitaxial layer 12, which is an example of the semiconductor layer of the present invention, is formed on the surface of the silicon substrate 11. A patterned thermal oxide film 13 is formed on the surface of the epitaxial layer 12. The thermal oxide film 13, as shown in the plan view of FIG. 11, has a planar shape and a rectangular ring-shaped opening 47 1-47 3, the planar shape of the opening 46 1 to 46 3 of the rectangular portions plurality and it has a rectangular ring-shaped opening 47 1-47 3, at the bottom of the rectangular opening 46 1 to 46 3, the epitaxial layer 12 is exposed. Here, it has three rectangular ring-shaped openings 47 1 to 473 and three rectangular ring-shaped openings 46 1 to 46 3 . Note that FIG. 4 corresponds to the cross-sectional view taken along the line DD of FIG.
[0023]
As shown in FIG. 11, the rectangular ring-shaped openings 47 1 to 47 3 are arranged concentrically, and the rectangular ring-shaped openings 46 1 to 46 3 are the innermost rectangular ring-shaped openings 47 1 . It is located inside the inner circumference of the ring and is arranged parallel to each other.
0024
When the epitaxial layer 12 exposed at the bottom of the opening of the thermal oxide film 13 is etched using the thermal oxide film 13 as a mask, the bottom of the rectangular openings 46 1 to 46 3 and the rectangular ring-shaped opening are as shown in FIG. 47 1-47 3 epitaxial layer 12 exposed at the bottom is removed, under the rectangular opening 46 1 to 46 3 and the rectangular ring-shaped opening 47 1-47 3, fine each planar shape is an elongated rectangular shape the holes 23 1 to 23 3, a rectangular ring-shaped opening 26 1-26 3 planar shape is a rectangular ring shape is formed. These pores 23 1-23 3 and the rectangular ring-shaped opening 26 1-26 3 because it is formed simultaneously in the same etching step, the respective depths are equal to each other, each of the pores 23 1-23 bottom of the 3 and the rectangular ring-shaped opening 26 1-26 3 are both located within the epitaxial layer 12.
0025
Then, the inside of the pore 23 1-23 3 and the rectangular ring-shaped opening 26 1-26 3, when growing an epitaxial layer while flowing a gas containing boron that is a p-type impurity, as shown in FIG. 6 , the interior of the elongated rectangular pores 23 1-23 3, together with the resistant portion 25 to 253 consisting of P type epitaxial layer is formed, in the interior of the rectangular ring-shaped opening 26 1-26 3 guard ring portion 27 1 to 27 3 made of P-type epitaxial layer is formed. Thus, and the guard ring portions 27 1 to 27 3, the breakdown voltage unit 25 1 to 25 3, the impurity is added gas flowing by a certain amount, the pore 23 1-23 3 and the rectangular ring-shaped opening 26 because it is formed by epitaxial growth on the inside of the 1-26 3, the impurity concentration inside has become uniform. An epitaxial layer 12, and each of withstand voltage portions 25 1 to 25 3, and the guard ring portions 27 1 to 27 3, and constitutes an example of the substrate of the present invention.
0026
Next, by patterning the thermal oxide film 13, as shown in FIG. 7, the thermal oxide film 13 at a position in contact with the respective openings 47 1 to 47 3 of each rectangular ring-shaped, partially cut-away 51 1 - 51 3 a plurality formation. Incidentally, FIG. 7 corresponds to the line E-E sectional view of FIG. 12, wherein the planar shape of the notch 51 1-51 3 as shown in FIG. 12 is in a rectangular shape.
[0027]
Then, when the thermal oxide film 13 as a mask, boron ions are implanted into the substrate surface, P-type impurity implantation layer is formed in the notch 51 1-51 3 of the formed portion of the surface of the epitaxial layer 12, the heat treatment as shown in FIG. 8 by diffusing the P-type impurity implantation layer, a portion formed of the notches 51 1-51 3, each of the guard ring portions 27 1 to 27 3 of the ring in the circumferential and the P-type impurity in contact with relay diffusion layer 52 1-52 3 consisting of the diffusion layer is formed.
[0028]
Next, after the thermal oxide film 13 is removed, a thermal oxidation treatment is performed to form a thermal oxide film on the surface of the epitaxial layer 12, and a PSG film is formed on the surface of the thermal oxide film by a CVD method or the like. After that, the thermal oxide film and the PSG film are patterned to form an opening in the thermal oxide film and the PSG film located inside the innermost guard ring portion 27 1 in the ring width direction. Reference numeral 14 in FIG. 9 indicates a thermal oxide film, reference numeral 15 indicates a PSG film, and reference numeral 60 indicates an opening. At the bottom of the opening 60, the epitaxial layer 12, the surface of the pressure portion 25 to 253 is exposed.
