JP2007103788A

JP2007103788A - 半導体素子

Info

Publication number: JP2007103788A
Application number: JP2005293795A
Authority: JP
Inventors: Hiromi Hasegawa; 博美長谷川
Original assignee: Sanken Electric Co Ltd
Current assignee: Sanken Electric Co Ltd
Priority date: 2005-10-06
Filing date: 2005-10-06
Publication date: 2007-04-19

Abstract

【課題】応力によって生ずる結晶欠陥の発生を抑制し、良好な素子特性を備える半導体素子を提供する。
【解決手段】
半導体素子１０は、エピタキシャル層１２と、高濃度拡散領域１３と、Ｐ型半導体領域１４を備える。高濃度拡散領域１３は、Ｐ型半導体領域１４を囲むようにＰ型半導体領域１４からほぼ均等な距離だけ離間し、且つそれぞれ離間して形成された第１の高濃度拡散領域１３ａ〜第６の高濃度拡散領域１３ｆを備える。隣り合う高濃度拡散領域１３が、高濃度拡散領域１３より低い不純物濃度に形成されたエピタキシャル層１２を介して所定距離離間することによって、応力の集中を緩和することができ、半導体素子１０内に結晶歪が生ずることを良好に抑制することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体素子に関する。

従来、ショットキーバリアダイオードとして、特許文献１に開示されたものが知られている。特許文献１に開示されたショットキーバリアダイオードは、Ｎ^＋型半導体基板と、この上に形成されたＮ型エピタキシャル層と、Ｎ型エピタキシャル層の上面に形成され且つエピタキシャル層との界面でショットキー接合するショットキーバリア電極（アノード電極）と、エピタキシャル層の表面から半導体基板に達し且つ平面的に見てショットキー接合を包囲するように形成されたＮ^＋型環状領域と、この環状領域にオーミック接触する電極（カソード電極）と、を備える。

このような構造を採る半導体素子は、一対の電極が半導体素子の同一面に配置されるため、プリント基板等に対してダイオードを表面実装することが可能となる。
実開昭６１−３９９５９号公報

ところで、特許文献１に開示されたショットキーバリアダイオードにおいて、Ｎ^＋型環状領域は、Ｎ型エピタキシャル層にＮ型不純物であるリン（Ｐ）を熱拡散して形成される。リンはシリコン単結晶基板内に導入されると圧縮応力源として働くことが知られている。そして、圧縮応力はリンの濃度が高いほど高くなる傾向にある。特許文献１に開示されたダイオードのＮ^＋型環状領域では、リンが高濃度に拡散されているため、この応力が強く生ずる。結果として特許文献１に開示されたダイオードでは応力によって結晶歪が発生し、結晶欠陥による特性低下が発生しやすい問題がある。この問題は、ショットキーバリアダイオードに限らず、ＰＮ接合ダイオード等でも同様に生ずる。

また、特にダイオードのスイッチング特性を向上させるため、例えば金、白金等の重金属をライフタイムキラーとして拡散させた場合、上述した結晶歪はより顕著に発生する。

本発明は上述した実情に鑑みてなされたものであり、応力によって生ずる結晶欠陥の発生を抑止し、良好な素子特性を備える半導体素子を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る半導体素子は、
第１導電型の第１半導体領域と、前記第１半導体領域の表面領域に形成された第１導電型の第２半導体領域と、を備える半導体基体と、
前記第１半導体領域上に形成された第１の電極と、
前記第２半導体領域上に形成された第２の電極と、を備え、
前記第２半導体領域は、相互に分離された複数の島状の半導体領域から構成され、前記島状の半導体領域は、前記第１半導体領域の表面領域の前記第１の電極が形成された領域を包囲するように環状に配置されることを特徴とする。

前記半導体素子は、前記第１半導体領域の表面領域の前記第１の電極が形成された領域に島状に形成された第２導電型の第３半導体領域を備え、
前記第２半導体領域を構成する前記複数の島状の半導体領域は、前記第３半導体領域を包囲するように前記第１半導体領域の表面領域に環状に配置されてもよい。

