JP2008235588A - Schottky barrier diode - Google Patents
Schottky barrier diode Download PDFInfo
- Publication number
- JP2008235588A JP2008235588A JP2007073278A JP2007073278A JP2008235588A JP 2008235588 A JP2008235588 A JP 2008235588A JP 2007073278 A JP2007073278 A JP 2007073278A JP 2007073278 A JP2007073278 A JP 2007073278A JP 2008235588 A JP2008235588 A JP 2008235588A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor layer
- type semiconductor
- schottky
- barrier diode
- region
- 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.)
- Pending
Links
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 title claims abstract description 28
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 61
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 34
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 34
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical group [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 6
- 239000012535 impurity Substances 0.000 abstract description 33
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 abstract description 2
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 13
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 8
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 6
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 5
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 3
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 2
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 2
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
- H01L29/861—Diodes
- H01L29/872—Schottky diodes
Abstract
Description
本発明は、ショットキーバリアダイオードに関し、特に良好な順方向特性（低ＶＦ）と、良好な逆方向特性（低ＩＲ）とを兼ね備えたショットキーバリアダイオードに関する。 The present invention relates to a Schottky barrier diode, and more particularly, to a Schottky barrier diode having both good forward characteristics (low VF) and good reverse characteristics (low IR).
図４は、従来のショットキーバリアダイオード１１０を示す断面図である。 FIG. 4 is a cross-sectional view showing a conventional Schottky barrier diode 110.
基板ＳＢ’はｎ＋型半導体基板１２１にｎ−型半導体層１２２を積層したものである。ｎ−型半導体層１２２の表面にはこれとショットキー接合を形成する金属層（ショットキー金属層）１２５を設ける。この金属層１２５は例えばＴｉである。更に金属層１２５全面を覆ってアノード電極１２８となるＡｌ層を設ける。半導体基板ＳＢ’外周には耐圧を確保するために高濃度のＰ型不純物を拡散したガードリング１２７が設けられ、その一部がショットキー金属層１２５とコンタクトする。基板ＳＢ’裏面はＴｉ−Ｎｉ−Ａｕなどのカソード電極１２９が設けられる（例えば、特許文献１参照。）。 The substrate SB ′ is obtained by stacking an n− type semiconductor layer 122 on an n + type semiconductor substrate 121. A metal layer (Schottky metal layer) 125 that forms a Schottky junction with the n − type semiconductor layer 122 is provided on the surface of the n − type semiconductor layer 122. This metal layer 125 is, for example, Ti. Further, an Al layer that serves as the anode electrode 128 is provided so as to cover the entire surface of the metal layer 125. A guard ring 127 in which high-concentration P-type impurities are diffused is provided on the outer periphery of the semiconductor substrate SB ′, and a part thereof contacts the Schottky metal layer 125. A cathode electrode 129 such as Ti—Ni—Au is provided on the back surface of the substrate SB ′ (see, for example, Patent Document 1).
また、図５に示す構造も知られている。これは、ｎ−型半導体層１２２中に高濃度のｐ型不純物によるｐ＋型不純物領域１２３を複数設けた構造である。同一符号で示す他の構成要素は図４と同様であるので説明は省略する。 A structure shown in FIG. 5 is also known. This is a structure in which a plurality of p + type impurity regions 123 made of high concentration p type impurities are provided in the n − type semiconductor layer 122. The other components indicated by the same reference numerals are the same as those in FIG.
このショットキーバリアダイオード（以下ＪＢＳ：Junction Barrier Schottky Diode）１２０に逆バイアスを印加すると、図５の如くｐ＋型不純物領域１２３からｎ−型半導体層１２２に空乏層ｄが広がる。隣り合うｐ＋型不純物領域１２３の離間距離をその空乏層ｄがピンチオフする幅以下に設けることで、逆バイアス印加時にショットキー接合面にかかるカソード電界を緩和しリーク電流を低減させるものである。すなわち、ショットキー金属層１２５の特性として、ＩＲ特性をそれほど考慮せずにＶＦ特性の低いものを選択することができる（例えば特許文献２参照。）。
図４に示す構造のショットキーバリアダイオード１１０の特性を決定する要因は、ｎ−型半導体層１２２とショットキー金属層１２５との仕事関数差φＢｎである。しかし、φＢｎは金属に固有の値であるため、用いる金属層１２５によりその特性はほぼ決まってしまう。 The factor that determines the characteristics of the Schottky barrier diode 110 having the structure shown in FIG. 4 is the work function difference φBn between the n − type semiconductor layer 122 and the Schottky metal layer 125. However, since φBn is a value inherent to metal, its characteristics are almost determined by the metal layer 125 used.