[0029]
Next, the metal is sputtered to form a metal film on the entire surface, and then the metal film is patterned to form the anode electrode film 18 made of the metal film. The state is shown in FIG. Metal constituting the metal film, the epitaxial layer 12 exposed at the bottom of the opening 60, in contact with the pressure-resistant portion 25 to 253, and the epitaxial layer 12 to form a Schottky junction withstand voltage portions 25 1 to 25 3 Is a metal that forms an ohmic junction, and chromium is used here. The ohmic junction formed between the anode electrode film 18 and the epitaxial layer 12 and an ohmic junction 301 to 303, a Schottky junction Schottky junction formed between the anode electrode film 18 and the breakdown voltage 25 to 253 Assuming that the portion 31, the Schottky joint portion 31 and the ohmic joint portions 30 1 to 30 3 are both located inside the inner circumference of the ring of the guard ring portion 27 1 on the innermost circumference.
[0030]
An anode electrode film 18 is arranged on the surface of the epitaxial layer 12. Bottom of the anode electrode film 18, and the withstand voltage portions 25 1 to 25 3 exposed at the open bottom portion of the thermal oxide film 14 and PSG film 15 as described above, the guard ring portion 27 1 of the innermost, epitaxial layer 12 of contact with the surface, the guard ring portion 27 2-27 3 except the innermost circumference has become a non-contact state. Location result, the guard ring portion 27 1 of the innermost and the withstand voltage portions 25 1 to 25 3 have the same potential as the anode electrode film 18, the guard ring portion 27 2-27 3 except the innermost circumference to the floating potential It has been done. Each guard ring portions 27 1 to 27 3 as described above, it is arranged concentrically so as to surround the withstand voltage portion 25 1 to 25 3.
0031
After that, a cathode electrode film 19 made of a metal thin film that ohmic-bonds to the substrate 11 is formed on one surface of the substrate 11 on the side opposite to the side on which the epitaxial layer 12 is arranged. Through the above steps, the diode 1 according to the embodiment of the present invention shown in FIGS. 1 and 2 is completed. FIG. 1 is a plan view of the diode 1, and FIGS. 2 and 3 show cross-sectional views of portions corresponding to the AA line cross section and the BB line cross section of FIG. 1, respectively. For the sake of simplicity, the anode electrode film 18, the thermal oxide film 14, and the PSG film 15 are omitted in FIG. Reference numeral 60 indicates an opening between the thermal oxide film 14 and the PSG film 15.
[0032]
In such a diode 1, when a positive voltage is applied to the cathode electrode film 19 to the anode electrode film 18, the Schottky junction 31 between the anode electrode film 18 and the epitaxial layer 12 is forward-biased, and the anode electrode film is forward-biased. A current flows from 18 toward the cathode electrode film 19.
0033
At this time, the PN junction between the withstand voltage portions 25 1 to 25 3 and the epitaxial layer 12 is forward biased, since the barrier height of the PN junction is greater than the barrier height of the Schottky junction, the PN junction No current flows, or even a small amount of current flows.
0034
On the contrary, when a negative voltage is applied to the anode electrode film 18 with respect to the cathode electrode film 19, the Schottky junction 31 between the anode electrode film 18 and the epitaxial layer 12 and each pressure resistant portion 25 1 to 25 1 to is a PN junction and a reverse bias between the 25 3 and the epitaxial layer 12, a depletion layer spreads from the PN junction, the current does not flow.
0035.
From the surface of the substrate of the present invention, since there is no PN junction region deeper than the bottom of the plurality of holes comprises pores 23 1-23 3 and the rectangular ring-shaped opening 26 1-26 3, from the surface to the bottom thereof When the depth region is defined as the surface layer region 70 and the spread of the depletion layer from the PN junction in the bottom surface direction is ignored, the depletion layer spreads laterally inside the surface layer region 70.
0036
Since the amount of spread of the depletion layer depends on the amount of impurities, the amount of impurities in the surface layer region 70 may be considered in order to consider the spread of the depletion layer in the surface layer region 70.