前記第１半導体領域の不純物濃度は、前記第２半導体領域の不純物濃度と比較して低くてもよい。

前記第３半導体領域は、略方形の島状に形成されており、それぞれの角に曲率部が設けられ、
前記島状の半導体領域は、前記第３半導体領域の前記曲率部に対応した曲率部を備え、前記島状の半導体領域は、それぞれ前記第３半導体領域からほぼ均等に離間されてもよい。

上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係る半導体素子は、
第２導電型の第１半導体領域と、前記第１半導体領域の表面領域に形成された第１導電型の第２半導体領域と、を備える半導体基体と、
前記第１半導体領域上に形成された第１の電極と、
前記第２半導体領域上に形成された第２の電極と、を備え、
前記第２半導体領域は、相互に分離された複数の島状の半導体領域から構成され、前記島状の半導体領域は、前記第１半導体領域の表面領域に前記第１の電極が形成された領域を包囲するように環状に配置されることを特徴とする。

本発明によれば、複数の高濃度拡散領域を相互に離間させて配置し、隣接する高濃度拡散領域の間に高濃度拡散領域より低い不純物濃度の領域を介在させることによって半導体素子内に結晶歪が生ずることを抑制することができ、良好な素子特性を備える半導体素子を提供することができる。

本発明の各実施の形態に係る半導体素子について図を用いて説明する。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る半導体素子を図１及び図２に示す。図１は、半導体素子１０の構成例を示す平面図であり、図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。なお、本実施の形態では、半導体素子として特にＰＮ接合ダイオードを例に挙げて説明する。

半導体素子１０は、図１及び図２に示すように、半導体基体２０と、アノード電極２１と、カソード電極２２と、絶縁層２３と、絶縁膜２４と、バンプ電極２５と、金属層２６ａ、２６ｂと、を備える。

半導体基体２０は、半導体基板１１と、エピタキシャル層１２と、高濃度拡散領域１３と、Ｐ型半導体領域１４と、を備える。

半導体基体２０のほぼ全体には、半導体素子１０のスイッチング特性を向上させるため、ライフタイムキラーとして重金属（例えばＰｔ，Ａｕ等）が拡散されている。ライフタイムキラーとは、半導体基板２０内に拡散された重金属原子が、トラップとして機能し、少数キャリアの再結合を促進させることによって、少数キャリアのライフタイム（寿命）を短くするものである。

半導体基板１１は、Ｎ型の不純物、例えばリン等が拡散された半導体基板である。半導体基板１１の上面にはエピタキシャル層１２、高濃度拡散領域１３等が形成され、これらの領域の支持基板として機能する。半導体基体１１は、例えば３００〜５００μｍの厚みに形成される。また、半導体基板１１の不純物濃度は、エピタキシャル層１２の不純物濃度より高く、例えば３×１０^１９〜４×１０^１９ｃｍ^−３程度に形成される。

エピタキシャル層１２は、Ｎ型の不純物、例えばリン等が拡散された半導体領域である。エピタキシャル層１２は、半導体基板１１上に、周知のエピタキシャル成長法で形成される。エピタキシャル層１２は、例えば２０μｍの厚みに形成される。また、エピタキシャル層１２の不純物濃度は、半導体基板１１の不純物濃度及び高濃度半導体領域１３の不純物濃度と比較して低く形成され、例えば７×１０^１４〜８×１０^１４ｃｍ^−３程度に形成される。

高濃度拡散領域１３は、Ｎ型の不純物、例えばリン等が拡散された半導体領域であり、周知の熱拡散法によって形成される。高濃度拡散領域１３は、図１に示すように６つの島状の領域に分割して形成された第１の高濃度拡散領域１３ａ〜第６の高濃度拡散領域１３ｆを備える。第１の高濃度拡散領域１３ａ〜第６の高濃度拡散領域１３ｆは、図２に示すようにエピタキシャル層１２の表面領域から、半導体基板１１の上面に到達するように形成される。高濃度拡散領域１３は、例えば２０〜３０μｍの厚みに形成され、高濃度拡散領域１３の不純物濃度は、エピタキシャル層１２の不純物濃度より高く、例えば５×１０^１９ｃｍ^−３程度に形成される。また、第１の高濃度拡散領域１３ａ〜第６の高濃度拡散領域１３ｆの上面にはそれぞれカソード電極２２と、バンプ電極２５と、金属層２６ａ、２６ｂと、が形成されており、高濃度拡散領域１３は、半導体基板１１とエピタキシャル層１２とともに半導体素子１０のカソード領域として機能する。また、第１の高濃度拡散領域１３ａ〜第６の高濃度拡散領域１３ｆにそれぞれバンプ電極２５が形成されることによって、それぞれの高濃度拡散領域に分散して電流を流すことができる。