さらに、あるショットキーバリアダイオード１１０について考えた場合、φＢｎが大きくなると、ショットキーバリアダイオード１１０の順方向電圧ＶＦが高くなり、逆に逆方向電圧時のリーク電流ＩＲは低減する。すなわち順方向電圧ＶＦとリーク電流ＩＲはトレードオフの関係にある。 Further, when a certain Schottky barrier diode 110 is considered, when φBn increases, the forward voltage VF of the Schottky barrier diode 110 increases, and conversely, the leakage current IR at the reverse voltage decreases. That is, the forward voltage VF and the leakage current IR are in a trade-off relationship.
また、図５の如きＪＢＳ１２０ではｐ＋型不純物領域１２３とｎ−型半導体層１２２が金属層１２５およびアノード電極１２８によって同電位に接続されている。この場合のアノード接続されたｐ＋型不純物領域１２３は順方向電圧印加時にはショットキーバリアダイオードとしては機能しない領域である。つまりピンチオフを完全にするために、ｐ＋型不純物領域１２３を近接しすぎると、ｐ＋型不純物領域１２３の総面積が広くなる。つまり、同じチップサイズであった場合に、図４のショットキーバリアダイオード１１０のショットキー接合部Ｊ’と比較して、金属層１２５とｎ−型半導体層１２２とのショットキー接合部Ｊ’の面積が低減する。その上、ｐ＋型不純物領域１２３を近接しすぎると、順方向電圧ＶＦ印加時の電流の経路を狭め、装置の抵抗が増加する問題もある。 In the JBS 120 as shown in FIG. 5, the p + type impurity region 123 and the n− type semiconductor layer 122 are connected to the same potential by the metal layer 125 and the anode electrode 128. In this case, the anode-connected p + -type impurity region 123 is a region that does not function as a Schottky barrier diode when a forward voltage is applied. That is, if the p + type impurity region 123 is too close to complete pinch-off, the total area of the p + type impurity region 123 becomes wide. That is, in the case of the same chip size, the Schottky junction J ′ between the metal layer 125 and the n − type semiconductor layer 122 is compared with the Schottky junction J ′ of the Schottky barrier diode 110 in FIG. The area is reduced. In addition, if the p + -type impurity region 123 is too close, there is a problem that the current path when the forward voltage VF is applied is narrowed and the resistance of the device is increased.
更にｐ＋型不純物領域１２３とｎ−型半導体層１２２が同電位の場合、両者のエネルギーバンドがずれることで、ｐｎ接合界面では約０．６Ｖ分の電位差が生じる。つまり順方向電圧印加時であってもｐ＋型不純物領域１２３周辺に空乏層ｄが存在し、ｐ＋型不純物領域１２３の幅の分に加えて電流の経路を狭め、抵抗成分増大を招く問題があった。 Further, when the p + -type impurity region 123 and the n − -type semiconductor layer 122 have the same potential, the energy band of the both shifts, and a potential difference of about 0.6 V occurs at the pn junction interface. That is, even when a forward voltage is applied, the depletion layer d exists around the p + -type impurity region 123, and in addition to the width of the p + -type impurity region 123, the current path is narrowed, leading to an increase in resistance component. It was.
このようなショットキー接合面積の低減と抵抗成分増大によって、従来のＪＢＳ１２０では実際には順方向特性が改善されない問題があった。 Due to the reduction of the Schottky junction area and the increase of the resistance component, the conventional JBS 120 has a problem that the forward characteristics are not actually improved.
