JP2012248736A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
JP2012248736A
JP2012248736A JP2011120244A JP2011120244A JP2012248736A JP 2012248736 A JP2012248736 A JP 2012248736A JP 2011120244 A JP2011120244 A JP 2011120244A JP 2011120244 A JP2011120244 A JP 2011120244A JP 2012248736 A JP2012248736 A JP 2012248736A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
junction
diode
schottky
schottky barrier
semiconductor device
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
Application number
JP2011120244A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toru Yoshie
徹 吉江
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.)
Sanken Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanken Electric Co Ltd
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 Sanken Electric Co Ltd filed Critical Sanken Electric Co Ltd
Priority to JP2011120244A priority Critical patent/JP2012248736A/en
Publication of JP2012248736A publication Critical patent/JP2012248736A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor 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
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/86Types 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
    • H01L29/861Diodes
    • H01L29/872Schottky diodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805Shape
    • H01L2224/4809Loop shape
    • H01L2224/48091Arched
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481Disposition
    • H01L2224/48135Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/48137Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being arranged next to each other, e.g. on a common substrate
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732Location after the connecting process
    • H01L2224/73251Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265Layer and wire connectors

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device that has a Schottky barrier diode (SBD) composed of a SiC semiconductor and has high yield.SOLUTION: A semiconductor device comprises: a package in which first and second die pads are arranged spaced apart from each other; a Schottky barrier diode that is mounted on the first die pad, has a semiconductor layer composed of silicon carbide, and in which a Schottky junction and a pn junction are parallelly provided; and a pn junction diode that is connected in parallel to the Schottky barrier diode, is mounted on the second die pad, and has a semiconductor layer composed of silicon. In the Schottky barrier diode, a high-concentration impurity region constituting the pn junction and a Schottky electrode constituting the Schottky junction are directly contacted to each other.

Description

本発明は、ショットキーバリアダイオードを有する半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device having a Schottky barrier diode.

ショットキーバリアダイオード(SBD)は順方向電圧を下げやすく、スイッチング時のリカバリー電流が小さい。しかし、SBDの逆方向耐圧は低く、逆方向耐圧を高めると順方向電圧が上がるというトレードオフの特性を有する。一方、pn接合ダイオードはSBDに比べて逆方向耐圧が高いが、順方向電圧が高く、スイッチング時のリカバリー電流が大きい。   A Schottky barrier diode (SBD) is easy to lower the forward voltage and has a small recovery current during switching. However, the reverse breakdown voltage of SBD is low and has a trade-off characteristic that the forward voltage increases as the reverse breakdown voltage is increased. On the other hand, the pn junction diode has a higher reverse breakdown voltage than the SBD, but has a high forward voltage and a large recovery current during switching.

これらの問題を改善するダイオードとして、ファーストリカバリーダイオード(FRD)がある。FRDでは、pn接合部分にバイポーラ電流の再結合中心が形成され、スイッチング時のリカバリー電流が抑制される。再結合中心を多く注入するとリカバリー電流は抑制されるが、逆方向電圧印加時のリーク電流が増加し、順方向電圧が上昇する。   As a diode for improving these problems, there is a fast recovery diode (FRD). In FRD, a recombination center of bipolar current is formed at a pn junction, and a recovery current at the time of switching is suppressed. When a large number of recombination centers are injected, the recovery current is suppressed, but the leakage current increases when the reverse voltage is applied, and the forward voltage increases.

また、SBDにpn接合領域を付加し、ショットキー接合とpn接合を併設したMPS(Merged PiN Schottoky)構造のダイオードは、SBDにおいて順方向特性を改善した素子である。SBDはモノポーラ伝導素子であるため、順方向特性は線形であり、順方向サージ電流に対する破壊耐量(順方向サージ耐量)が小さい。一方、pn接合領域に形成されるpn接合ダイオードはバイポーラ伝導素子であり、電圧上昇に伴って順方向電流が非線形で急激に増大するため、SBDに比べて順方向サージ耐量が高い。つまり、MPS構造のダイオードでは、ショットキー接合とpn接合を併設することにより、順方向サージ耐量が改善される(例えば、特許文献1参照。)。   In addition, a diode having an MPS (Merged PiN Schottoky) structure in which a pn junction region is added to the SBD and a Schottky junction and a pn junction are provided is an element having improved forward characteristics in the SBD. Since the SBD is a monopolar conductive element, the forward characteristics are linear, and the breakdown resistance against the forward surge current (forward surge resistance) is small. On the other hand, the pn junction diode formed in the pn junction region is a bipolar conduction element, and since the forward current increases nonlinearly and rapidly with increasing voltage, the forward surge resistance is higher than that of SBD. That is, in a diode having an MPS structure, the forward surge resistance is improved by providing a Schottky junction and a pn junction (see, for example, Patent Document 1).

