JP2010135594A

JP2010135594A - ダイオード

Info

Publication number: JP2010135594A
Application number: JP2008310728A
Authority: JP
Inventors: Takashi Suzuki; 隆司鈴木; Masayasu Ishiko; 雅康石子
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2008-12-05
Filing date: 2008-12-05
Publication date: 2010-06-17

Abstract

【課題】逆回復特性に優れたダイオードを提供する。
【解決手段】カソード電極１０とアノード電極６０の間に設けられているとともに、高抵抗領域３４とその高抵抗領域３４に隣接する絶縁体領域３２とを有する中間領域３０を備えている。中間領域３０は、カソード電極１０とアノード電極６０を結ぶ方向に直交する断面において、高抵抗領域３４の占有面積率が高い第１断面Ａ１と、高抵抗領域３４の占有面積率が低い第２断面Ａ２を有している。第１断面Ａ１が第２断面Ａ２よりもカソード電極１０側に配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ダイオードに関する。

ダイオードは、カソード電極とアノード電極の間にn型の不純物の濃度が薄い高抵抗領域を備えている。ダイオードでは、アノード電極とカソード電極の間（アノード・カソード間）に印加されている電圧が順方向から逆方向に反転すると、高抵抗領域内に空乏層が伸び、その空乏層によってアノード・カソード間に電流が流れるのを禁止する。アノード・カソード間に印加されている電圧が順方向から逆方向に反転した直後には、高抵抗領域に蓄積されていた正孔がアノード電極に排出され、高抵抗領域に蓄積されていた電子がカソード電極に排出される。これにより、反転した直後には、アノード電極とカソード電極の間を逆方向に電流が流れる（逆回復電流という）。

特許文献１にはＰＩＮ型のダイオードが開示されている。そのＰＩＮ型ダイオードは、p型の不純物の濃度が薄い低濃度アノード領域と、その低濃度アノード領域内に分散配置されているp型の不純物の濃度が濃い高濃度アノード領域を有している。特許文献１のＰＩＮ型のダイオードでは、高濃度アノード領域を分散配置することによって、順方向電圧が印加されている間に高抵抗領域に注入されるキャリアの数を抑制し、逆回復時に高抵抗領域のキャリアを迅速に消失させている。これにより、逆回復時の逆回復電流に起因する電力損失を低減化している。

特開平７−３１２３７０号公報

逆回復時の電力損失を低減化するためには、高抵抗領域からキャリアを迅速に消失させることが有効である。ところが、キャリアの消失速度が速くなり過ぎると、逆回復電流の変化率が大きくなり、過大なサージ電圧が発生し易い。
本発明は、逆回復時の電力損失を低減化しながら、サージ電圧を抑制する技術を提供する。

本願明細書で開示される技術は、高抵抗領域内に存在するキャリアが、その高抵抗領域内の位置に応じてダイオードの逆回復特性に与える影響度が異なるという事象を利用することを特徴としている。高抵抗領域内のうちのカソード領域側に存在するキャリアは、逆回復電流のうちの後半の変化率に強い影響を与える。また、逆回復電流のうちの後半の変化率は特に、サージ電圧に強い影響を与える。逆回復電流のうちの後半の変化率が緩やかであれば、過大なサージ電圧が抑えられる。即ち、本願明細書で開示される技術は、高抵抗領域内に存在するキャリアのうちカソード領域側に存在するキャリアを相対的に増加させることによって、逆回復時の電力損失を低減化しながら、サージ電圧を抑制することを特徴としている。

本明細書で開示されるダイオードは、カソード電極とアノード電極の間に設けられているとともに、第１導電型の高抵抗半導体領域と、その高抵抗半導体領域に隣接する絶縁体領域とを有する中間領域を備えている。中間領域は、カソード電極とアノード電極を結ぶ方向に直交する断面において、高抵抗半導体領域の占有面積率が高い第１断面と、高抵抗半導体領域の占有面積率が低い第２断面を有している。第１断面は、第２断面よりもカソード電極側に配置されている。
ここで、「高抵抗半導体領域の占有面積率」とは、カソード電極とアノード電極を結ぶ方向に直交する断面において、その断面の全面積に占める高抵抗半導体領域の面積の割合である。例えば、中間領域が高抵抗半導体領域と絶縁体領域のみで構成されている場合、「高抵抗半導体領域の占有面積率」は、（前記断面における高抵抗半導体領域の面積／前記断面における高抵抗半導体領域の面積＋前記断面における絶縁領域の面積）によって求められる。また、上記の「高い」及び「低い」という表現は、相対的な関係のみを規定しており、第１断面における高抵抗半導体領域の占有面積率が第２断面における高抵抗半導体領域の占有面積率よりも高いことを特定している。