またＪＢＳ１２０は、スイッチングタイムが増加する問題もある。例えば０．６Ｖを超える順方向電圧ＶＦでＪＢＳ１２０を動作させると、ｐ＋型半導体領域１２３からｎ−型半導体層１２２へキャリア（正孔）が注入される。 The JBS 120 also has a problem that the switching time increases. For example, when the JBS 120 is operated with a forward voltage VF exceeding 0.6 V, carriers (holes) are injected from the p + type semiconductor region 123 into the n − type semiconductor layer 122.
この状態で逆方向電圧を印加すると、ｎ−型半導体層１２２からのキャリアの引き抜きあるいは再結合を経た後、ｎ−型半導体層１２２に空乏層ｄが広がる。つまりキャリアの引き抜きあるいは再結合に要する時間（逆回復時間ｔｒｒ）の増大によりスイッチングタイムの増大によりスイッチング特性が劣化する問題もあった。 When a reverse voltage is applied in this state, the depletion layer d spreads in the n − type semiconductor layer 122 after the carriers are extracted or recombined from the n − type semiconductor layer 122. That is, there is also a problem that switching characteristics deteriorate due to an increase in switching time due to an increase in time required for carrier extraction or recombination (reverse recovery time trr).
本発明はかかる課題に鑑みてなされ、一導電型半導体層と、該一導電型半導体層の一主面とショットキー接合を形成する金属層と、前記一導電型半導体層内に複数埋め込まれ、互いに離間された逆導電型の埋め込み領域と、を具備することにより解決するものである。 The present invention has been made in view of such a problem, and one conductive semiconductor layer, a metal layer that forms a Schottky junction with one main surface of the one conductive semiconductor layer, and a plurality of embedded in the one conductive semiconductor layer, The problem is solved by providing the opposite conductivity type buried regions spaced apart from each other.
本実施形態によれば、第１に、埋め込み領域は、ｎ−型半導体層内に完全に埋め込まれており、金属層（ショットキー金属層）とコンタクトせず、アノード電極とも直接的に接続しない。つまり、金属層は、ｎ−型半導体層とのみコンタクトする。従来のＪＢＳでは、ｐ＋型不純物領域とその周辺の空乏層幅の分だけショットキー接合面積が低減したが、本実施形態によれば、(同じ動作領域面積で比較した場合)ショットキー面積が低減することはなく、順方向特性の向上に寄与できる。 According to this embodiment, first, the buried region is completely buried in the n − type semiconductor layer, does not contact the metal layer (Schottky metal layer), and does not directly connect to the anode electrode. . That is, the metal layer is in contact only with the n − type semiconductor layer. In the conventional JBS, the Schottky junction area is reduced by the width of the p + type impurity region and the surrounding depletion layer. However, according to the present embodiment, the Schottky area is reduced (when compared with the same operation region area). This can contribute to improving the forward characteristics.
第２に、ｎ−型半導体層に、フローティング構造のｐ型不純物領域である埋め込み領域を設けることで、埋め込み領域とｎ−型半導体層とのエネルギーバンドをフラットな状態に維持できる。これにより、順方向電圧印加時であってもｐｎ接合面に存在する空乏層を抑制でき、空乏層幅による抵抗増加を抑制できる。 Second, by providing a buried region which is a p-type impurity region having a floating structure in the n − type semiconductor layer, the energy band between the buried region and the n − type semiconductor layer can be maintained in a flat state. Thereby, even when a forward voltage is applied, a depletion layer present on the pn junction surface can be suppressed, and an increase in resistance due to the depletion layer width can be suppressed.
第３に、埋め込み領域がアノード電極と直接的に接続されていないので、順方向電圧印加時にｐ型不純物の埋め込み領域からｎ−型半導体層への正孔の注入が起こりにくい。つまりＪＢＳと比較して、逆方向電圧印加時に、キャリアの引き抜きあるいは再結合の時間（逆回復時間ｔｒｒ）を大幅に低減できるので、逆回復時間ｔｒｒの増大の問題も改善できる。 Third, since the buried region is not directly connected to the anode electrode, holes are less likely to be injected from the buried region of the p-type impurity into the n − -type semiconductor layer when a forward voltage is applied. That is, as compared with JBS, when a reverse voltage is applied, the carrier extraction or recombination time (reverse recovery time trr) can be greatly reduced, so that the problem of an increase in reverse recovery time trr can also be improved.
