JP2007128926A - Semiconductor device for rectification and method of manufacturing same - Google Patents

Semiconductor device for rectification and method of manufacturing same Download PDF

Info

Publication number
JP2007128926A
JP2007128926A JP2005312617A JP2005312617A JP2007128926A JP 2007128926 A JP2007128926 A JP 2007128926A JP 2005312617 A JP2005312617 A JP 2005312617A JP 2005312617 A JP2005312617 A JP 2005312617A JP 2007128926 A JP2007128926 A JP 2007128926A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
concentration
trench
type
semiconductor layer
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2005312617A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshinori Nonaka
義法 野中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Industries Corp
Original Assignee
Toyota Industries Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Industries Corp filed Critical Toyota Industries Corp
Priority to JP2005312617A priority Critical patent/JP2007128926A/en
Publication of JP2007128926A publication Critical patent/JP2007128926A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the off characteristics of a semiconductor device for rectification in a structure, where a p<SP>+</SP>-type layer is provided at the bottom of a trench, an n-type layer is highly concentrated at a projection, and contact with an electrode material is allowed to be ohmic contact. <P>SOLUTION: In the semiconductor device for rectification, a first lightly doped conductive semiconductor layer is composed on a first heavily doped conductive semiconductor, a plurality of trenches are formed from the surface of the first lightly doped conductive semiconductor layer, and a second-conductive semiconductor layer is formed at the bottom of the trench of the first lightly doped conductive semiconductor layer. In the semiconductor device for rectification, the first heavily doped conductive semiconductor layer is provided within the surface of the first lightly doped conductive semiconductor layer at the projection of the trench. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、整流用半導体装置の構造に係わり、特に、整流用半導体装置のオフ特性の改善をする技術に関する。   The present invention relates to a structure of a rectifying semiconductor device, and more particularly to a technique for improving off characteristics of a rectifying semiconductor device.

従来、高効率の整流用半導体装置としてショットキバリア半導体装置等がある。例えば、図4に示すように低抵抗のn+型層1(n型半導体層)、n型層2(n型半導体層)、p+型層3(p型半導体層)、絶縁物層4、ショットキ接触をする金属層5、オーミック電極6、トレンチの凹部7、n型層2内のチャネル8、n型層2側にのびるショットキ接触面eからの空乏層9、n型層2側にのびるp+型層3からの空乏層10などから構成されている。そして、トレンチ7を設けたn+型層2表面の凸部上面にショットキ接触面eを形成し、凹部底部にp+型層3を形成する。また、凸部側壁部に絶縁物層4を形成するように構成し、p+型層3とショットキ接触面eを形成する金属層5を同電位に電気接続する。さらに、空乏層9と空乏層10が少なくとも零電圧バイアス時には導通しないように構成されている。ここで、空乏層9、10は、アノードA、カソードKを零電圧バイアスとしたときの空乏層である。 Conventionally, Schottky barrier semiconductor devices and the like are high-efficiency semiconductor devices for rectification. For example, as shown in FIG. 4, low resistance n + type layer 1 (n type semiconductor layer), n type layer 2 (n type semiconductor layer), p + type layer 3 (p type semiconductor layer), insulator layer 4 , Schottky contact metal layer 5, ohmic electrode 6, trench recess 7, channel 8 in n-type layer 2, Schottky contact surface e extending to n-type layer 2 side, depletion layer 9, n-type layer 2 side It consists of a depletion layer 10 and the like extending from the p + type layer 3. Then, a Schottky contact surface e is formed on the upper surface of the convex portion on the surface of the n + type layer 2 provided with the trench 7, and a p + type layer 3 is formed on the bottom of the concave portion. Further, the insulating layer 4 is formed on the convex side wall portion, and the p + -type layer 3 and the metal layer 5 forming the Schottky contact surface e are electrically connected to the same potential. Further, the depletion layer 9 and the depletion layer 10 are configured not to conduct at least at the time of zero voltage bias. Here, the depletion layers 9 and 10 are depletion layers when the anode A and the cathode K are set to zero voltage bias.

上記説明したような構造として特許文献1、2が知られている。これらの特許文献1、2では、ショットキダイオードの特性改善を目的に、トレンチ凹部にp型層を設けている。特に特許文献1では、順方向特性のチャネルシリーズ抵抗を増加させることなく、逆方向特性における電子ポテンシャルを高く保持し、逆漏れ電流の電圧依存性をなくして、高効率、高速の整流用半導体装置を得る提案がされている。また、特許文献3ではショットキコンタクト部にn+層を設けてオーミック接続する提案がされている。
特開平05−63184号公報 特開2000−216409号公報 特開昭60−74582号公報
Patent Documents 1 and 2 are known as the structure described above. In these Patent Documents 1 and 2, a p-type layer is provided in the trench recess for the purpose of improving the characteristics of the Schottky diode. In particular, in Patent Document 1, a high-efficiency, high-speed rectifying semiconductor device that maintains a high electron potential in the reverse characteristics without increasing the channel series resistance of the forward characteristics and eliminates the voltage dependence of the reverse leakage current. Has been proposed to get. Patent Document 3 proposes an ohmic connection by providing an n + layer in a Schottky contact portion.
JP 05-63184 A JP 2000-216409 A JP-A-60-74582