シリコン(Si)からなる半導体装置についてのみでなく、シリコンカーバイト(SiC)からなる半導体装置についても、上記と同様の特徴がある。SiCはSiに比べてバンドギャップが3倍程度大きく、絶縁破壊強度が10倍程度大きい。このため、Siからなる半導体装置に比べて、SiCからなる半導体装置では耐圧用の層の膜厚を大幅に薄く、高不純物濃度にすることができる。その結果、高耐圧、低抵抗の素子を形成可能である。   Not only the semiconductor device made of silicon (Si) but also the semiconductor device made of silicon carbide (SiC) has the same characteristics as described above. SiC has a band gap of about 3 times larger than Si and a dielectric breakdown strength of about 10 times larger. For this reason, compared with a semiconductor device made of Si, in a semiconductor device made of SiC, the thickness of the withstand voltage layer can be significantly reduced, and a high impurity concentration can be achieved. As a result, a high breakdown voltage, low resistance element can be formed.

特開昭53−53267号公報JP 53-53267 A

SiC半導体のSBDでは、Si半導体のFRDと同等以上の順方向電圧及び逆方向耐圧を得られ、リカバリー電流を大幅に低減できる。しかし、SiC半導体のSBDは、Si半導体のFRDに比べて、順方向電流が同一の場合の素子面積は1/10程度である。このため、SiC半導体のSBDの定格電流密度はSi半導体のFRDの10倍程度であり、更に大きな電流駆動が要求される順方向サージ耐量が定格電流の10倍程度と低い。   In the SBD of the SiC semiconductor, the forward voltage and the reverse breakdown voltage equal to or higher than those of the Si semiconductor FRD can be obtained, and the recovery current can be greatly reduced. However, the SBD of the SiC semiconductor has an element area of about 1/10 when the forward current is the same as that of the FR of the Si semiconductor. For this reason, the rated current density of the SBD of the SiC semiconductor is about 10 times that of the FR of the Si semiconductor, and the forward surge resistance that requires a larger current drive is as low as about 10 times the rated current.

SiC半導体のSBDについて順方向サージ耐量を高める方法として、MPS構造を採用することが有効である。ただし、MPS構造では、pn接合を構成する高濃度不純物領域と金属電極とのコンタクト抵抗を低減する必要がある。コンタクト抵抗が十分に小さくない場合、pn接合に加わる電圧が低下して、pn接合ダイオードがバイポーラ動作した際に大きなバイポーラ電流が流れにくいためである。このため、高濃度不純物領域と金属電極との間にコンタクト電極が形成される。   It is effective to adopt the MPS structure as a method for increasing the forward surge withstand capability for the SBD of the SiC semiconductor. However, in the MPS structure, it is necessary to reduce the contact resistance between the high concentration impurity region forming the pn junction and the metal electrode. This is because when the contact resistance is not sufficiently small, the voltage applied to the pn junction decreases, and a large bipolar current hardly flows when the pn junction diode performs a bipolar operation. Therefore, a contact electrode is formed between the high concentration impurity region and the metal electrode.

しかし、ショットキー接合を形成する領域上にコンタクト電極を形成し、更にこのコンタクト電極を除去する工程により、ショットキー接合面の清浄度が低下する。その結果、SiC半導体のSBDを有する半導体装置の歩留まりが低下するという問題があった。   However, the cleanliness of the Schottky junction surface is reduced by forming the contact electrode on the region where the Schottky junction is to be formed and further removing the contact electrode. As a result, there is a problem that the yield of the semiconductor device having the SBD of SiC semiconductor is lowered.

上記問題点に鑑み、本発明は、SiC半導体からなるSBDを有し、歩留まりの高い半導体装置を提供することを目的とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a semiconductor device having an SBD made of a SiC semiconductor and having a high yield.