上記したダイオードは、中間領域に絶縁体領域を備えていることを特徴している。さらに、上記したダイオードでは、カソード電極とアノード電極を結ぶ方向に直交する断面において、高抵抗半導体領域の占有面積率が高い第１断面が、高抵抗半導体領域の占有面積率が低い第２断面よりカソード電極側に配置されていることを特徴としている。即ち、上記したダイオードでは、中間領域において高抵抗半導体領域が占める領域が、アノード電極側よりもカソード電極側で相対的に大きいことを特徴としている。このため、上記したダイオードでは、順方向電圧が印加されたときに、高抵抗半導体領域に存在するキャリアがカソード電極側で相対的に多い。換言すると、上記したダイオードでは、順方向電圧が印加されたときに、キャリアの存在可能な領域が、中間領域のアノード電極側よりもカソード電極側の方で広い。このため、上記したダイオードでは、逆回復時に、アノード電極から遠い領域に残留しているキャリアを相対的に増加させることができる。したがって、逆回復電流のうちの後半の変化率が緩やかになり、過大なサージ電圧が抑えられる。一方、上記したダイオードでは、中間領域において高抵抗半導体領域が占める領域が、アノード電極側で相対的に小さいことも特徴としている。このため、上記したダイオードでは、順方向電圧が印加されたときに、高抵抗半導体領域に過剰のキャリアが蓄積されることを抑制することができる。上記したダイオードでは、逆回復電流に起因する電力損失を低減化することもできる。

本明細書で開示されるダイオードでは、中間領域が、カソード電極とアノード電極を結ぶ方向に直交する断面において、絶縁体領域の占有面積率が高い第３断面と、絶縁体領域の占有面積率が低い第４断面を有していることが好ましい。第３断面が第４断面よりもアノード電極側に配置されていることが好ましい。
ここで、「絶縁体領域の占有面積率」とは、カソード電極とアノード電極を結ぶ方向に直交する断面において、その断面の全面積に占める絶縁体領域の面積の割合である。例えば、中間領域が絶縁体領域と高抵抗半導体領域のみで構成されている場合、「絶縁体領域の占有面積率」は、（前記断面における絶縁体領域の面積／前記断面における絶縁体領域の面積＋前記断面における高抵抗半導体領域の面積）によって求められる。また、上記の「高い」及び「低い」という表現は、相対的な関係のみを規定しており、第３断面における絶縁体領域の占有面積率が第４断面における絶縁体領域の占有面積率よりも高いことを特定している。

上記したダイオードでは、カソード電極とアノード電極を結ぶ方向に直交する断面において、絶縁体領域の面積を広く確保することによって中間領域に占める高抵抗半導体領域の面積を狭く構成させ、絶縁体領域の面積を狭く確保することによって中間領域に占める高抵抗半導体領域の面積を広く構成させることができる。絶縁体領域の形態を工夫することによって、本明細書で開示されるダイオードを構築することができる。

本明細書で開示されるダイオードでは、高抵抗半導体領域が半導体基板内に設けられており、カソード電極が半導体基板の一方の主面に形成されており、アノード電極が半導体基板の他方の主面に形成されるのが好ましい。本明細書で開示されるダイオードは、縦型のダイオードであるのが好ましい。

本明細書で開示されるダイオードでは、絶縁体領域が、アノード電極側からカソード電極側に向けて細くなるテーパ形状であることが好ましい。
半導体基板の表面の面方位と、エッチングのためのマスクの開口面積とエッチング剤等を適宜に選択すると、半導体基板の深さ方向に向けて細くなるテーパ形状の溝を形成することができる。この溝内に絶縁体を充填すると、上記の絶縁体領域を形成することができる。上記形態の絶縁体領域は、製造が容易であるという特徴を有する。

本明細書で開示されるダイオードの特徴は、機能的に表現することも可能である。この場合、本明細書で開示されるダイオードは、カソード電極とアノード電極の間に設けられているとともに、第１導電型の高抵抗半導体領域とその高抵抗半導体領域に隣接する絶縁体領域とを有する中間領域を備えている。中間領域は、カソード電極とアノード電極を結ぶ方向に直交する断面において、順方向電圧が印加されたときのキャリアの存在可能領域が広い第５断面と、順方向電圧が印加されたときのキャリアの存在可能領域が狭い第６断面を有している。第５断面は、第６断面よりもカソード電極側に配置されている。