しかしながら、図4で説明した構成にすることで、オン状態においてはp+型層3からホールの注入が行なわれるため、ショットキダイオードに対して順電圧は低くなっているが、トレンチ凸部がショットキ接触となっているためオンからオフへ変化する過程で、アノード近傍の電子の引き抜き効率が低くなるため、オンからオフへの移行時に逆方向のサージ電流が大きいという問題がある。 However, with the configuration described with reference to FIG. 4, since holes are injected from the p + -type layer 3 in the on state, the forward voltage is lower than that of the Schottky diode, but the trench protrusion is not Schottky. In the process of changing from on to off because of contact, the efficiency of extracting electrons near the anode is lowered, and there is a problem that a surge current in the reverse direction is large at the time of transition from on to off.

本発明は上記のような実情に鑑みてなされたものであり、電極材との接触をオーミック接触とすることでオフ特性の改善を行う整流用半導体装置善を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device for rectification that improves the off-characteristic by making the contact with the electrode material ohmic contact.

本発明の一態様である高濃度の第1導電型半導体上に低濃度の第1導電型半導体層が構成され、複数のトレンチが前記低濃度の第1導電型半導体層表面から形成され、前記トレンチ底部に第2導電型半導体層が形成される整流用半導体装置において、前記トレンチの凸部の前記低濃度の第1導電型半導体層表面に高濃度の第1導電型半導体層が設けられている構成とする。   A low-concentration first conductive semiconductor layer is formed on a high-concentration first conductive semiconductor that is one embodiment of the present invention, and a plurality of trenches are formed from the surface of the low-concentration first conductive semiconductor layer. In the rectifying semiconductor device in which the second conductivity type semiconductor layer is formed at the bottom of the trench, the high concentration first conductivity type semiconductor layer is provided on the surface of the low concentration first conductivity type semiconductor layer of the convex portion of the trench. The configuration is as follows.

また、本発明の他の態様である高濃度n型基板上に低濃度n型半導体層が構成され、複数のトレンチが前記低濃度n型半導体層表面から形成され、前記トレンチ底部にp型半導体層が形成される整流用半導体装置において、前記トレンチの凸部の前記低濃度n型半導体層表面に形成されたアノードn領域と、前記トレンチの側壁部に形成された絶縁物層と、前記トレンチ底部に形成された前記p型半導体層と、前記アノードn領域と前記p型半導体層にコンタクトホールを介して接続される金属膜であるアノードと、前記高濃度n型基板側の裏面に形成される金属膜であるカソードを有する構成とする。   Further, a low concentration n-type semiconductor layer is formed on a high concentration n-type substrate according to another aspect of the present invention, a plurality of trenches are formed from the surface of the low concentration n-type semiconductor layer, and a p-type semiconductor is formed at the bottom of the trench. In the rectifying semiconductor device in which a layer is formed, an anode n region formed on the surface of the low-concentration n-type semiconductor layer of the convex portion of the trench, an insulator layer formed on a side wall portion of the trench, and the trench The p-type semiconductor layer formed on the bottom, the anode that is a metal film connected to the anode n region and the p-type semiconductor layer through a contact hole, and the back surface on the high-concentration n-type substrate side. And a cathode having a metal film.

上記構成により、n型半導体がオーミック接触を形成しにくい構成を改善し、表面の不純物濃度を高くすることでオーミック接触を得て、順方向電圧の低いダイオード特性が得られる。また、高速のダイオードが得られる。   With the above configuration, the configuration in which the n-type semiconductor is less likely to form an ohmic contact is improved, the ohmic contact is obtained by increasing the impurity concentration on the surface, and diode characteristics with a low forward voltage are obtained. Moreover, a high-speed diode can be obtained.

また、本発明の他の態様である高濃度n型基板上に低濃度n型半導体層を構成し、複数のトレンチを前記低濃度n型半導体層表面に形成し、前記トレンチ底部にp型半導体層を形成する整流用半導体装置の製造方法において、前記トレンチの側壁部に絶縁物層を形成し、前記トレンチの凸部の前記低濃度n型半導体層表面にアノードn領域を形成し、前記トレンチの凸部の前記低濃度n型半導体層表面と前記トレンチ底部にコンタクトホールを形成し、前記アノードn領域と前記p型半導体層を前記コンタクトホールにより、アノード用金属と接続し、前記高濃度n型基板側の裏面にカソード用の金属膜を接続することを特徴とする。   In another aspect of the present invention, a low concentration n-type semiconductor layer is formed on a high concentration n-type substrate, a plurality of trenches are formed on the surface of the low concentration n-type semiconductor layer, and a p-type semiconductor is formed at the bottom of the trench. In the method of manufacturing a rectifying semiconductor device for forming a layer, an insulator layer is formed on a side wall portion of the trench, an anode n region is formed on the surface of the low concentration n-type semiconductor layer of the convex portion of the trench, and the trench A contact hole is formed on the surface of the low-concentration n-type semiconductor layer and the bottom of the trench, and the anode n region and the p-type semiconductor layer are connected to the anode metal by the contact hole, and the high-concentration n A metal film for cathode is connected to the back surface on the mold substrate side.