本発明の一態様によれば、(イ)第1のダイパットと第2のダイパットが互いに離間して配置されたパッケージと、(ロ)第1のダイパット上に搭載された、シリコンカーバイトからなる半導体層を有し、ショットキー接合とpn接合が併設されたショットキーバリアダイオードと、(ハ)ショットキーバリアダイオードと並列接続されて第2のダイパット上に搭載された、シリコンからなる半導体層を有するpn接合ダイオードとを備え、ショットキーバリアダイオードにおいてpn接合を構成する高濃度不純物領域とショットキー接合を構成するショットキー電極とが直接に接している半導体装置が提供される。   According to one aspect of the present invention, it comprises (a) a package in which a first die pad and a second die pad are spaced apart from each other, and (b) a silicon carbide mounted on the first die pad. A Schottky barrier diode having a semiconductor layer and provided with a Schottky junction and a pn junction; and (c) a semiconductor layer made of silicon mounted in parallel with the Schottky barrier diode and mounted on the second die pad. There is provided a semiconductor device including a pn junction diode having a high concentration impurity region forming a pn junction and a Schottky electrode forming a Schottky junction in the Schottky barrier diode.

本発明によれば、SiC半導体からなるSBDを有し、歩留まりの高い半導体装置を提供できる。   According to the present invention, a semiconductor device having an SBD made of a SiC semiconductor and having a high yield can be provided.

本発明の実施形態に係る半導体装置の構成を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing the composition of the semiconductor device concerning the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る半導体装置のSBDの構造を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows the structure of SBD of the semiconductor device which concerns on embodiment of this invention. 図2に示したSBDの製造方法を説明するための工程断面図である(その1)。FIG. 3 is a process cross-sectional view for explaining the manufacturing method of the SBD shown in FIG. 2 (No. 1). 図2に示したSBDの製造方法を説明するための工程断面図である(その2)。FIG. 11 is a process cross-sectional view for explaining the manufacturing method of the SBD shown in FIG. 2 (No. 2). 図2に示したSBDの製造方法を説明するための工程断面図である(その3)。FIG. 11 is a process cross-sectional view for explaining the manufacturing method of the SBD shown in FIG. 2 (No. 3). 図2に示したSBDの製造方法を説明するための工程断面図である(その4)。FIG. 11 is a process cross-sectional view for explaining the manufacturing method of the SBD shown in FIG. 2 (No. 4). 図2に示したSBDの製造方法を説明するための工程断面図である(その5)。FIG. 9 is a process cross-sectional view for explaining the manufacturing method of the SBD shown in FIG. 2 (No. 5). 図2に示したSBDの製造方法を説明するための工程断面図である(その6)。FIG. 6 is a process cross-sectional view for explaining the manufacturing method of the SBD shown in FIG. 2 (No. 6). 図2に示したSBDの製造方法を説明するための工程断面図である(その7)。FIG. 11 is a process cross-sectional view for explaining the manufacturing method of the SBD shown in FIG. 2 (No. 7). 比較例のSBDの製造方法を説明するための工程断面図である(その1)。It is process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of SBD of a comparative example (the 1). 比較例のSBDの製造方法を説明するための工程断面図である(その2)。It is process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of SBD of a comparative example (the 2). 図2に示したSBDの特性を説明するためのグラフであり、図12(a)は比較例のリーク電流のばらつきを示し、図12(b)は図2に示したSBDのリーク電流のばらつきを示す。FIGS. 12A and 12B are graphs for explaining the characteristics of the SBD shown in FIG. 2. FIG. 12A shows the variation in the leakage current of the comparative example, and FIG. 12B shows the variation in the leakage current of the SBD shown in FIG. Indicates. 比較例及び図2に示したSBDのリーク電流の分布を示すグラフである。It is a graph which shows the distribution of the leakage current of the SBD shown in the comparative example and FIG. 各種の半導体装置の順方向特性を示すグラフである。It is a graph which shows the forward direction characteristic of various semiconductor devices. 本発明の実施形態に係る半導体装置の等価回路図である。1 is an equivalent circuit diagram of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. 図16(a)は図1のA−A方向に沿った断面図であり、図16(b)は図1のB−B方向に沿った断面図である。16A is a cross-sectional view along the AA direction in FIG. 1, and FIG. 16B is a cross-sectional view along the BB direction in FIG. 各種の半導体装置のサージ耐量を示す表である。It is a table | surface which shows the surge tolerance of various semiconductor devices. 本発明の実施形態に係る半導体装置の他の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the other structure of the semiconductor device which concerns on embodiment of this invention. 図19(a)は図18のA−A方向に沿った断面図であり、図19(b)は図18のB−B方向に沿った断面図である。19A is a cross-sectional view along the AA direction in FIG. 18, and FIG. 19B is a cross-sectional view along the BB direction in FIG.