0037
The impurities in the surface region 70, when a line that bisects the guard ring portion 27 1 of the innermost in the ring width direction as the first ring center line 33 1, of the surface region 70, the first ring center line 33 the inner part than 1, and the total amount of all P-type impurity of the pressure unit 25 1 to 25 3, the total amount of the sum of the amount of P-type impurities of the inner periphery of the guard ring portion 27 1 top is , The amount of N-type impurities in the epitaxial layer 12 is equalized.
[0038]
Therefore, of the surface region 70, when the N-type portion located inward than one first ring center line 33 is completely depleted, the P-type to be positioned inside the first ring center line 33 1 The part becomes depleted.
[0039]
That is, when the interior of the epitaxial layer 12 located inside the first ring center line 33 1 is completely depleted, all of the pressure unit 25 to 253 than the first ring center line 33 1 is located inside Both the inside of the guard ring portion 27 1 on the innermost circumference and the inside of the guard ring portion 27 1 are completely depleted.
0040
Further, in the surface layer region 70, the ring widths of the guard ring portions 27 n-1 and 27 n adjacent to each other are bisected at the (n-1) th and nth ring center lines 33 n-1 , 33 n , respectively. In the region sandwiched between them, the total amount of N-type impurities in the epitaxial layer 12 and the total amount of P-type impurities in the adjacent guard ring portions 27 n-1 and 27 n are equal to each other. It has become.
[0041]
That is, the ring center line 33 to 333 of which the guard ring portions 27 1 to 27 3 is also in the surface layer region 70 inner than each ring centerline 33 to 333, the amount of P-type impurities of the N type impurity Is equal to the quantity.
[0042]
Therefore, when than the ring center line 33 to 333 is within the inner of the epitaxial layer 12 was completely depleted, rather than the ring center line 33 to 333 inside the guard ring portion 27 1 to 27 3 When, depleted both fully the interior of the inner and innermost guard ring portion 27 1 each withstand voltage portions 25 1 to 25 3. Therefore, the electric field does not concentrate in the place where the depletion layer is not formed as in the conventional case, and the withstand voltage of the diode does not decrease.
[0043]
In the inside surface region 70, the depth of each hole the same and the respective withstand voltage portions 25 1 to 25 3, the impurity concentration of each of the guard ring portions 27 1 to 27 3 is uniform. Therefore, in order for the amount of P-type impurities and the amount of N-type impurities to be equal for a certain region, the product of the area containing P-type impurities and the impurity concentration in the region, and the area and impurities of the portion containing N-type impurities in that region. It suffices if the condition that the product of concentrations is equal is satisfied.
[0044]
Therefore, in this embodiment, the area and the impurity concentration and the withstand voltage portions 25 1 to 25 3 and the innermost guard ring portion 27 1, the innermost and the withstand voltage portions 25 1 to 25 3 guard ring portion 27 1 set the distance or the like between the in advance an appropriate value, inside the surface region 70 from the first ring center line 33 1, and the total amount of the product of the whole area and the impurity concentration of the pressure unit 25 to 253 The total amount of the product of the area of the guard ring portion 27 1 on the innermost circumference and the impurity concentration is made equal to the product of the area of the epitaxial layer 12 and the impurity concentration. As a result, the total amount of all the P-type impurity of the pressure unit 25 to 253 inside the surface region 70 from the first ring center line 33 1, the amount of the innermost guard ring portion 27 1 of the P-type impurity Is equal to the amount of N-type impurities in the epitaxial layer 12.
0045
Similarly, and ring width and the impurity concentration of each guard ring portions 27 1 to 27 3, and set in advance a suitable value such as a distance between the guard ring portion 27 n-1, 27 n that are adjacent to each other, to each other In the surface area 70 sandwiched between the adjacent (n-1) and nth ring center lines 33 n-1 , 33 n , the impurity concentrations of the guard ring portions 27 n-1 , 27 n adjacent to each other The total amount of the product with the area is equal to the product of the impurity concentration and the area of the epitaxial layer 12 sandwiched between the guard ring portions 27 n-1 and 27 n adjacent to each other. As a result, in the surface layer region 70 between the (n-1) and nth ring center lines 33 n-1 , 33 n adjacent to each other, the P-type impurities of the guard ring portions 27 n-1 , 27 n adjacent to each other The total amount is equal to the amount of N-type impurities in the epitaxial layer 12 sandwiched between the guard ring portions 27 n-1 and 27 n adjacent to each other.
[0046]
In the present invention, the inner periphery each ring of the guard ring portions 27 1 to 27 3, the relay diffusion layer 52 1-52 3 are provided respectively consisting of a shallow P-type impurity diffusion layer. Here, the relay diffusion layers 52 1 to 52 3 is disposed in direct contact with the inner circumference of the ring of the guard ring portions 27 1 to 27 3.