上記製造方法により、製造工程を増やすことなくn型半導体はオーミック接触を形成しにくい構成を改善し、表面の不純物濃度を高くすることでオーミック接触を得て、順方向電圧の低い高速のダイオード特性が得られる。   The above manufacturing method improves the structure in which n-type semiconductors are less likely to form ohmic contact without increasing the number of manufacturing steps, obtains ohmic contact by increasing the impurity concentration on the surface, and provides high-speed diode characteristics with low forward voltage. Is obtained.

本発明によれば、n型の電子引き抜き部を設けることで、オン状態で導通に寄与する一方、オンからオフに変化する過程においてはアノード近傍の電子を引き抜くことで、アノード近傍のキャリア濃度を低減させ、オフ特性を改善することができる。   According to the present invention, by providing an n-type electron extraction portion, it contributes to conduction in the on state, while in the process of changing from on to off, electrons in the vicinity of the anode are extracted, thereby reducing the carrier concentration in the vicinity of the anode. Thus, the off characteristics can be improved.

以下図面に基づいて、本発明の実施形態について詳細を説明する。
(実施例1)
図1A、Bに整流用半導体装置の一例としてダイオードの製造手順を示す。ステップS1では、ダイオードを製作するための第1導電型半導体としてn+型層101(高濃度n型基板)とn型層102(低濃度n型半導体層)から構成されるn/n+基板100を用意する。図1A(1−1)に上記形成されたn/n+基板100の状態を示す。なお、図は模式図であり、寸法比は実際とは異なる。例えば、表面の不純物濃度2×1020(cm-3)の拡散し、n型低抵抗半導体基板であるn+型層101(高濃度n型基板)上に、エピタキシャル成長法などにより不純物濃度7×1013(cm-3)、厚さ30〜40(μm)のn型層102(低濃度n型層)を形成する。そのときのn/n+基板100の厚さは約255(μm)とする。ここで、n型不純物としては燐を用いるが、別の不純物、例えばヒ素を用いてもよい。またヒ素と燐等の複数の不純物を同時に用いてもよい。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
Example 1
1A and 1B show a manufacturing procedure of a diode as an example of a rectifying semiconductor device. In step S1, an n / n + substrate composed of an n + -type layer 101 (high-concentration n-type substrate) and an n-type layer 102 (low-concentration n-type semiconductor layer) as a first conductive semiconductor for manufacturing a diode. 100 is prepared. FIG. 1A (1-1) shows a state of the n / n + substrate 100 formed as described above. In addition, a figure is a schematic diagram and a dimension ratio differs from actual. For example, an impurity concentration of 2 × 10 20 (cm −3 ) is diffused on the surface, and an impurity concentration of 7 × is formed on the n + type layer 101 (high concentration n-type substrate) which is an n-type low-resistance semiconductor substrate by an epitaxial growth method or the like. An n-type layer 102 (low-concentration n-type layer) having a thickness of 10 13 (cm −3 ) and a thickness of 30 to 40 (μm) is formed. At this time, the thickness of the n / n + substrate 100 is about 255 (μm). Here, phosphorus is used as the n-type impurity, but another impurity such as arsenic may be used. A plurality of impurities such as arsenic and phosphorus may be used at the same time.

ステップS2では、S1で製作したn/n+基板100のn型層102表面に、ドライエッチなどによりトレンチ103a、103b・・・を形成する。図1A(1−2)にはトレンチ形成の状態を示す。例えば、n型層102の表面に酸化膜A(SiO2)を形成する。その後、酸化膜Aの表面にレジストをスピン塗布などし、フォトリソグラフィ技術によりレジストをパターニングする。そして、パターニングされたレジストをエッチングマスクとして用い、RIE(反応性イオンエッチング:Reactive Ion Etching)などのドライエッチングにより、トレンチ103a、103b・・・を形成してもよい。 In step S2, trenches 103a, 103b,... Are formed on the surface of the n-type layer 102 of the n / n + substrate 100 manufactured in S1 by dry etching or the like. FIG. 1A (1-2) shows the state of trench formation. For example, an oxide film A (SiO 2) is formed on the surface of the n-type layer 102. Thereafter, a resist is spin-coated on the surface of the oxide film A, and the resist is patterned by a photolithography technique. Then, trenches 103a, 103b,... May be formed by dry etching such as RIE (Reactive Ion Etching) using the patterned resist as an etching mask.