本明細書で開示されるダイオードによると、逆回復時の電力損失を低減化しながら、サージ電圧を抑制することができる。

本明細書で開示される技術の特徴を以下に整理しておく。
（１）縦型のＰＩＮ型のダイオードが備えている絶縁体領域の最深部は、少なくともアノード領域の最深部（表面から２〜３μｍ）よりも深い。
（２）絶縁体領域は、シリコン基板の表面から４０μｍよりも深い領域に至るまで設けられていることが好ましい。
（３）絶縁体領域は、シリコン基板の表面から５０μｍよりも深い領域に至るまで設けられていることがさらに好ましい。
（４）本明細書で開示されるダイオードの製造方法は、
第１導電型の不純物を低濃度に含む半導体基板の表面に第２導電の不純物を注入し、アノード領域を形成する工程と、
半導体基板の表面にマスクを形成する工程と、
マスクを選択的に除去して開口を形成する工程と、
マスクの開口から半導体基板をエッチングし、断面形状の横幅が深さ方向に向けて細くなるテーパ形状の溝を形成する工程と、
溝に絶縁体を充填する工程を備えている。

（第１実施例）
図１に、ＰＩＮ型のダイオード１の要部断面図を示す。ダイオード１は、カソード電極１０とシリコン基板２とアノード電極６０を備えている。カソード電極１０は、シリコン基板２の裏面２ｂに形成されている。アノード電極６０は、シリコン基板２の表面２ａに形成されている。シリコン基板２はその厚みが１７０μｍ程度である。カソード電極１０とアノード電極６０の材料には、アルミニウム等が用いられている。

シリコン基板２内には、n⁺型のカソード領域２０とn^-型の中間領域３０とp⁺型のアノード領域５０が設けられている。カソード領域２０は、シリコン基板２の裏層部に設けられており、カソード電極１０に電気的に接続されている。カソード領域２０は、その厚みが５０μｍ以下である。カソード領域２０には、イオン注入技術を利用して、リンが高濃度に導入されている。そのキャリア濃度は、カソード電極１０に接している領域において10¹⁹/cm³程度となるように調整されている。

中間領域３０は、カソード領域２０とアノード領域５０の間に設けられている。中間領域３０は、高抵抗領域３４と絶縁体領域３２を備えている。高抵抗領域３４は、その厚みが１２０μｍ程度である。高抵抗領域３４は、リンを低濃度に含んでおり、その抵抗値が高い。高抵抗領域３４のキャリア濃度は、厚み方向に一定の10¹³〜10¹⁴/cm³程度に調整されている。なお、高抵抗領域３４は、イオン注入技術を利用して、シリコン基板２の裏層部にカソード領域２０を形成し、表層部にアノード領域５０を形成した後の残部である。高抵抗領域３４のキャリア濃度は、シリコン基板２に含まれていた不純物濃度にほぼ等しい。

絶縁体領域３２は、シリコン基板２の表面２ａから深さ方向に伸びて設けられている。絶縁体領域３２は、断面形状の横幅がアノード電極６０側からカソード電極１０側に向けて徐々に細くなるテーパ形状である。絶縁体領域３２は、底部が平坦になっており、全体形状は台形である。絶縁体領域３２の底部は、カソード領域２０内に達している。絶縁体領域３２は、シリコン基板２の表面２ａから最深部までの深さが１５０μｍ程度である。絶縁体領域３２は、図１の奥行き方向に連続的に伸びていてもよく、図１の奥行き方向に断続的に設けられていてもよい。また、絶縁体領域３２は、底部が平坦になっていなくてもよい。

アノード領域５０は、シリコン基板２の表層部に設けられており、アノード電極６０に電気的に接続されている。アノード領域５０は、その厚みが３μｍ程度である。アノード領域５０には、イオン注入技術を利用して、ボロンが高濃度に導入されている。そのキャリア濃度は、アノード電極６０に接している領域において、10¹⁸〜10¹⁹/cm³程度に調整されている。

上記したように、ダイオード１の中間領域３０には、テーパ形状の絶縁体領域３２が設けられている。このため、ダイオード１の中間領域３０において、カソード電極１０とアノード電極６０を結ぶ方向（図１の上下方向）に直交する断面を比較すると、カソード電極１０側に配置されている第１断面Ａ１における高抵抗領域３４の占有面積率が、アノード電極６０側に配置されている第２断面Ａ２における高抵抗領域３４の占有面積率よりも高い。すなわち、第１断面Ａ１における絶縁体領域３２の占有面積率が、第２断面Ａ２における絶縁体領域３２の占有面積率よりも低い。

ダイオード１では、順方向電圧が印加されると、カソード領域２０から高抵抗領域３４に電子が注入される。また、アノード領域５０から高抵抗領域３４に正孔も注入される。ダイオード１では、電子と正孔の存在可能な高抵抗領域３４が、アノード電極６０側からカソード電極１０側に向けて広くなっている。このため、順方向電圧が印加されているときの中間領域３０内に存在するキャリアは、アノード電極６０側からカソード電極１０側に向けて相対的に多くなる。順方向電圧が印加されている時の正孔の量を、図２のグラフｈで示す。また、順方向電圧が印加されている時の電子の量を、図２のグラフｅで示す。順方向電圧印加時には、中間領域３０のカソード電極１０側の方に、アノード電極６０側と比較して多くのキャリアが分布する。