第１の高濃度拡散領域１３ａ、第２の高濃度拡散領域１３ｂ、第３の高濃度拡散領域１３ｃ、第４の高濃度拡散領域１３ｄは、Ｐ型半導体領域１４の４つの角部に対応する領域にそれぞれ形成される。第５の高濃度拡散領域１３ｅは、第１の高濃度拡散領域１３ａと第３の高濃度拡散領域１３ｃとの間に形成され、第６の高濃度拡散領域１３ｆは、第２の高濃度拡散領域１３ｂと第４の高濃度拡散領域１３ｄとの間に形成される。第１の高濃度拡散領域１３ａ〜第６の高濃度拡散領域１３ｆは、相互に離間して形成されており、隣り合う高濃度拡散領域１３の間にはエピタキシャル層１２が介在する。また、特に第１の高濃度拡散領域１３ａ〜第４の高濃度拡散領域１３ｄの、素子中央部には、図１に示すようにＰ型半導体領域１４の曲率部（Ｒ部）１４ａに対応する曲率部が形成されており、第１の高濃度拡散領域１３ａ〜第４の高濃度拡散領域１３ｄと、Ｐ型半導体領域１４との間隔はほぼ同じに形成される。したがって、第１の高濃度拡散領域１３ａ〜第６の高濃度拡散領域１３ｆは、全てほぼ同じ距離だけＰ型半導体領域１４から離間する。

高濃度拡散領域１３と、エピタキシャル層１２とにＮ型の不純物として拡散されたリンは、高濃度拡散領域１３とエピタキシャル層１２との内部に働く圧縮応力源となる。そして、リンは高濃度に拡散されるほど、領域内に生ずる応力は高くなる傾向にある。本実施の形態では、上述したように第１の高濃度拡散領域１３ａ〜第６の高濃度拡散領域１３ｆの間に、高濃度拡散領域１３より不純物濃度の低いエピタキシャル層１２が形成される。従って、高濃度拡散領域１３内で生じた応力を、エピタキシャル層１２によって逃がすことができ、半導体基体２０内に結晶歪が生ずることを抑制することができる。

Ｐ型半導体領域１４は、Ｐ型の不純物、例えばボロン（Ｂ）等が拡散された半導体領域であり、周知の熱拡散法によって形成される。Ｐ型半導体領域１４は、図１に示すように曲率部（Ｒ部）１４ａを四角に備える略方形状に形成され、半導体基体２０の中央領域に形成される。また、Ｐ型半導体領域１４の上面には、アノード電極２１が形成され、Ｐ型半導体領域１４はアノード領域として機能する。Ｐ型半導体領域１４は、例えば１３μｍの厚みに形成され、Ｐ型半導体領域１４の不純物濃度は、例えば６×１０^１８ｃｍ^−３程度に形成される。

アノード電極２１は、導電材料、例えばアルミニウム等から構成され、Ｐ型半導体領域１４の上面に形成される。

カソード電極２２は、導電材料、例えばアルミニウム等から構成され、第１の高濃度拡散領域１３ａ〜第６の高濃度拡散領域１３ｆ上にそれぞれ形成される。

絶縁層２３は、絶縁材料、例えばシリコン酸化膜から構成され、エピタキシャル層１２の上面に形成され、アノード電極２１とカソード電極２２とを電気的に絶縁する。

絶縁膜２４は、絶縁材料から構成され、アノード電極２１とカソード電極２２と絶縁層２３とを覆うように形成される。絶縁膜２４は、アノード電極２１とカソード電極２２とを電気的に絶縁する。また、絶縁膜２４は、アノード電極２１及びカソード電極２２上のバンプ電極２５が形成される領域に対応して形成された開口部２４ａ，２４ｃを備える。