ステップS3では、トレンチ103a、103b・・・底部に第2導電型半導体を形成するための、例えばp型不純物を導入し第2導電型半導体としてアノードp領域104a、104b・・・を形成する。図1A(1−3)にはトレンチ低部にp型不純物導入後の状態を示す。例えば、トレンチ103a、103b・・・底部にn型層102に対して、イオン注入用マスクなどをしてp型不純物を導入し選択的にアノードp型層104a、104b・・・を形成する。p型不純物の導入は、トレンチ103a、103b・・・の内部に酸化膜Bを形成する。そして、RIE等の異方性エッチングによりトレンチ103a、103b・・・の底部の酸化膜Bを除去する。その後、イオン注入用マスクなどでマスクし、トレンチ103a、103b・・・の底部に露出したn型層102の適切な位置に選択イオン注入を行う。例えば、基板温度=室温〜700(℃)、ここでは加速エネルギー=約50k(eV)、総ドーズ量=約1×1014(cm-2)の注入をする。この結果、トレンチ底面付近の領域に注入層が形成される。ここで、p型不純物はボロンを用いる。 In step S3, for example, p-type impurities are introduced into the bottoms of the trenches 103a, 103b,... To form second conductivity type semiconductors, and anode p regions 104a, 104b,. FIG. 1A (1-3) shows a state after introduction of p-type impurities in the lower part of the trench. For example, a p-type impurity is introduced into the n-type layer 102 at the bottom of the trenches 103a, 103b,... And p-type impurities are introduced to selectively form anode p-type layers 104a, 104b,. The introduction of the p-type impurity forms an oxide film B inside the trenches 103a, 103b. Then, the oxide film B at the bottom of the trenches 103a, 103b... Is removed by anisotropic etching such as RIE. Thereafter, masking is performed with an ion implantation mask or the like, and selective ion implantation is performed at an appropriate position of the n-type layer 102 exposed at the bottom of the trenches 103a, 103b. For example, implantation is performed with the substrate temperature = room temperature to 700 (° C.), here, the acceleration energy = about 50 k (eV) and the total dose = about 1 × 10 14 (cm −2 ). As a result, an injection layer is formed in a region near the bottom of the trench. Here, boron is used as the p-type impurity.

ステップS4では、アノードp領域104a、104b・・・が所望の拡がりとなるよう拡散させるとともに絶縁膜105を形成する。図1A(1−4)にはトレンチ底部p型不純物の拡散と絶縁膜105の形成がともに終了した後の状態を示す。例えば、上記酸化膜A、Bおよびイオン注入用マスクを除去し基板温度=約1000〜1100(℃)程度の活性化熱処理により、アノードp型領域104a、104b・・・のp型不純物を拡散形成する。このとき、トレンチ底面からの深さ約0.25〜1.0(μm)の領域に形成される。   In step S4, the anode p regions 104a, 104b,... Are diffused to have a desired spread, and the insulating film 105 is formed. FIG. 1A (1-4) shows a state after both the diffusion of the p-type impurity at the trench bottom and the formation of the insulating film 105 are completed. For example, the oxide films A and B and the ion implantation mask are removed, and the p-type impurities in the anode p-type regions 104a, 104b,... Are diffused by activation heat treatment at a substrate temperature of about 1000 to 1100 (° C.). To do. At this time, it is formed in a region having a depth of about 0.25 to 1.0 (μm) from the bottom of the trench.

ステップS5では、トレンチ103a、103b・・・に挟まれたn型層102表面の絶縁膜105に開口を設けアノードn領域106a、106b、106c・・・を形成する。図1B(1−5)にはn型層102表面にアノードn領域を形成した後の状態を示す。例えば、上記活性化熱処理によりn型層102表面に形成された絶縁膜105の除去は、RIE等の指向性エッチングにより行う。   In step S5, openings are formed in the insulating film 105 on the surface of the n-type layer 102 sandwiched between the trenches 103a, 103b,... To form anode n regions 106a, 106b, 106c,. FIG. 1B (1-5) shows a state after the anode n region is formed on the surface of the n-type layer 102. For example, the removal of the insulating film 105 formed on the surface of the n-type layer 102 by the activation heat treatment is performed by directional etching such as RIE.

なお、その後、イオン注入用マスクなどでマスクし、n型層102表面にアノードn領域106a、106b、106c・・・を露出させ、n型層102の適切な位置に選択イオン注入を行う。このとき、例えばイオン種類をヒ素などを用い、加速エネルギー=約100k(eV)、総ドーズ量=約1×1015(cm-2)の注入をする。この結果注入層が形成される。その後、イオン注入用マスクを除去し基板温度=約1000(℃)程度の活性化熱処理により、選択的にアノードn型領域106a、106b、106c・・・のn型不純物を拡散形成する。 After that, masking is performed with an ion implantation mask or the like to expose the anode n regions 106 a, 106 b, 106 c... On the surface of the n-type layer 102, and selective ion implantation is performed at an appropriate position of the n-type layer 102. At this time, for example, arsenic is used as the ion type, and the acceleration energy is about 100 k (eV) and the total dose is about 1 × 10 15 (cm −2 ). As a result, an injection layer is formed. Thereafter, the ion implantation mask is removed, and n-type impurities in the anode n-type regions 106a, 106b, 106c,... Are selectively diffused by activation heat treatment at a substrate temperature of about 1000 (° C.).