ダイオード１に印加される電圧が順方向から逆方向に反転すると、順方向電圧が印加されていた間に高抵抗領域３４に蓄積されていた正孔がアノード領域５０を介してアノード電極６０に排出され、高抵抗領域３４に蓄積されていた電子がカソード領域２０を介してカソード電極１０に排出される。このため、逆方向電圧が印加された直後には、アノード電極６０とカソード電極１０の間に、逆回復電流が流れる。

前記したように、ダイオード１では、逆回復時において、アノード電極６０から遠い領域に残留している正孔を相対的に増加させることができる。アノード電極６０から遠い領域に残留している正孔は、逆回復電流の後半の変化率に影響を及ぼす。ダイオード１のようにアノード電極６０から遠い領域に残留している正孔が多いと、逆回復電流の後半の変化率が緩やかになる。一方、ダイオード１では、中間領域３０に占める高抵抗半導体領域３４の存在領域が、アノード電極６０側で相対的に小さいことも他の１つの特徴としている。このため、ダイオード１では、順方向電圧が印加されているときに、高抵抗半導体領域３４に過剰のキャリアが蓄積されない。したがって、ダイオード１では、高抵抗半導体領域３４に蓄積される電荷量を小さくすることができ、逆回復電流のピーク値を小さく抑えることができる。図３を参照して、ダイオード１の逆回復電流の様子を示す。図３中のグラフＬ１がダイオード１の逆回復電流であり、図３中のグラフＬ２が従来のＰＩＮ型ダイオード（絶縁体領域が設けられていない例）の逆回復電流である。図３に示すように、ダイオード１の逆回復電流は、そのピーク値が低く抑えられるとともに、後半の変化率が緩やかになる。このため、ダイオード１は、電力損失が低減化されるとともに、過大なサージ電圧やサージ電流も抑えられる。また、アノード・カソード間電圧やアノード・カソード間電流が発振することを防止することができる。

図４に、絶縁体領域３２の最深部の深さを変更したＰＩＮ型ダイオードにおける逆回復電流のシミュレーション結果を示す。ここでは、中間領域３０に絶縁体領域３２が設けられていないダイオード（ｄ＝０μｍ）と、絶縁体領域３２の最深部の深さが表面２ａから５０μｍのダイオード（ｄ＝５０μｍ）と、深さが表面２ａから１００μｍのダイオード（ｄ＝１００μｍ）と、深さが表面２ａから１５０μｍの本実施例のダイオード１（ｄ＝１５０μｍ）の逆回復電流を観測する。なお、いずれの絶縁体領域３２も表面２ａに露出している面積は同一である。

図４に示すように、絶縁体領域３２が設けられていると、逆回復電流が逆方向（グラフの負の方向）に振れている領域の時間積分値が小さくなる。この時間積分値は、高抵抗領域３４に蓄積されている電荷の量、即ち、高抵抗領域３４に蓄積されているキャリアの量と強い相関関係がある。この結果から、絶縁体領域３２が設けられていると、高抵抗領域３４に蓄積されているキャリアの量を抑制することができ、逆回復電流が流れることによる電力損失が抑えられることが判る。特に、深さが１５０μｍの絶縁体領域３２を備えているダイオード１は、高抵抗領域３４に過剰に蓄積されるキャリアの量が少なく、逆回復電流が流れることによる電力損失が少なくなっている。

また、絶縁体領域３２が設けられていると、逆回復電流の負方向のピーク値が小さい。また、負方向の最大値から０に収束するときの（逆回復電流の後半期の）変化率が小さい。この変化率が大き過ぎると、過大なサージ電圧やサージ電流が発生することがある。また、アノード・カソード間電圧やアノード・カソード間電流が発振することがある。絶縁体領域３２が設けられていることにより、アノード・カソード間の過大なサージ電圧やサージ電流が抑えられ、アノード・カソード間電圧やアノード・カソード間電流が発振することを抑制することができる。

図５から図９を参照してダイオード１の製造方法を説明する。
図５に示すように、n^-型のバルクシリコン基板２を準備する。まず、シリコン基板２の表面２ａからp型不純物イオンのボロンＢを注入して熱拡散する。これにより、アノード領域５０を形成する。