第４に、逆方向電圧印加時には、埋め込み領域からも空乏層が広がりさらにこれがピンチオフするため、ショットキー界面に到達するカソード電界を抑制することができる。つまり、従来のＪＢＳと比較して逆方向リーク電流ＩＲの抑制効果をある程度維持したまま、順方向特性ＶＦを改善でき、リーク電流ＩＲと順方向電圧ＶＦのトレードオフを改善できる。 Fourth, when a reverse voltage is applied, the depletion layer also extends from the buried region and further pinches off, so that the cathode electric field reaching the Schottky interface can be suppressed. That is, the forward characteristic VF can be improved while maintaining the suppression effect of the reverse leakage current IR to some extent as compared with the conventional JBS, and the trade-off between the leakage current IR and the forward voltage VF can be improved.
本発明の実施の形態を図１から図３を用いて詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
本実施形態のショットキーバリアダイオード１００は、一導電型半導体層１１と、金属層１２と、埋め込み領域２１と、から構成される。 The Schottky barrier diode 100 according to this embodiment includes a one-conductivity type semiconductor layer 11, a metal layer 12, and a buried region 21.
図１（Ａ）を参照して、基板ＳＢは、ｎ＋型シリコン半導体基板１０上に例えばエピタキシャル成長などによりｎ−型半導体層１１を積層したものである。ｎ−型半導体層１１は、シリコン半導体層であり、一例として不純物濃度は５Ｅ１５ｃｍ−３程度、厚みは１０μｍ程度である。 Referring to FIG. 1A, a substrate SB is obtained by stacking an n − type semiconductor layer 11 on an n + type silicon semiconductor substrate 10 by, for example, epitaxial growth. The n − type semiconductor layer 11 is a silicon semiconductor layer, and has an impurity concentration of about 5E15 cm −3 and a thickness of about 10 μm as an example.
ｎ−型半導体層１１の一主面（表面）には、金属層１２を設ける。金属層は、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）等であり、ｎ−型半導体層１１表面とショットキー接合を形成し、ショットキーバリアダイオード１００が構成される。 A metal layer 12 is provided on one main surface (surface) of the n − type semiconductor layer 11. The metal layer is made of titanium (Ti), molybdenum (Mo), or the like, forms a Schottky junction with the surface of the n − type semiconductor layer 11, and the Schottky barrier diode 100 is configured.
埋め込み領域２１は、ｎ−型半導体層１１内に埋め込まれたｐ型不純物領域であり、互いに距離Ｌで離間して複数配置される。埋め込み領域２１の不純物濃度は、例えば１Ｅ１８ｃｍ−３程度、形状は球状である。 The buried region 21 is a p-type impurity region buried in the n − -type semiconductor layer 11, and a plurality of buried regions 21 are arranged at a distance L from each other. The impurity concentration of the buried region 21 is, for example, about 1E18 cm −3 and the shape is spherical.
後に詳述するが、ｎ−型半導体層１１と金属層１２とのショットキー接合部Ｊに逆方向電圧が印加された際、ｐ型の不純物領域である埋め込み領域２１からｎ−型半導体層１１に空乏層が広がる。 As will be described in detail later, when a reverse voltage is applied to the Schottky junction J between the n − type semiconductor layer 11 and the metal layer 12, the buried region 21, which is a p type impurity region, changes from the n − type semiconductor layer 11. The depletion layer spreads out.
隣り合う埋め込み領域２１間の距離Ｌは、このときのショットキー接合部Ｊの電界強度Ｅが、臨界電界強度Ｅｃに達する以前に、埋め込み領域２１からｎ−型半導体層１１に広がる空乏層がピンチオフし、カソード電界をシャットアウトする距離とする。 The distance L between the adjacent buried regions 21 indicates that the depletion layer extending from the buried region 21 to the n − type semiconductor layer 11 is pinched off before the electric field strength E of the Schottky junction J at this time reaches the critical electric field strength Ec. And the distance at which the cathode electric field is shut out.