次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。   Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the ratio of the thickness of each layer is different from the actual one. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.

又、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。   Further, the embodiments described below exemplify apparatuses and methods for embodying the technical idea of the present invention, and the embodiments of the present invention include the material, shape, structure, arrangement, etc. of the component parts. Is not specified as follows. The embodiment of the present invention can be variously modified within the scope of the claims.

本発明の実施形態に係る半導体装置1は、図1に示すように、第1のダイパット101と第2のダイパット102が互いに離間して配置されたパッケージ100と、第1のダイパット101上に搭載された、シリコンカーバイトからなる半導体層を有するショットキーバリアダイオード10と、ショットキーバリアダイオード10と並列接続されて第2のダイパット102上に搭載された、シリコンからなる半導体層を有するpn接合ダイオード20とを備える。後述するように、ショットキーバリアダイオード10においてpn接合を構成する高濃度不純物領域とショットキー接合を構成するショットキー電極とは、直接に接している。   As shown in FIG. 1, the semiconductor device 1 according to the embodiment of the present invention is mounted on a package 100 in which a first die pad 101 and a second die pad 102 are spaced apart from each other, and on the first die pad 101. Schottky barrier diode 10 having a semiconductor layer made of silicon carbide, and a pn junction diode having a semiconductor layer made of silicon and connected in parallel to Schottky barrier diode 10 and mounted on second die pad 102 20. As will be described later, in the Schottky barrier diode 10, the high-concentration impurity region constituting the pn junction and the Schottky electrode constituting the Schottky junction are in direct contact.

まず、ショットキーバリアダイオード10について説明する。図2に示すように、SiCからなる第1導電型の高濃度不純物基板111上にSiCからなる第1導電型の半導体層112が積層されて、第1導電型の半導体積層体11が形成されている。半導体層112の周辺領域の上面の一部に、複数の第2導電型の不純物領域12が互いに離間して埋め込まれている。不純物領域12のうち、半導体層112の中央部に近い領域に形成された不純物領域12aの上面の一部に、第2導電型の高濃度不純物領域13が埋め込まれている。   First, the Schottky barrier diode 10 will be described. As shown in FIG. 2, a first conductivity type semiconductor layer 112 made of SiC is laminated on a first conductivity type high-concentration impurity substrate 111 made of SiC to form a first conductivity type semiconductor stacked body 11. ing. A plurality of second conductivity type impurity regions 12 are embedded in a part of the upper surface of the peripheral region of the semiconductor layer 112 so as to be separated from each other. In the impurity region 12, a second conductivity type high-concentration impurity region 13 is embedded in a part of the upper surface of the impurity region 12 a formed in a region near the center of the semiconductor layer 112.

更に、半導体層112の上面の外縁部に表面保護膜14が配置され、表面保護膜14の開口部で半導体層112に接してショットキー電極15が表面保護膜14上に配置されている。表面保護膜14の開口部の周辺部において、高濃度不純物領域13とショットキー電極15とが接している。ショットキー電極15上に、表面電極16が配置されている。表面電極16の中央領域が露出するように、表面電極16の上面の周辺、及びショットキー電極15と表面電極16の側面を覆って素子保護膜17が配置されている。また、高濃度不純物基板111の半導体層112が形成された面と対向する面に、裏面電極18が形成されている。   Further, the surface protective film 14 is disposed on the outer edge of the upper surface of the semiconductor layer 112, and the Schottky electrode 15 is disposed on the surface protective film 14 in contact with the semiconductor layer 112 through the opening of the surface protective film 14. The high concentration impurity region 13 and the Schottky electrode 15 are in contact with each other at the periphery of the opening of the surface protective film 14. A surface electrode 16 is disposed on the Schottky electrode 15. An element protective film 17 is disposed so as to cover the periphery of the upper surface of the surface electrode 16 and the side surfaces of the Schottky electrode 15 and the surface electrode 16 so that the central region of the surface electrode 16 is exposed. A back electrode 18 is formed on the surface of the high concentration impurity substrate 111 that faces the surface on which the semiconductor layer 112 is formed.