次に図６に示すように、表面２ａにマスクＭ１を形成し、そのマスクＭ１のうち絶縁体領域３２を形成する領域に開口を形成する。シリコン基板２の表面の面方位とエッチング剤を選択して異方性エッチングを行う。シリコン基板２の表面２ａの面方位は（１００）面である。エッチング剤にＫＯＨ水溶液やＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）水溶液を選択するとともに、マスクＭ１の開口の幅（図６に示す断面の幅）を２００μｍ以下とすると、（１１１）面を側面とする溝Ｔ１が形成される。溝Ｔ１の深さは１５０μｍ程度とする。溝Ｔ１の断面形状の横幅が、シリコン基板２の深さ方向に向けて細くなるテーパ形状となる。

次に図７に示すように、ＣＶＤ法によって溝Ｔ１内に酸化シリコンを充填した後に、マスクＭ１と表面２ａに堆積した酸化シリコンを除去する。これにより絶縁体領域３２が形成される。なお、溝Ｔ１内は、ノンドープのポリシリコンやシリカビーズ等を用いて充填してもよい。

次に図８に示すように、シリコン基板２の表面２ａに、アルミニウム等の金属膜を形成し、アノード電極６０とする。次に、図９に示すように、シリコン基板２を薄板化する。シリコン基板２が１．２ｋＶの耐圧を保持することができるように、その厚みを１７０μｍ程度とする。

次に図１０に示すように、シリコン基板２の裏面２ｂからn型不純物イオンのリンを注入して熱拡散する。これにより、カソード領域２０を形成する。次に、シリコン基板２の裏面２ｂにアルミニウム等の金属膜を形成し、図１に示すカソード電極１０とする。これにより、図１に示すダイオード１を形成することができる。

なお、上記したダイオード１では、シリコン基板２の表面２ａからの深さが１５０μｍ程度の絶縁体領域３２を形成する場合について説明したが、n型不純物の濃度が5×10³/cm³のシリコン基板を用い、耐圧の設定が１．２ｋである場合には、絶縁体領域３２の表面２ａからの深さは５０μｍ〜１５０μｍの間であればよい。絶縁体領域３２の底部は、上記したダイオード１のようにカソード領域２０内に存在してもよいし、中間領域３０内に存在してもよい。

また、上記したダイオード１の製造方法では、シリコン基板２の面方位と、エッチングのためのマスクＭ１の開口面積と、エッチング剤等を選択することによってテーパ形状の溝Ｔ１を形成する場合について説明した（図６参照）が、テーパ形状の溝Ｔ１を形成する方法は上記方法に限定されるものではない。例えば、アノード電極６０側からカソード電極１０側に向けて断面形状の横幅がほぼ同じトレンチをエッチングによって形成した後に、アルカリエッチングでテーパ化することによって溝Ｔ１を形成してもよい。

また、上記したダイオード１の製造方法では、図５と図６に示したように、表面２ａからp型不純物イオンを注入して熱拡散する工程を実施した後に、溝Ｔ１を形成する工程を実施する場合について説明したが、各工程を実施する順序は上記実施例に限定されるものではない。アノード電極６０を形成する工程やカソード電極１０を形成する工程を実施する順序も上記実施例に限定されるものではない。例えば、まず、溝Ｔ１を形成して溝Ｔ１内に絶縁体を充填し、次に表面２ａからp型不純物イオンを注入して熱拡散してアノード領域５０を形成し、次にシリコン基板２を薄板化し、次に裏面２ｂからn型不純物イオンを注入して熱拡散してカソード領域２０を形成し、次にアノード電極６０とカソード電極１０を形成してもよい。シリコン基板２を薄板化する前に、アノード電極６０のみを先に形成してもよい。溝Ｔ１を形成した後にアノード領域５０を形成する順序で各工程を実施する場合には、溝Ｔ１を形成する工程に起因してアノード領域５０のp型不純物濃度が変化することを抑制することができる。不純物イオン注入と熱拡散を実施した後に電極を形成する場合には、熱拡散による電極の損傷を抑制することができる。

また、上記した製造方法では、n^-型のシリコン基板２を利用してダイオード１を形成する場合について説明したが、n⁺型のシリコン基板を利用してその上にn^-型の半導体領域をエピタキシャル成長させた後にダイオード１を形成してもよい。この場合には、基板の裏面２ｂからn型不純物イオンを注入して熱拡散する工程を省略することができる。

（第１実施例の変形例１）
図１１に、ダイオード６の断面図を模式的に示す。ダイオード６は、図１に示したダイオード１の絶縁体領域３２に代えて、段差状の絶縁体領域３１を備えていることを特徴としている。図１１では、図１に示すダイオード１と共通する部分については同じ番号を付することによってその重複説明を省略する。