ステップS6では、アノードp領域104a、104b・・・およびアノードn領域106a、106b、106c・・・上の絶縁膜105にコンタクトホール107a、107b、107c、107d・・・を形成する。図1B(1−6)にはコンタクトホール形成後の状態を示す。例えば、上記活性化熱処理によりn型層102表面のアノードn型領域106a、106b、106c・・・に形成された酸化膜Cおよびトレンチ103a、103b・・・の内部に形成された絶縁膜105の除去は、RIE等の異方性エッチングにより行い、コンタクトホール107a、107b、107c、107、d107e・・・を形成する。   In step S6, contact holes 107a, 107b, 107c, 107d... Are formed in the insulating film 105 on the anode p regions 104a, 104b... And the anode n regions 106a, 106b, 106c. FIG. 1B (1-6) shows a state after the contact hole is formed. For example, the oxide film C formed in the anode n-type regions 106a, 106b, 106c... On the surface of the n-type layer 102 by the activation heat treatment and the insulating film 105 formed in the trenches 103a, 103b. The removal is performed by anisotropic etching such as RIE to form contact holes 107a, 107b, 107c, 107, d107e,.

ステップS7では、表面電極、保護膜、裏面電極を形成する。ここでは詳しく説明しないが、表面電極は、トレンチ103a、103b・・・の内部に金属を埋め込みと、n型層102表面に金属として、Al膜等を適切な厚さで蒸着する。金属膜として、Ti、Mo等のメタル、または各種のメタルシリサイドを使用してもよい。次に、n+型層101の裏面には、例えば金属膜を蒸着し、裏面電極(カソード電極)を形成する。そして、例えば400(℃)で還元雰囲気で30分程度シンタ処理し、さらにオーミック接触を良好なものにする。 In step S7, a front electrode, a protective film, and a back electrode are formed. Although not described in detail here, as for the surface electrode, when a metal is embedded in the trenches 103a, 103b..., An Al film or the like is vapor-deposited with an appropriate thickness as a metal on the surface of the n-type layer 102. As the metal film, a metal such as Ti or Mo, or various metal silicides may be used. Next, for example, a metal film is deposited on the back surface of the n + -type layer 101 to form a back electrode (cathode electrode). Then, for example, a sintering process is performed at 400 (° C.) in a reducing atmosphere for about 30 minutes to further improve ohmic contact.

上記構造により、n型の電子引き抜き部もオン状態で導通に寄与する一方、オンからオフに変化する過程ではアノード近傍の電子を引き抜くことでアノード近傍のキャリア濃度を低減させ、オフ特性を改善している。   With the above structure, the n-type electron extraction part also contributes to conduction in the on state, while in the process of changing from on to off, the electrons near the anode are extracted to reduce the carrier concentration near the anode and improve the off characteristics. ing.

オフ時にはトレンチ凹部の両アノードp領域から伸びる空乏層によってトレンチ凸部のn+型層とカソードのn層は電気的に遮断されている。オン状態においてはトレンチ凹部の両アノードp領域からホールが注入されアノードp領域とカソード間のダイオードおよびトレンチ凸部のn+層とカソード間も低抵抗で導通している。 When off, the n + -type layer of the trench protrusion and the n layer of the cathode are electrically cut off by a depletion layer extending from both anode p regions of the trench recess. In the on state, holes are injected from both anode p regions of the trench recess, and the diode between the anode p region and the cathode and the n + layer of the trench projection and the cathode are also conductive with low resistance.

オンからオフに移行する過程においてアノード近傍の電子はトレンチ凸部のn+層からキャリアが引き抜かれることで、キャリア蓄積量が少なくなり、結果的に通常のダイオードを低注入(=小電流)で使用している状態と同様になり、逆方向のサージ電流が減少し、オフ時間も短くなる。 In the process of switching from on to off, electrons in the vicinity of the anode are extracted from the n + layer of the trench protrusion, so that the amount of accumulated carriers is reduced, and as a result, a normal diode is injected with low injection (= small current). It becomes the same as the state in use, the surge current in the reverse direction is reduced, and the off time is also shortened.

以上のように製造した整流用半導体装置と、従来の図4の構造およびpnダイオードとの電気的特性をシミュレーションで評価した。図2(a)、(b)、(c)にシミュレーションの際の構造(1セル、半導体要部の上面から7μm分)を示す。図2(a)は本半導体装置を示し、p型不純物層とn型不純物層の間に生じる電位障壁を利用して整流作用を得るダイオードである。図2(b)は図4の構造のショットキダイオードを示し、同図(c)はpnダイオードを示している。   The electrical characteristics of the rectifying semiconductor device manufactured as described above, the conventional structure of FIG. 4 and the pn diode were evaluated by simulation. FIGS. 2A, 2B, and 2C show a structure at the time of simulation (one cell, 7 μm from the upper surface of the semiconductor main part). FIG. 2A shows the semiconductor device, which is a diode that obtains a rectifying action using a potential barrier generated between a p-type impurity layer and an n-type impurity layer. 2B shows a Schottky diode having the structure of FIG. 4, and FIG. 2C shows a pn diode.