第1導電型と第2導電型とは互いに反対導電型である。すなわち、第1導電型がn型であれば、第2導電型はp型であり、第1導電型がp型であれば、第2導電型はn型である。ここでは、第1導電型がn型、第2導電型がp型であるとする。したがって、ショットキーバリアダイオード10において、表面電極16がアノード端子、裏面電極18がカソード端子である。   The first conductivity type and the second conductivity type are opposite to each other. That is, if the first conductivity type is n-type, the second conductivity type is p-type, and if the first conductivity type is p-type, the second conductivity type is n-type. Here, it is assumed that the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type. Therefore, in the Schottky barrier diode 10, the front electrode 16 is an anode terminal and the back electrode 18 is a cathode terminal.

ショットキーバリアダイオード10では、不純物領域12の形成された領域の残余の領域において半導体層112とショットキー電極15とが接触する領域にショットキーバリアダイオードが形成されている。ショットキーバリアダイオードが形成される領域を、「ショットキー接合部分」という。また、高濃度不純物領域13が埋め込まれた不純物領域12aと半導体層112とが接触する領域に、pn接合ダイオードが形成されている。pn接合ダイオードが形成される領域を、「pn接合部分」という。なお、不純物領域12のうち、半導体層112の上面の周辺で表面保護膜14と接する不純物領域12bは、ガードリングとして機能する。   In the Schottky barrier diode 10, the Schottky barrier diode is formed in a region where the semiconductor layer 112 and the Schottky electrode 15 are in contact with each other in the remaining region where the impurity region 12 is formed. A region where the Schottky barrier diode is formed is referred to as a “Schottky junction portion”. A pn junction diode is formed in a region where the impurity region 12a in which the high concentration impurity region 13 is buried and the semiconductor layer 112 are in contact with each other. A region where the pn junction diode is formed is referred to as a “pn junction portion”. Of the impurity region 12, the impurity region 12b in contact with the surface protective film 14 around the upper surface of the semiconductor layer 112 functions as a guard ring.

一般的に、MPS構造を有する半導体装置では、pn接合ダイオードがバイポーラ動作することによって、SBD単体に比べて順方向サージ耐量が改善される。即ち、n型半導体層にp型半導体層から正孔が注入されることにより、n型半導体層中の電子が本来の不純物濃度以上の高濃度になる。これにより半導体装置に大電流が流れて、順方向サージ耐量が改善される。   In general, in a semiconductor device having an MPS structure, the forward surge withstand capability is improved as compared with a single SBD because the pn junction diode performs a bipolar operation. That is, by injecting holes from the p-type semiconductor layer into the n-type semiconductor layer, electrons in the n-type semiconductor layer have a higher concentration than the original impurity concentration. As a result, a large current flows through the semiconductor device, and the forward surge resistance is improved.

ショットキーバリアダイオード10においては、pn接合部分の半導体積層体11の上面にショットキー電極15が直接に配置されている。即ち、pn接合部分とショットキー接合部分に渡って、半導体積層体11の上面にショットキー電極15が連続的に形成されている。したがって、pn接合部分を形成する高濃度不純物領域13とショットキー接合部分を形成するショットキー電極15とは直接に接しており、高濃度不純物領域13とショットキー電極15との間にコンタクト電極は形成されていない。   In the Schottky barrier diode 10, the Schottky electrode 15 is directly disposed on the upper surface of the semiconductor stacked body 11 at the pn junction portion. That is, the Schottky electrode 15 is continuously formed on the upper surface of the semiconductor stacked body 11 across the pn junction portion and the Schottky junction portion. Therefore, the high concentration impurity region 13 that forms the pn junction portion and the Schottky electrode 15 that forms the Schottky junction portion are in direct contact with each other, and the contact electrode is between the high concentration impurity region 13 and the Schottky electrode 15. Not formed.

図2に示したショットキーバリアダイオード10の製造方法の例を、図3から図9を参照して説明する。   An example of a method for manufacturing the Schottky barrier diode 10 shown in FIG. 2 will be described with reference to FIGS.