絶縁体領域３１は、アノード電極６０側からカソード電極１０側に向けて段階的に細くなっている。ダイオード６も、カソード電極１０とアノード電極６０を結ぶ方向に直交する断面において、高抵抗領域３４の占有面積率が高い第１断面Ａ１が、高抵抗領域３４の占有面積率が低い第２断面Ａ２よりカソード電極１０側に配置されている。ダイオード６に順方向電圧が印加されている時の正孔の量を、図１２のグラフｈで示す。また、順方向電圧が印加されている時の電子の量を、図１２のグラフｅで示す。ダイオード６でも、順方向電圧が印加されたときに存在するキャリアが、アノード電極６０側よりもカソード電極１０側で多い。したがって、ダイオード６を用いると、ダイオード１と同様に逆回復電流の後半の変化率が緩やかにすることができる。

半導体材料とエッチング剤の組合せ等によっては、断面形状の横幅が深さ方向に向けて細くなるテーパ形状の絶縁体領域を形成できないことがある。そのような場合に、複数回のエッチングを利用してダイオード６のような形態を構成すれば、逆回復特性を改善することができる。

（第１実施例の変形例２）
図１３に、ダイオード３の断面図を模式的に示す。ダイオード３は、図１に示したダイオード１の絶縁体領域３２に代えて、断面形状の横幅が最深部に至るまで同じ幅の絶縁体領域３３を備えていることを特徴としている。

ダイオード３も、カソード電極１０とアノード電極６０を結ぶ方向に直交する断面において、高抵抗領域３４の占有面積率が高い第１断面Ａ１が、高抵抗領域３４の占有面積率が低い第２断面Ａ２よりカソード電極１０側に配置されている。ダイオード３に順方向電圧が印加されている時の正孔の量を、図１４のグラフｈで示す。また、順方向電圧が印加されている時の電子の量を、図１４のグラフｅで示す。ダイオード３でも、順方向電圧が印加されたときに存在するキャリアが、アノード電極６０側よりもカソード電極１０側で多い。したがって、ダイオード３を用いると、ダイオード１と同様に、逆回復電流の後半の変化率が緩やかにすることができる。

絶縁体領域３３の最深部の深さは、アノード領域５０の最深部の深さよりも深ければよい。絶縁体領域３３の最深部の深さは、表面２ａから４０μｍ以上であることが好ましい。絶縁体領域３３の最深部の深さは、図３に示したように、表面２ａから５０μｍ以上であることがさらに好ましい。

（第２実施例）
図１５にＰＩＮ型のダイオード４の斜視図を示す。図１５では、図１に示すダイオード１と機能が共通する構成要素については同じ番号の末尾に「ａ」を追加した符号を付することによってその重複説明を省略する。ダイオード４は横型のダイオードである。

シリコン基板２内には、カソード領域２０ａと中間領域３０ａとアノード領域５０ａが設けられている。各々の領域は、シリコン基板２の表面２ａと裏面２ｂの双方に面しており、図１５に示す奥側から手前側に向けて順に配置されている。カソード領域２０ａの表面２ａの一部がカソード電極１０ａに覆われている。カソード電極１０ａで覆われていないカソード領域２０ａの表面２ａは、絶縁膜Ｚ１で覆われている。アノード領域５０ａの表面２ａはアノード電極６０ａで覆われている。

カソード領域２０ａとアノード領域５０ａの間に設けられている中間領域３０ａは、高抵抗領域３４ａと絶縁体領域３２ａを備えている。絶縁体領域３２ａは、アノード領域５０ａからカソード領域２０ａに至るまで設けられている。絶縁体領域３２ａは、表面２ａに面しており、アノード領域５０ａ側からカソード領域２０ａ側に向けて表面２ａからの深さが浅くなっている。絶縁体領域３２ａ以外の中間領域３０ａが、高抵抗領域３４ａとなっている。

ダイオード４の中間領域３０ａには、アノード領域５０ａからカソード領域２０ａに向けて浅くなる絶縁体領域３２ａが設けられている。このため、ダイオード４の中間領域３０ａにおいて、カソード領域２０ａとアノード領域５０ａを結ぶ方向に直交する断面を比較すると、カソード領域２０ａ側に配置されている第１断面Ａ１における高抵抗領域３４ａの占有面積率が、アノード領域５０ａ側に配置されている第２断面Ａ２における高抵抗領域３４ａの占有面積率よりも高い。すなわち、第１断面Ａ１における絶縁体領域３２ａの占有面積率が、第２断面Ａ２における絶縁体領域３２の占有面積率よりも低い。

ダイオード４でも、第１実施例のダイオード１と同様に、順方向電圧印加時が印加されたときの中間領域３０ａに存在するキャリアが、アノード領域５０ａ側（アノード電極６０ａ側）からカソード領域２０ａ側（カソード電極１０ａ側）に向けて相対的に多くなる。したがって、ダイオード４を用いると、第１実施例のダイオード１と同様に、逆回復電流の後半の変化率を緩やかにすることができる。