(本半導体装置)
トレンチ103の構造は幅2(μm)、ピッチ4(μm)、深さ5(μm)とした。アノードp領域104はトレンチ103底面でピーク濃度2×1018(cm-3)で深さ約1(μm)の拡散したものとした。なお、シミュレーション上トレンチ103内部は濃度2×1019(cm-3)の一様p型Si層とした。アノードn領域106は、n型層102の表面でピーク濃度1×1019(cm-3)、深さ約0.3(μm)でトレンチ凸部表面に入っており表面電極とオーミック接触しているものとした。n型層102の濃度は7×1013(cm-3)とした。
(This semiconductor device)
The trench 103 has a width of 2 (μm), a pitch of 4 (μm), and a depth of 5 (μm). The anode p region 104 was diffused at the bottom of the trench 103 with a peak concentration of 2 × 10 18 (cm −3 ) and a depth of about 1 (μm). In the simulation, the inside of the trench 103 is a uniform p-type Si layer having a concentration of 2 × 10 19 (cm −3 ). The anode n region 106 has a peak concentration of 1 × 10 19 (cm −3 ) and a depth of about 0.3 (μm) on the surface of the n-type layer 102, and is in ohmic contact with the surface electrode. It was supposed to be. The concentration of the n-type layer 102 was 7 × 10 13 (cm −3 ).

(図4の構造のショットキダイオード)
上記の(本発明の整流用半導体装置)に対して、アノードn領域106を設けず、表面電極とショットキ接触している点が異なるのみで、トレンチ構造とアノードp領域は同様である。
(Schottky diode with the structure of FIG. 4)
The trench structure and the anode p region are the same as the above (rectifying semiconductor device of the present invention) except that the anode n region 106 is not provided and the surface electrode is in Schottky contact.

(pnダイオード)
pnダイオードはトレンチ103を設けず、シミュレーション上表面から5(μm)(本半導体装置の構造のトレンチ深さ)までは濃度2×1019(cm-3)の一様p型Si層とした。アノードp領域は表面から5μmより深い部分のn型層(n型層102と同じ濃度)に深さ5(μm)にピーク濃度2×1018(cm-3)、拡がり約1(μm)で拡散しているものとした。つまり、本半導体装置の構造の凸部を取り払いトレンチ103内部が全体に広がった構造になっている。
(Pn diode)
The pn diode was not provided with the trench 103, and was a uniform p-type Si layer having a concentration of 2 × 10 19 (cm −3 ) from the simulation surface to 5 (μm) (the trench depth of the structure of the semiconductor device). The anode p region has a peak concentration of 2 × 10 18 (cm −3 ) at a depth of 5 (μm) and an expansion of about 1 (μm) at an n-type layer deeper than the surface by 5 μm (the same concentration as the n-type layer 102). It was assumed that it was spreading. That is, the projecting portion of the structure of the semiconductor device is removed, and the inside of the trench 103 is spread over the whole.

図3に電源電圧=300Vでの逆回復特性をシミュレーションにより比較した結果を示す。縦軸に電流(A)、電圧(V)を示し、横軸に時間(μsec)を示した図である。図中の(a),(b),(c)は図2の構造の(a),(b),(c)に対応している。
(a)本半導体装置の電流値は、約0.35(μsec)で最小値約−25(A)となり、約0.55(μsec)で略0(A)になっている。(b)ショットキダイオードの電流値は、約0.5(μsec)で最小値約−40(A)となり、約0.8(μsec)で略0(A)になっている。(c)pnダイオードの電流値は、約0.69(μsec)で最小値約−60(A)となり約1.1(μsec)で略0(A)になっている。
FIG. 3 shows the result of comparison of reverse recovery characteristics at the power supply voltage = 300 V by simulation. The vertical axis shows current (A) and voltage (V), and the horizontal axis shows time (μsec). (A), (b), and (c) in the figure correspond to (a), (b), and (c) in the structure of FIG.
(A) The current value of this semiconductor device is about −25 (A) at a minimum value of about 0.35 (μsec) and about 0 (A) at about 0.55 (μsec). (B) The current value of the Schottky diode is about −40 (A) at a minimum value of about 0.5 (μsec) and about 0 (A) at about 0.8 (μsec). (C) The current value of the pn diode is about 0.69 (μsec), the minimum value is about −60 (A), and about 1.1 (μsec) is substantially 0 (A).