また埋め込み領域２１は、ショットキー接合部Ｊから所定の深さＤで配置される。埋め込み領域２１は、ｎ−型半導体層１１と金属層１２とのショットキー接合部Ｊより下方のｎ−型半導体層１１内に完全に埋め込まれ、金属層１２とコンタクトせず、直接的にいずれの電位も印加されることはないフローティング構造である。すなわち金属層１２はショットキー接合部Ｊの全面において、ｎ−型半導体層１１とコンタクトする。 The embedded region 21 is disposed at a predetermined depth D from the Schottky junction J. The buried region 21 is completely buried in the n − type semiconductor layer 11 below the Schottky junction J between the n − type semiconductor layer 11 and the metal layer 12, does not contact the metal layer 12, and directly This is a floating structure in which no potential is applied. That is, the metal layer 12 contacts the n − type semiconductor layer 11 over the entire surface of the Schottky junction J.
ショットキー接合部Ｊを囲む基板ＳＢの端部には、高濃度のｐ型不純物を拡散したガードリング１８が設けられる。 A guard ring 18 in which high-concentration p-type impurities are diffused is provided at the end of the substrate SB surrounding the Schottky junction J.
金属層１２表面には、例えばアルミニウム（Ａｌ）等の金属層により、アノード電極１５が形成され、アノード電極１５と対向するｎ＋型シリコン半導体基板１０の主面（裏面）には、Ｔｉ−Ｎｉ−Ａｕなどの蒸着金属層などによりカソード電極１６が形成される。 On the surface of the metal layer 12, an anode electrode 15 is formed of a metal layer such as aluminum (Al), for example. On the main surface (back surface) of the n + type silicon semiconductor substrate 10 facing the anode electrode 15, Ti—Ni— The cathode electrode 16 is formed by a deposited metal layer such as Au.
図２および図３を参照して、本実施形態のショットキーバリアダイオード(以下ＳＢＤ)１００の動作について、従来(図５)のＪＢＳ１２０と比較して説明する。図２は、順方向電圧印加時の断面概要図であり、図２（Ａ）が本実施形態のＳＢＤ１００、図２（Ｂ）が従来のＪＢＳ１２０である。また図３は、本実施形態のＳＢＤ１００の逆方向電圧印加時の断面概要図である。 With reference to FIG. 2 and FIG. 3, the operation of the Schottky barrier diode (hereinafter referred to as SBD) 100 of the present embodiment will be described in comparison with the conventional JBS 120 (FIG. 5). 2A and 2B are schematic cross-sectional views when a forward voltage is applied. FIG. 2A shows the SBD 100 of this embodiment, and FIG. 2B shows a conventional JBS 120. FIG. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the SBD 100 of this embodiment when a reverse voltage is applied.
図２（Ａ）を参照して、ＳＢＤ１００に順方向電圧（アノード電極１５に正電圧）が印加されると、矢印の如く電流が流れる。 Referring to FIG. 2A, when a forward voltage (a positive voltage is applied to anode electrode 15) is applied to SBD 100, a current flows as indicated by an arrow.
図２（Ｂ）の如く従来のＪＢＳ１２０でも、同様に矢印の如く電流が流れるが、ＪＢＳ１２０では以下の問題がある。 In the conventional JBS 120 as shown in FIG. 2B, a current flows in the same manner as indicated by an arrow, but the JBS 120 has the following problems.
まず第１にｐ＋型不純物領域１２３は基板ＳＢ’の深さ（垂直方向）に延在するよう形成されており、ショットキー接合部Ｊ’から所定の深さまでの電流の経路を狭め、電流の抵抗成分が増加する問題がある。 First, the p + -type impurity region 123 is formed so as to extend to the depth (vertical direction) of the substrate SB ′, narrowing the current path from the Schottky junction J ′ to a predetermined depth, There is a problem that the resistance component increases.