図１６から図１８を参照してダイオード４の製造方法のうち、絶縁体領域３２ａを形成する工程を説明する。
図１６に示すように、n^-型のバルクシリコン基板２に、不純物イオン注入と熱拡散を繰り返し、アノード領域５０ａとカソード領域２０ａを形成した後に、シリコン基板２の表面２ａにマスクＭ２を形成して選択的に除去する。この際に、カソード領域２０ａ側の方が、アノード領域５０ａ側よりも開口の幅（図１６の横方向の長さ）が徐々に小さくなるように、マスクＭ２を除去する。
次にシリコン基板２をエッチングする。マスクＭ２の開口幅が大きい部分ほど深い溝Ｔ２が形成される。

次に図１７に示すように、溝Ｔ２の内面を熱酸化して熱酸化膜Ｚ２を形成する。シリコン基板２を熱酸化することにより、溝Ｔ２の内面以外に形成された熱酸化膜Ｚ２（図示していない）は、不要であれば除去する。
次に図１８に示すように、ＣＶＤ法によって溝Ｔ２内に酸化シリコンの堆積絶縁膜Ｚ３を充填する。表面２ａに堆積した堆積絶縁膜Ｚ３を除去する。これにより絶縁体領域３２ａが形成される。図１６から図１８では、理解し易いように、溝Ｔ２の間隔や熱酸化膜Ｚ２の厚みを実際よりも大きくしても模式化している。このため、図１８に示す絶縁体領域３２ａは、図１５に示した絶縁体領域３２ａと比較して底面が滑らかな斜面となってはいない。溝Ｔ２の間隔を小さくすること等によって絶縁体領域３２ａの底面を図１５に示した滑らかな斜面に近づけることができる。しかしながら、絶縁体領域３２ａの底面は必ずしも滑らか斜面となっていなくてもよい。

（第２実施例の変形例１）
図１９に、ダイオード５の斜視図を示す。ダイオード５は、図１５に示したダイオード４の絶縁体領域３２ａに代えて、平面形状の横幅がカソード領域２０ａ側で狭くなっている絶縁体領域３２ｂを備えている。図１９では、図１５に示すダイオード１と共通する部分については同じ番号を付することによってその重複説明を省略する。

絶縁体領域３２ｂは、アノード領域５０ａからカソード領域２０ａに至るまで設けられている。絶縁体領域３２ｂは、表面２ａから裏面２ｂに達している。中間領域３０ｂを平面視すると、絶縁体領域３２ｂは、アノード領域５０ａ側（図１９の手前側）からカソード領域２０ａ側（図１の奥側）に向けて横幅が細くなるテーパ形状である。絶縁体領域３２ｂ以外の中間領域３０ｂが、高抵抗領域３４ｂとなっている。

ダイオード５の中間領域３０ｂには、平面形状の横幅がアノード領域５０ａからカソード領域２０ａに向けて狭くなる絶縁体領域３２ｂが設けられている。このため、ダイオード５の中間領域３０ｂにおいて、カソード領域２０ａとアノード領域５０ａを結ぶ方向に直交する断面を比較すると、カソード領域２０ａ側に配置されている第１断面Ａ１における高抵抗領域３４ｂの占有面積率が、アノード領域５０ａ側に配置されている第２断面Ａ２における高抵抗領域３４ｂの占有面積率よりも高い。
なお、アノード領域５０ａのうち、高抵抗領域３４ｂと接している領域には、p型の不純物の濃度が、アノード領域５０ａよりも高い高濃度アノード領域５１が設けられている。

ダイオード５でも、ダイオード４と同様に、順方向電圧印加時が印加されたときに中間領域３０ｂに存在するキャリアが、アノード領域５０ａ側からカソード領域２０ａ側に向けて相対的に多くなる。したがって、ダイオード５を用いても、第１実施例のダイオード１と同様に、逆回復電流の後半の変化率を緩やかにすることができる。

第１実施例と第２実施例で説明したダイオード１，３，４，５，６のカソード領域２０，２０ａは、n⁺型の高濃度カソード領域とn型の中濃度カソード領域を備えていてもよい。中濃度カソード領域は、n型の不純物の濃度が高濃度カソード領域よりも低く、高抵抗領域３４，３４ａ，３４ｂよりも高い。この場合、少なくとも高濃度カソード領域がカソード電極１０，１０ａと接するように構成する。中濃度カソード領域は、高抵抗領域３４，３４ａ，３４ｂと接するように構成する。中濃度カソード領域を備えていると、逆回復電流の後半の変化率をさらに低減化することができる。