また、(a)本半導体装置の電圧値は、時間約1(μsec)で概ね電源電圧に収束している。(b)ショットキダイオードの電圧値は、約1.2(μsec)で概ね電源電圧に収束している。(c)pnダイオードの電圧値は1.6(μsec)を経過しても収束していないことがわかる。   In addition, (a) the voltage value of the semiconductor device converges to the power supply voltage in about 1 (μsec) time. (B) The voltage value of the Schottky diode is approximately 1.2 (μsec) and is generally converged to the power supply voltage. (C) It can be seen that the voltage value of the pn diode does not converge even after 1.6 (μsec).

なお、図中の楕円(A)と楕円(A)から延びる矢印は実線で示される波形(a),(b),(c)がグラフ左に目盛がある電流値であることを示し、同様に図中の楕円(B)と楕円(B)から延びる矢印は破線で示される波形(a),(b),(c)がグラフ右に目盛がある電圧値であることを示す。   In the figure, an ellipse (A) and an arrow extending from the ellipse (A) indicate that the waveforms (a), (b), and (c) indicated by solid lines are current values having a scale on the left side of the graph. In the figure, an ellipse (B) and an arrow extending from the ellipse (B) indicate that the waveforms (a), (b), and (c) indicated by broken lines are voltage values having a scale on the right side of the graph.

シミュレーション結果から明らかなように本発明の半導体装置が、同じような構造のショットキダイオードよりも高速に反応していることがわかる。なお、電気特性に強く関係するのはトレンチ間隔よりも、アノードp領域の間隔であり、間隔を狭くするほど漏れ電流は低減できるが、逆回復高速化の効果は小さくなる。   As is apparent from the simulation results, it can be seen that the semiconductor device of the present invention responds faster than a Schottky diode having a similar structure. It should be noted that it is the anode p region spacing rather than the trench spacing that is strongly related to the electrical characteristics. The narrower the spacing, the lower the leakage current, but the less effective the reverse recovery.

また、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various improvements and modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

製造工程を示す図である。It is a figure which shows a manufacturing process. 製造工程を示す図である。It is a figure which shows a manufacturing process. シミュレーション条件を示す図である。(a)本半導体装置の構造を示す図である。(b)ショットキダイオードの構造を示す図である。(c)pnダイオードの構造を示す図である。It is a figure which shows simulation conditions. (A) It is a figure which shows the structure of this semiconductor device. (B) It is a figure which shows the structure of a Schottky diode. (C) It is a figure which shows the structure of a pn diode. シミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows a simulation result. 従来例を示す図である。It is a figure which shows a prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

100 ・・・ n/n+基板 101 ・・・ n+型層、
102 ・・・ n型層、
103 ・・・ トレンチ 103a、103b・・・、
104 ・・・ アノードp領域 104a、104b・・・、
105 ・・・ 絶縁膜、
106 ・・・ アノードn型領域 106a、106b、106c・・・、
107 ・・・ コンタクトホール 107a、107b、107c、107d、107e・・・
100 ... n / n + substrate 101 ... n + type layer,
102 ... n-type layer,
103 ... Trench 103a, 103b ...
104... Anode p region 104a, 104b.
105 ... Insulating film,
106 ... Anode n-type region 106a, 106b, 106c ...
107 ... contact holes 107a, 107b, 107c, 107d, 107e ...

Claims (3)

高濃度の第1導電型半導体上に低濃度の第1導電型半導体層が構成され、
複数のトレンチが前記低濃度の第1導電型半導体層表面から形成され、
前記トレンチ底部に第2導電型半導体層が形成される整流用半導体装置において、
前記トレンチの凸部の前記低濃度の第1導電型半導体層表面に高濃度の第1導電型半導体層が設けられていることを特徴とする整流用半導体装置。
A low-concentration first conductive semiconductor layer is formed on the high-concentration first conductive semiconductor,
A plurality of trenches are formed from the surface of the low-concentration first conductive semiconductor layer,
In the rectifying semiconductor device in which the second conductivity type semiconductor layer is formed at the bottom of the trench,
A rectifying semiconductor device, wherein a high-concentration first conductive semiconductor layer is provided on a surface of the low-concentration first conductive semiconductor layer in a convex portion of the trench.
高濃度n型基板上に低濃度n型半導体層が構成され、
複数のトレンチが前記低濃度n型半導体層表面から形成され、
前記トレンチ底部にp型半導体層が形成される整流用半導体装置において、
前記トレンチの凸部の前記低濃度n型半導体層表面に形成されたアノードn領域と、
前記トレンチの側壁部に形成された絶縁物層と、
前記トレンチ底部に形成された前記p型半導体層と、前記アノードn領域と前記p型半導体層にコンタクトホールを介して接続される金属膜であるアノードと、
前記高濃度n型基板側の裏面に形成される金属膜であるカソードとを有する、
ことを特徴とする整流用半導体装置。
A low-concentration n-type semiconductor layer is formed on a high-concentration n-type substrate;
A plurality of trenches are formed from the surface of the low-concentration n-type semiconductor layer,
In a rectifying semiconductor device in which a p-type semiconductor layer is formed at the bottom of the trench,
An anode n region formed on the surface of the low concentration n-type semiconductor layer of the convex portion of the trench;
An insulator layer formed on the sidewall of the trench;
The p-type semiconductor layer formed at the bottom of the trench, the anode which is a metal film connected to the anode n region and the p-type semiconductor layer through a contact hole,
A cathode that is a metal film formed on the back surface on the high-concentration n-type substrate side,
A semiconductor device for rectification characterized by the above.
高濃度n型基板上に低濃度n型半導体層を構成し、
複数のトレンチを前記低濃度n型半導体層表面に形成し、
前記トレンチ底部にp型半導体層を形成する整流用半導体装置の製造方法において、
前記トレンチの側壁部に絶縁物層を形成し、
前記トレンチの凸部の前記低濃度n型半導体層表面にアノードn領域を形成し、
前記トレンチの凸部の前記低濃度n型半導体層表面と前記トレンチ底部にコンタクトホールを形成し、
前記アノードn領域と前記p型半導体層を前記コンタクトホールにより、アノード用金属と接続し、
前記高濃度n型基板側の裏面にカソード用の金属膜を接続する、
ことを特徴とする整流用半導体装置の製造方法。