また、ｐ＋型不純物領域１２３とｎ−型半導体層１２２が金属層１２５およびアノード電極１２８により同電位に接続されており、両者のエネルギーバンドがずれることで約０．６Ｖ分の電位差が生じる。つまり順方向電圧印加時であってもｐ＋型不純物領域１２３周辺に空乏層ｄが存在する。つまりｐ＋型不純物領域１２３の存在のみならず、空乏層ｄによっても電流の経路が狭められ、抵抗成分増大を招く問題があった。 In addition, the p + -type impurity region 123 and the n − -type semiconductor layer 122 are connected to the same potential by the metal layer 125 and the anode electrode 128, and a potential difference of about 0.6 V is generated by shifting the energy bands of both. That is, even when forward voltage is applied, the depletion layer d exists around the p + type impurity region 123. That is, the current path is narrowed not only by the presence of the p + -type impurity region 123 but also by the depletion layer d, resulting in an increase in resistance component.
また、本実施形態のＳＢＤ１００は、ｐ型不純物領域である埋め込み領域２１をフローティング構造とすることで、ｐ型不純物領域である埋め込み領域２１とｎ−型半導体層１２のエネルギーバンドはフラットな状態を維持できる。従って順方向電圧印加時に、埋め込み領域２１とｎ−型半導体層１２とのｐｎ接合面に空乏層が発生することはない（図２（Ａ））。これにより、図２（Ｂ）の如く従来発生していた空乏層ｄの幅による電流経路の抵抗増加を抑制できる。 In the SBD 100 of this embodiment, the buried region 21 that is a p-type impurity region has a floating structure, so that the energy band between the buried region 21 that is a p-type impurity region and the n − type semiconductor layer 12 is flat. Can be maintained. Therefore, when a forward voltage is applied, a depletion layer does not occur at the pn junction surface between the buried region 21 and the n − type semiconductor layer 12 (FIG. 2A). As a result, the increase in resistance of the current path due to the width of the depletion layer d, which has been conventionally generated as shown in FIG.
第２には従来のＪＢＳ１２０では、ｐ＋型不純物領域１２３がｎ−型半導体層１２２表面に露出し、ショットキー金属層１２５とコンタクトするため、順方向電圧印加時には、ｐ＋型不純物領域１２３とその周辺に広がる空乏層ｄの幅の分のショットキー接合面積が低減してしまう。すなわち、ショットキー接合面積の低減により順方向電圧特性が劣化する問題もある。 Second, in the conventional JBS 120, the p + -type impurity region 123 is exposed on the surface of the n − -type semiconductor layer 122 and contacts the Schottky metal layer 125. Therefore, when a forward voltage is applied, the p + -type impurity region 123 and its periphery are exposed. As a result, the area of the Schottky junction corresponding to the width of the depletion layer d extending in the range is reduced. That is, there is also a problem that the forward voltage characteristics deteriorate due to the reduction of the Schottky junction area.
しかし本実施形態のＳＢＤ１００では、埋め込み領域２１は、ｎ−型半導体層１２内に完全に埋め込まれており、金属層（ショットキー金属層）１２とコンタクトすることはなく、アノード電極１５と直接的に接続しない。従って、ショットキー接合部Ｊとして十分な面積を確保することができ、順方向電圧特性の劣化を抑制したまま低ＩＲ特性を実現できる。 However, in the SBD 100 of the present embodiment, the buried region 21 is completely buried in the n − type semiconductor layer 12 and does not contact the metal layer (Schottky metal layer) 12, but directly with the anode electrode 15. Do not connect to. Therefore, a sufficient area as the Schottky junction J can be secured, and low IR characteristics can be realized while suppressing deterioration of the forward voltage characteristics.
第３に従来のＪＢＳ１２０では、約０．６Ｖより大きい順方向電圧を印加すると、ＪＢＳ１２０はｐｎ接合ダイオードとして動作し、図２（Ｂ）の如くｐ＋型不純物領域１２３からｎ−型半導体層１２２にキャリア（正孔）Ｃが注入される。 Third, in the conventional JBS 120, when a forward voltage greater than about 0.6 V is applied, the JBS 120 operates as a pn junction diode, and the p + -type impurity region 123 is applied to the n − -type semiconductor layer 122 as shown in FIG. Carriers (holes) C are injected.