図3に示すように、SiCからなるn型の高濃度不純物基板111上に、所望の耐圧に適した濃度のn型の半導体層112を形成して、半導体積層体11を構成する。例えば、高濃度不純物基板111は不純物濃度が5×1017〜5×1018cm-3程度のSiC基板であり、半導体層112はSiC基板上にエピタキシャル成長された膜厚4μm〜50μm、不純物濃度1×1015〜5×1016cm-3程度のSiC半導体層である。 As shown in FIG. 3, an n-type semiconductor layer 112 having a concentration suitable for a desired withstand voltage is formed on an n-type high-concentration impurity substrate 111 made of SiC to constitute a semiconductor stacked body 11. For example, the high-concentration impurity substrate 111 is a SiC substrate having an impurity concentration of about 5 × 10 17 to 5 × 10 18 cm −3 , and the semiconductor layer 112 is epitaxially grown on the SiC substrate with a film thickness of 4 μm to 50 μm and an impurity concentration of 1 It is a SiC semiconductor layer of about × 10 15 to 5 × 10 16 cm −3 .

図4に示すように、例えばアルミニウム(Al)などのp型の不純物をイオン注入して、p型の不純物領域12を半導体層112に形成する。不純物領域12を形成するイオン注入条件は、例えば加速エネルギー500keV、ドーズ量2×1013cm-2でAlイオンを注入する。 As shown in FIG. 4, for example, a p-type impurity region 12 is formed in the semiconductor layer 112 by ion implantation of a p-type impurity such as aluminum (Al). As the ion implantation conditions for forming the impurity region 12, Al ions are implanted with an acceleration energy of 500 keV and a dose of 2 × 10 13 cm −2 , for example.

次いで、図5に示すように、pn接合部分の不純物領域12aの表面にイオン注入などによって高濃度不純物領域13を形成する。高濃度不純物領域13を形成するためのAlイオンのイオン注入条件は、例えば加速エネルギー50keV、100keV、150keVで各ドーズ量5×1014cm-2、1×1015cm-2、1×1015cm-2である。イオン注入された層の活性化のために、1800℃、10分間程度の熱処理を行う。 Next, as shown in FIG. 5, a high concentration impurity region 13 is formed by ion implantation or the like on the surface of the impurity region 12a at the pn junction. The ion implantation conditions of Al ions for forming the high-concentration impurity region 13 are, for example, acceleration energy of 50 keV, 100 keV, and 150 keV, and dose amounts of 5 × 10 14 cm −2 , 1 × 10 15 cm −2 , and 1 × 10 15. cm -2 . In order to activate the ion-implanted layer, heat treatment is performed at 1800 ° C. for about 10 minutes.

活性化後の表面ダメージと以降の工程での表面保護を目的として、図6に示すように、半導体積層体11の表面に表面保護膜14を形成し、高濃度不純物基板111の裏面に裏面保護膜141を形成する。表面保護膜14及び裏面保護膜141は、例えば膜厚50nmの熱酸化膜である。そして、図7に示すように、裏面保護膜141を除去した後、高濃度不純物基板111の裏面に裏面電極18を形成する。裏面電極18には、高濃度不純物基板111とオーミック接合を形成する金属材料などを採用可能である。例えば膜厚100nmのNi膜を形成し、窒素(N2)雰囲気中で1000℃、5分間のアニールを行って、裏面電極18を形成する。 For the purpose of surface damage after activation and surface protection in the subsequent steps, as shown in FIG. 6, a surface protective film 14 is formed on the surface of the semiconductor stacked body 11, and the back surface protection is performed on the back surface of the high-concentration impurity substrate 111. A film 141 is formed. The surface protective film 14 and the back surface protective film 141 are, for example, thermal oxide films with a film thickness of 50 nm. Then, as shown in FIG. 7, after removing the back surface protective film 141, the back surface electrode 18 is formed on the back surface of the high concentration impurity substrate 111. A metal material that forms an ohmic junction with the high-concentration impurity substrate 111 can be used for the back electrode 18. For example, a Ni film having a thickness of 100 nm is formed, and annealed at 1000 ° C. for 5 minutes in a nitrogen (N 2 ) atmosphere to form the back electrode 18.