ダイオード１，３，４，５，６を用いると、以下のような効果をも得ることができる。
ダイオード１，３，４，５，６を用いると、順方向電圧印加時に高抵抗領域３４，３４ａ，３４ｂに過剰に正孔が注入されることが抑制される。したがって、逆回復時の電力損失を低減化する目的で、アノード領域５０，５０ａのp型不純物の濃度を下げなくてもよい。アノード電極６０，６０ａとアノード領域５０，５０ａのコンタクト抵抗を低減化することができる。
また、ダイオード１，３，４，５，６を用いると、逆回復時の電力損失を低減化する目的で、カソード領域２０，２０ａのn型不純物の濃度を下げなくてもよい。カソード電極１０，１０ａとカソード領域２０，２０ａのコンタクト抵抗を低減化することができる。
また、ダイオード１，３，４，５，６を用いると、逆回復時に電子と正孔の再結合を促進させる目的で、高抵抗領域３４，３４ａ，３４ｂに結晶欠陥を形成しなくてもよい。あるいは結晶欠陥が少なくてよい。高抵抗領域３４，３４ａ，３４ｂに残る軽イオンの照射ダメージを低減化することができるので、高温動作時のリーク電流を低減化することができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

ダイオード１の要部断面図である。ダイオード１に順方向電圧が印加されているときに、シリコン基板２に含まれている正孔の量と電子の量のシリコン基板２の深さ方向におけるプロファイルを示す。絶縁体領域３２が形成されているダイオード１の逆回復電流を、従来のＰＩＮダイオードの逆回復電流と比較する図である。絶縁体領域３２の最深部の深さを変更したＰＩＮ型ダイオードにおける逆回復電流のシミュレーション結果を示す。ダイオード１の製造方法を示す。ダイオード１の製造方法を示す。ダイオード１の製造方法を示す。ダイオード１の製造方法を示す。ダイオード１の製造方法を示す。ダイオード１の製造方法を示す。ダイオード６の要部断面図である。ダイオード６に順方向電圧が印加されているときに、シリコン基板２に含まれている正孔の量と電子の量のシリコン基板２の深さ方向におけるプロファイルを示す。ダイオード３の要部断面図である。ダイオード３に順方向電圧が印加されているときに、シリコン基板２に含まれている正孔の量と電子の量のシリコン基板２の深さ方向におけるプロファイルを示す。ダイオード４の斜視図である。ダイオード４の製造方法を示す。ダイオード４の製造方法を示す。ダイオード４の製造方法を示す。ダイオード５の斜視図である。

符号の説明

１，３，４，５，６：ダイオード
２：シリコン基板
２ａ：表面
２ｂ：裏面
１０，１０ａ：カソード電極
２０，２０ａ：カソード領域
３２，３２ａ，３２ｂ，３１，３３：絶縁体領域
３０，３０ａ，３０ｂ：中間領域
３４，３４ａ，３４ｂ：高抵抗領域
５０，５０ａ：アノード領域
５１：高濃度アノード領域
６０，６０ａ：アノード電極
Ａ１：第１断面
Ａ２：第２断面
Ｚ１：絶縁膜
Ｚ２：熱酸化膜
Ｚ３：堆積絶縁膜

Claims

ダイオードであって、
カソード電極とアノード電極の間に設けられているとともに、高抵抗半導体領域とその高抵抗半導体領域に隣接する絶縁体領域とを有する中間領域を備えており、
中間領域は、カソード電極とアノード電極を結ぶ方向に直交する断面において、高抵抗半導体領域の占有面積率が高い第１断面と、高抵抗半導体領域の占有面積率が低い第２断面を有しており、第１断面が第２断面よりもカソード電極側に配置されているダイオード。
中間領域は、カソード電極とアノード電極を結ぶ方向に直交する断面において、絶縁体領域の占有面積率が高い第３断面と、絶縁体領域の占有面積率が低い第４断面を有しており、第３断面が第４断面よりもアノード電極側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のダイオード。
高抵抗半導体領域は半導体基板内に設けられており、
カソード電極は半導体基板の一方の主面に形成されており、
アノード電極は半導体基板の他方の主面に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のダイオード。
絶縁体領域は、アノード電極側からカソード電極側に向けて細くなるテーパ形状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のダイオード。
ダイオードであって、
カソード電極とアノード電極の間に設けられているとともに、高抵抗半導体領域とその高抵抗半導体領域に隣接する絶縁体領域とを有する中間領域を備えており、
中間領域は、カソード電極とアノード電極を結ぶ方向に直交する断面において、順方向電圧が印加されたときのキャリアの存在可能領域が広い第５断面と、順方向電圧が印加されたときのキャリアの存在可能領域が狭い第６断面を有しており、第５断面が第６断面よりもカソード電極側に配置されているダイオード。