ＪＢＳ１２０をオフ状態に切り替えるために逆方向電圧を印加すると、図５のごとくｐ＋型不純物領域１２３からｎ−型半導体層１２２に空乏層ｄが広がるのであるが、このとき、ｎ−型半導体層１２２にキャリア（正孔）Ｃが蓄積されているため、このキャリアＣの流出または再結合が行われた後、空乏層ｄが広がり出す。すなわち空乏層ｄが広がる以前にキャリアＣの流出または再結合のための時間（逆回復時間：ｔｒｒ）が発生する。 When a reverse voltage is applied to switch the JBS 120 to the off state, the depletion layer d spreads from the p + -type impurity region 123 to the n − -type semiconductor layer 122 as shown in FIG. Since carriers (holes) C are accumulated in the depletion layer d, the depletion layer d expands after the carriers C flow out or recombine. That is, before the depletion layer d spreads, a time for carrier C to flow out or recombine (reverse recovery time: trr) occurs.
このため、スイッチングタイムが増加するなどの問題がある。 For this reason, there are problems such as an increase in switching time.
しかし本実施形態では、埋め込み領域２１がアノード電極１５と直接的に接続されていないためｐｎ接合ダイオードとして動作することはなく、順方向電圧印加時に正孔の注入が起こりにくい。従って、オフ状態に切り替えるため逆方向電圧を印加した際に発生する逆回復時間ｔｒｒを従来のＪＢＳ１２０と比較して大幅に短縮できる。つまり低いリーク電流ＩＲ特性を有しながら逆回復時間ｔｒｒ損失の増大の問題も改善できる。 However, in this embodiment, since the buried region 21 is not directly connected to the anode electrode 15, it does not operate as a pn junction diode, and hole injection hardly occurs when a forward voltage is applied. Therefore, the reverse recovery time trr generated when the reverse voltage is applied to switch to the off state can be significantly shortened as compared with the conventional JBS 120. That is, the problem of increase in reverse recovery time trr loss can be improved while having low leakage current IR characteristics.
次に図３を参照して、逆方向電圧印加時の動作について説明する。 Next, the operation at the time of applying the reverse voltage will be described with reference to FIG.
ＳＢＤ１００に逆方向電圧（カソード電極１６に正電圧）が印加されると、ショットキー接合部Ｊ全面からｎ−型半導体層１１に空乏層ｄが広がるとともに、埋め込み領域２１からも周囲のｎ−型半導体層１１に空乏層ｄが広がり、埋め込み領域２１間において空乏層ｄがピンチオフする。そして空乏層ｄ内の電界によって基板ＳＢの垂直方向のカソード電界をシャットアウトすることで、ショットキー界面の電界を緩和し、ひいてはリーク電流を低減するとともに、所定の耐圧を確保する。 When a reverse voltage (positive voltage on the cathode electrode 16) is applied to the SBD 100, the depletion layer d spreads from the entire surface of the Schottky junction J to the n − type semiconductor layer 11, and the surrounding n − type also extends from the buried region 21. The depletion layer d spreads in the semiconductor layer 11, and the depletion layer d is pinched off between the buried regions 21. Then, the cathode electric field in the vertical direction of the substrate SB is shut out by the electric field in the depletion layer d, so that the electric field at the Schottky interface is relaxed, thereby reducing the leakage current and securing a predetermined breakdown voltage.
つまり、従来のＪＢＳ１２０と比較して逆方向リーク電流ＩＲの抑制効果を維持したまま、順方向特性ＶＦを改善でき、リーク電流ＩＲと順方向電圧ＶＦのトレードオフを改善できる。 That is, the forward characteristic VF can be improved while maintaining the effect of suppressing the reverse leakage current IR as compared with the conventional JBS 120, and the trade-off between the leakage current IR and the forward voltage VF can be improved.