バンプ電極２５は、半田等から構成され、第１の高濃度拡散領域１３ａ〜第６の高濃度拡散領域１３ｆ、Ｐ型半導体領域１４のそれぞれの上面に、例えばニッケル等からなる金属層２６ａ、２６ｂを介して形成される。バンプ電極２５を、第１の高濃度拡散領域１３ａ〜第６の高濃度拡散領域１３ｆ上にそれぞれ形成することによって、全ての第１の高濃度拡散領域１３ａ〜第６の高濃度拡散領域１３ｆに電流を均一に分散して流すことができる。

上述したように本実施の形態の半導体素子１０では、第１の高濃度拡散領域１３ａ〜第６の高濃度拡散領域１３ｆをＰ型半導体領域１４を包囲するように環状に相互に離間させて形成することによって、隣り合う高濃度拡散領域１３の間に、それより低不純物濃度のエピタキシャル層１２を介在させることができる。従って、高濃度拡散領域１３内に生ずる応力をエピタキシャル層１２内に逃がすことができるため、圧縮応力によって半導体基体２０内に結晶歪が生ずることを良好に抑制することができる。結果として、半導体素子１０内に不良が生じにくくなり、半導体素子１０は良好な素子特性を備える。

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る半導体素子を図３及び図４に示す。図３は半導体素子３０の平面図であり、図４は図３のＢ−Ｂ線断面図である。本実施の形態では、Ｐ型半導体領域を有しないショットキーバリアダイオードを例に挙げて説明する。また、第１の実施の形態と共通する部分には同一の引用番号を付し、詳細な説明は省略する。

半導体素子３０は、図３及び４に示すように半導体基体３１と、アノード電極（ショットキーバリア電極）２１と、カソード電極２２、絶縁層２３と、絶縁膜２４と、バンプ電極２５と、金属層２６ａ、２６ｂと、を備える。

半導体基体３１は、Ｎ^＋型の半導体基板１１と、半導体基板１１の上面に形成されたＮ型のエピタキシャル層３２と、エピタキシャル層３２の表面領域から半導体基板１１に達し且つ平面的に見てアノード電極が形成された領域を包囲するように形成されたＮ^＋型の高濃度拡散領域３３と、を備える。

なお、高濃度拡散領域３３は、上述した実施の形態と同様に第１の高濃度拡散領域３３ａ〜第６の高濃度拡散領域３３ｆから構成される。また、高濃度拡散領域３３は、図３に示すように、エピタキシャル層３２の上面に形成されたアノード電極２１を包囲するように形成される。

また、アノード電極２１は、Ｎ型エピタキシャル層３２の上面に形成され且つエピタキシャル層３２との界面でショットキー接合しており、カソード電極２２は、第１の高濃度拡散領域３３ａ〜第６の高濃度拡散領域３３ｆとオーミック接触するようにそれぞれ形成される。

このように第１の高濃度拡散領域３３ａ〜第６の高濃度拡散領域３３ｆを相互に離間させて形成し、隣り合う高濃度拡散領域３３の間にエピタキシャル層３２を介在させることによって、上述した実施の形態と同様に高濃度拡散領域３３内に生ずる応力をエピタキシャル層３２内に逃がすことができる。従って、半導体基体３１内に生ずる結晶歪を抑制することができ、半導体素子３０は良好な素子特性を備える。

本発明は上述した実施の形態に限られず、修正及び応用が可能である。
例えば、上述した第１の実施の形態では、半導体基板１１上にエピタキシャル層１２を形成し、エピタキシャル層１２の表面領域にＰ型半導体領域１４を形成する場合を例に挙げて説明したが、これに限られない。例えば、図５及び図６に示す半導体素子５０のようにＮ型のエピタキシャル層を形成せずに、半導体基板１１上にＰ型のエピタキシャル層５２を形成することも可能である。この場合、エピタキシャル層５２の上面にアノード電極２１が形成され、エピタキシャル層５２の表面領域に高濃度拡散領域５３が形成される。また、高濃度拡散領域５３は、上述した各実施の形態と同様に第１の高濃度拡散領域５３ａ〜第６の高濃度拡散領域５３ｆから構成され、エピタキシャル層５２のアノード電極２１が形成される領域（図５の中心領域）を包囲するように平面的に見て環状に配置される。また、第１の高濃度拡散領域５３ａ〜第６の高濃度拡散領域５３ｆは、それぞれほぼ同じ距離だけアノード電極２１から離間して形成される。