[0047]
Width sandwiched epitaxial layer 12 between adjacent guard ring portions 27 1 to 27 3 each other, towards the portion where the relay diffusion layer 52 1-52 3 is provided, a relay diffusion layer 52 1-52 3 It is shorter than the part that is not provided. Among the guard ring portions adjacent to each other, when the potential of at least one of the guard ring portion is placed at a floating potential, the depletion layer expands from the guard ring portions 27 1 to 27 3, the width of the epitaxial layer 12 portion becomes shorter, the width is depleted faster than long portion, the portion where the relay diffusion layer 52 1-52 3 is provided, the portion where the relay diffusion layer 52 1-52 3 is not provided The potential state of the guard ring portion 27, which was in the floating potential state, can be quickly stabilized by depleting at a voltage lower than the depletion voltage. These relay diffusion layer 52 1-52 3 is partially disposed circumferentially within the ring, it may be disposed all around the circumference and the outer circumference of the ring. Alternatively, it does not have to be provided.
0048
Further, although it is assumed that the diode 1 of the present embodiment is provided with three guard ring portions 27 1 to 273, the number of guard ring portions of the present invention is not limited to this, and any number of guard ring portions are provided. It may have been.
[0049]
Further, in the diode 1 of the above embodiment, the planar shape of each pressure-resistant portions 25 1 to 25 3, a rectangular elongated, the withstand voltage portions 25 1 to 25 3 has been assumed arranged parallel to each other, the present invention The pressure-resistant portion is not limited to this. For example, as shown in FIG. 13 for a plan view and FIG. 14 for a cross-sectional view taken along the line FF, each pressure-resistant portion 25 having a rectangular planar shape is formed into an island shape. The arranged diode 2 may be configured. In FIG. 13, the thermal oxide film 14, the PSG film 15, and the anode electrode film 18 are not shown for simplicity.
0050
Further, as shown in FIG. 15 for a plan view and FIG. 16 for a sectional view taken along line GG, a rectangular ring-shaped pressure-resistant portion 25a and a rectangular pressure-resistant portion 25b arranged in the inner peripheral region thereof are provided. A diode 3 in which these pressure-resistant portions 25a and 25b are arranged inside the guard ring portion 27 1 on the innermost circumference may be configured. In FIG. 15, the thermal oxide film 14, the PSG film 15, and the anode electrode film 18 are not shown for simplicity.
0051
Further, in the above embodiment, the first conductive type is N type and the second conductive type is P type, but conversely, the first conductive type is P type and the second conductive type is N type. Good.
[0052]
【Effect of the invention】
A diode with high withstand voltage can be obtained without electric field concentration.
[Simple explanation of drawings]
FIG. 1 is a plan view illustrating a diode element according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of FIG. 1. FIG. 3 is a sectional view taken along line BB of FIG. 1. FIG. A first cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a diode element according to an embodiment of the present invention. FIG. 5 is a second cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a diode element according to an embodiment of the present invention. FIG. Third sectional view illustrating the manufacturing process of the diode element of the embodiment FIG. 7 is a fourth sectional view illustrating the manufacturing process of the diode element of the embodiment of the present invention FIG. 8 is an embodiment of the present invention. FIG. 9 is a fifth cross-sectional view illustrating the manufacturing process of the diode element of the present invention. FIG. 9 is a sixth cross-sectional view illustrating the manufacturing process of the diode element according to the embodiment of the present invention. FIG. FIG. 11 is a seventh sectional view illustrating a manufacturing process of the element. FIG. 12 is a first plan view illustrating a manufacturing process of the diode element according to the embodiment of the present invention. FIG. 12: FIG. 12 shows the diode element according to the embodiment of the present invention. 2nd plan view explaining the manufacturing process FIG. 13 is a plan view explaining the diode element of another embodiment of the present invention FIG. 14 is a sectional view taken along line FF of FIG. 13. Other of the present invention. FIG. 16 is a sectional view taken along line GG of FIG. 15. FIG. 17 is a sectional view illustrating a conventional diode element. FIG. 18 is a sectional view taken along line PP of FIG. Description of the code]
1 ... Diode 11 ... Silicon substrate 12 ... Epitaxial layer (semiconductor layer)
18 …… Anode electrode film (electrode film)
25 1 to 25 3 …… Pressure resistant part 27 1 to 27 3 …… Guard ring part