１０ ｎ＋型シリコン半導体基板
１１ ｎ−型半導体層
１２ （ショットキー）金属層
１５ アノード電極
１６ カソード電極
１８ ガードリング
２１ 埋め込み領域
１００ ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）
１１０ ショットキーバリアダイオード
１２０ ショットキーバリアダイオード（ＪＢＳ）
１２１ ｎ＋型シリコン半導体基板
１２２ ｎ−型半導体層
１２３ ｐ＋型不純物領域
１２５ （ショットキー）金属層
１２７ ガードリング
１２８ アノード電極
１２９ カソード電極
ＳＢ、ＳＢ’ 半導体基板
ｄ 空乏層
10 n + type silicon semiconductor substrate 11 n− type semiconductor layer
12 (Schottky) metal layer 15 Anode electrode 16 Cathode electrode 18 Guard ring 21 Buried region 100 Schottky barrier diode (SBD)
110 Schottky Barrier Diode 120 Schottky Barrier Diode (JBS)
121 n + type silicon semiconductor substrate 122 n− type semiconductor layer 123 p + type impurity region 125 (Schottky) metal layer 127 guard ring 128 anode electrode 129 cathode electrode SB, SB ′ semiconductor substrate d depletion layer
Claims (5)
該一導電型半導体層の一主面とショットキー接合を形成する金属層と、
前記一導電型半導体層内に複数埋め込まれ、互いに離間された逆導電型の埋め込み領域と、
を具備することを特徴とするショットキーバリアダイオード。 One conductivity type semiconductor layer;
A metal layer that forms a Schottky junction with one principal surface of the one conductivity type semiconductor layer;
A plurality of buried regions of the opposite conductivity type embedded in the one conductivity type semiconductor layer and spaced apart from each other;
A Schottky barrier diode comprising:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007073278A JP2008235588A (en) | 2007-03-20 | 2007-03-20 | Schottky barrier diode |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007073278A JP2008235588A (en) | 2007-03-20 | 2007-03-20 | Schottky barrier diode |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2008235588A true JP2008235588A (en) | 2008-10-02 |
Family
ID=39908032
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2007073278A Pending JP2008235588A (en) | 2007-03-20 | 2007-03-20 | Schottky barrier diode |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2008235588A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104393055A (en) * | 2014-11-10 | 2015-03-04 | 电子科技大学 | Grooved diode with floating island structure |
| CN111987139A (en) * | 2019-05-21 | 2020-11-24 | 上海先进半导体制造股份有限公司 | Silicon carbide Schottky diode and preparation method thereof |
| JP7468432B2 (en) | 2021-03-30 | 2024-04-16 | トヨタ自動車株式会社 | Semiconductor Device |
-
2007
- 2007-03-20 JP JP2007073278A patent/JP2008235588A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104393055A (en) * | 2014-11-10 | 2015-03-04 | 电子科技大学 | Grooved diode with floating island structure |
| CN111987139A (en) * | 2019-05-21 | 2020-11-24 | 上海先进半导体制造股份有限公司 | Silicon carbide Schottky diode and preparation method thereof |
| JP7468432B2 (en) | 2021-03-30 | 2024-04-16 | トヨタ自動車株式会社 | Semiconductor Device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6666224B2 (en) | Semiconductor device | |
| US7863682B2 (en) | SIC semiconductor having junction barrier Schottky diode | |
| JP4621708B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| JP4843253B2 (en) | Power semiconductor device | |
| JP5919033B2 (en) | Schottky barrier diode | |
| JP2008251772A (en) | Semiconductor device | |
| JP6833848B2 (en) | Area-efficient floating field ring termination | |
| JP7030665B2 (en) | Semiconductor device | |
| JP2014060376A (en) | Schottky barrier diode and manufacturing method of the same | |
| JP2007042836A (en) | Semiconductor device | |
| JP5655932B2 (en) | Semiconductor device | |
| JP5216183B2 (en) | Semiconductor device | |
| JP2012227429A (en) | Semiconductor device | |
| JP2008251925A (en) | Diode | |
| JP2008244312A (en) | Semiconductor apparatus | |
| JP5865860B2 (en) | Semiconductor device | |
| CN112310228A (en) | Schottky barrier diode | |
| JP2012248736A (en) | Semiconductor device | |
| JP2008235588A (en) | Schottky barrier diode | |
| JP2019054193A (en) | Semiconductor device | |
| CN110223980A (en) | Semiconductor device | |
| JP2020047683A (en) | Semiconductor device | |
| JP2007235064A (en) | Schottky barrier semiconductor device, and method of manufacturing same | |
| JP6550995B2 (en) | Semiconductor device | |
| JP7257912B2 (en) | semiconductor equipment |