なお、図５及び図６に示す半導体素子５０では、Ｐ型のエピタキシャル層５２と高濃度拡散領域５３との間にＰＮ接合が形成される。従って、この構造を採る場合、隣り合う高濃度拡散領域５３の間隔（例えば図５に示す距離Ｘ、Ｙ）を半導体素子５０に逆方向電圧（逆方向定格電圧）が印加された際に生ずる空乏層によって隣り合う高濃度拡散領域５３の間のＰ型のエピタキシャル層５２が埋まるような距離に設定するのが好ましい。

上述したそれぞれの実施の形態では、ＰＮ接合ダイオード、ショットキーバリアダイオードを例に挙げて説明したが、本発明はトランジスタ等の半導体素子に利用することも可能である。

なお、上述したそれぞれの実施の形態では、高濃度拡散領域１３が６つの領域から構成される場合を例に挙げて説明したが、高濃度拡散領域は２以上の任意の整数の領域から構成されても良い。

また、上述した第１の実施の形態では、Ｐ型半導体領域１４がＲ部１４ａを備える略方形状に形成される場合を例に挙げて説明したが、Ｐ型半導体領域１４の形状は、Ｒ部を備える略方形状に限られず、多角形、円形、楕円形等であっても良い。

本発明の第１の実施の形態に係る半導体素子の構成例を示す平面図である。図１に示す半導体素子のＡ−Ａ線断面図である。本発明の第２の実施の形態に係る半導体素子の構成例を示す平面図である。図３に示す半導体素子のＢ−Ｂ線断面図である。本発明の変形例を示す平面図である。図５に示す半導体素子のＣ−Ｃ線断面図である。

符号の説明

１０半導体素子
１１半導体基板
１２エピタキシャル層
１３高濃度拡散領域
１４Ｐ型半導体領域
２０半導体基体
２１アノード電極
２２カソード電極
２３絶縁層
２４絶縁膜
２５バンプ電極
２６ａ、２６ｂ金属層

Claims

第１導電型の第１半導体領域と、前記第１半導体領域の表面領域に形成された第１導電型の第２半導体領域と、を備える半導体基体と、
前記第１半導体領域上に形成された第１の電極と、
前記第２半導体領域上に形成された第２の電極と、を備え、
前記第２半導体領域は、相互に分離された複数の島状の半導体領域から構成され、前記島状の半導体領域は、前記第１半導体領域の表面領域の前記第１の電極が形成された領域を包囲するように環状に配置されることを特徴とする半導体素子。
前記半導体素子は、前記第１半導体領域の表面領域の前記第１の電極が形成された領域に島状に形成された第２導電型の第３半導体領域を備え、
前記第２半導体領域を構成する前記複数の島状の半導体領域は、前記第３半導体領域を包囲するように前記第１半導体領域の表面領域に環状に配置されることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子。
前記第１半導体領域の不純物濃度は、前記第２半導体領域の不純物濃度と比較して低いことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体素子。
前記第３半導体領域は、略方形の島状に形成されており、それぞれの角に曲率部が設けられ、
前記島状の半導体領域は、前記第３半導体領域の前記曲率部に対応した曲率部を備え、前記島状の半導体領域は、それぞれ前記第３半導体領域からほぼ均等に離間す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。
第２導電型の第１半導体領域と、前記第１半導体領域の表面領域に形成された第１導電型の第２半導体領域と、を備える半導体基体と、
前記第１半導体領域上に形成された第１の電極と、
前記第２半導体領域上に形成された第２の電極と、を備え、
前記第２半導体領域は、相互に分離された複数の島状の半導体領域から構成され、前記島状の半導体領域は、前記第１半導体領域の表面領域に前記第１の電極が形成された領域を包囲するように環状に配置されることを特徴とする半導体素子。