A low-concentration n-type semiconductor layer is formed on a high-concentration n-type substrate,
Forming a plurality of trenches on the surface of the low-concentration n-type semiconductor layer;
In the method of manufacturing a rectifying semiconductor device in which a p-type semiconductor layer is formed at the bottom of the trench,
Forming an insulator layer on the sidewall of the trench;
Forming an anode n region on the surface of the low concentration n-type semiconductor layer of the convex portion of the trench;
Forming a contact hole at the surface of the low concentration n-type semiconductor layer of the convex portion of the trench and at the bottom of the trench;
Connecting the anode n region and the p-type semiconductor layer to an anode metal through the contact hole;
A metal film for a cathode is connected to the back surface on the high-concentration n-type substrate side;
A method for manufacturing a rectifying semiconductor device.



JP2005312617A 2005-10-27 2005-10-27 Semiconductor device for rectification and method of manufacturing same Withdrawn JP2007128926A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005312617A JP2007128926A (en) 2005-10-27 2005-10-27 Semiconductor device for rectification and method of manufacturing same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005312617A JP2007128926A (en) 2005-10-27 2005-10-27 Semiconductor device for rectification and method of manufacturing same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2007128926A true JP2007128926A (en) 2007-05-24

Family

ID=38151343

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005312617A Withdrawn JP2007128926A (en) 2005-10-27 2005-10-27 Semiconductor device for rectification and method of manufacturing same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2007128926A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101783345A (en) * 2010-03-04 2010-07-21 无锡新洁能功率半导体有限公司 Grooved semiconductor rectifier and manufacturing method thereof
WO2014061724A1 (en) 2012-10-19 2014-04-24 日産自動車株式会社 Semiconductor device and method for manufacturing same

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101783345A (en) * 2010-03-04 2010-07-21 无锡新洁能功率半导体有限公司 Grooved semiconductor rectifier and manufacturing method thereof
WO2014061724A1 (en) 2012-10-19 2014-04-24 日産自動車株式会社 Semiconductor device and method for manufacturing same
US9876070B2 (en) 2012-10-19 2018-01-23 Nissan Motor Co., Ltd. Semiconductor device and method for manufacturing same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6662429B2 (en) Method of manufacturing reverse conducting insulated gate bipolar transistor and reverse conducting insulated gate bipolar transistor
JP6421570B2 (en) Semiconductor device
JP4371521B2 (en) Power semiconductor device and manufacturing method thereof
TWI383497B (en) Double gate insulated gate bipolar transistor
JP4761942B2 (en) Semiconductor device
JP5102411B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
US20110012132A1 (en) Semiconductor Device
JP2007311627A (en) Semiconductor device and its manufacturing method
KR101228367B1 (en) Bipolar transistor and method for fabricating the same
CN111430453B (en) RC-IGBT chip with good reverse recovery characteristic and manufacturing method thereof
JP4006879B2 (en) Schottky barrier diode and manufacturing method thereof
CN111211168B (en) RC-IGBT chip and manufacturing method thereof
JP2010141310A (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
US20130056731A1 (en) Semiconductor Device and Method for Manufacturing the Semiconductor Device
JP2006332199A (en) SiC SEMICONDUCTOR DEVICE
US20110068390A1 (en) Semiconductor device and method for manufacturing same
CN108010964B (en) IGBT device and manufacturing method thereof
JP5114832B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2023110083A (en) Method for manufacturing grid
KR20180104236A (en) Method of Manufacturing Power Semiconductor Device
JP2007128926A (en) Semiconductor device for rectification and method of manufacturing same
US20210134989A1 (en) Semiconductor device and method of manufacturing thereof
CN111384149B (en) Groove type IGBT and preparation method thereof
JP2007184439A (en) Semiconductor device
JP6539026B2 (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20090106