その後、図8に示すようにショットキー接合部分及びpn接合部分の表面保護膜14を除去して開口部140を形成する。そして、図9に示すように、開口部140で半導体積層体11と接するように、ショットキー電極15を形成する。ショットキー電極15には、半導体層112との界面にショットキーバリア接合を形成する金属材料などを採用可能である。例えば、チタン(Ti)膜、ニッケル(Ni)膜、モリブデン(Mo)膜、白金(Pt)膜などをショットキー電極15に採用可能である。ショットキー電極15の膜厚は、100nm程度である。   Thereafter, as shown in FIG. 8, the surface protective film 14 at the Schottky junction and the pn junction is removed to form an opening 140. Then, as illustrated in FIG. 9, the Schottky electrode 15 is formed so as to be in contact with the semiconductor stacked body 11 through the opening 140. For the Schottky electrode 15, a metal material that forms a Schottky barrier junction at the interface with the semiconductor layer 112 can be used. For example, a titanium (Ti) film, a nickel (Ni) film, a molybdenum (Mo) film, a platinum (Pt) film, or the like can be used for the Schottky electrode 15. The film thickness of the Schottky electrode 15 is about 100 nm.

更に、ショットキー電極15上に表面電極16を形成する。表面電極16には、例えば膜厚5μm程度のAl膜などを採用可能である。   Further, the surface electrode 16 is formed on the Schottky electrode 15. As the surface electrode 16, for example, an Al film having a film thickness of about 5 μm can be adopted.

次いで、窒化シリコン(SiN)膜などを素子保護膜17として形成する。例えば、SiH4とNH3を用いたプラズマCVD法により、膜厚500nm程度のSiN膜を形成する。そして、表面電極16上の素子保護膜17を除去して表面電極16の上面を露出させて、図2に示したショットキーバリアダイオード10が完成する。 Next, a silicon nitride (SiN) film or the like is formed as the element protective film 17. For example, a SiN film having a thickness of about 500 nm is formed by a plasma CVD method using SiH 4 and NH 3 . Then, the device protection film 17 on the surface electrode 16 is removed to expose the upper surface of the surface electrode 16, and the Schottky barrier diode 10 shown in FIG. 2 is completed.

上記に説明したショットキーバリアダイオード10の製造方法とは異なり、一般的には、MPS構造の半導体装置では、pn接合部分の高濃度不純物領域13とショットキー電極15とのコンタクト抵抗を低減するために、高濃度不純物領域13とショットキー電極15との間にコンタクト電極が形成される。   Unlike the manufacturing method of the Schottky barrier diode 10 described above, generally, in a semiconductor device having an MPS structure, the contact resistance between the high-concentration impurity region 13 in the pn junction portion and the Schottky electrode 15 is reduced. In addition, a contact electrode is formed between the high concentration impurity region 13 and the Schottky electrode 15.

具体的には、図6に示したように高濃度不純物領域13が形成された半導体積層体11の上面全体に表面保護膜14を形成した後、図10に示すように、高濃度不純物領域13上で表面保護膜14に開口部を形成し、この開口部を埋め込むようにして高濃度不純物領域13上にコンタクト電極150を形成する。例えば、Ti膜、Al膜、Ni膜などの金属膜を形成した後、この金属膜をシリサイド化してコンタクト電極150を形成する。   Specifically, after the surface protective film 14 is formed on the entire top surface of the semiconductor stacked body 11 on which the high concentration impurity region 13 is formed as shown in FIG. 6, the high concentration impurity region 13 is formed as shown in FIG. An opening is formed in the surface protection film 14 above, and a contact electrode 150 is formed on the high-concentration impurity region 13 so as to fill the opening. For example, after forming a metal film such as a Ti film, an Al film, or a Ni film, the metal film is silicided to form the contact electrode 150.

コンタクト電極150の抵抗値を低減するために例えば1000℃程度でのアニールを行った後、図11に示すように、ショットキー接合部分上の表面保護膜14を除去して開口部140を形成する。その後、図9と同様にショットキー電極15と表面電極16を形成する。その結果、高濃度不純物領域13とショットキー電極15との間にコンタクト電極150が配置される。   In order to reduce the resistance value of the contact electrode 150, for example, after annealing at about 1000 ° C., the surface protection film 14 on the Schottky junction is removed to form an opening 140, as shown in FIG. . Thereafter, the Schottky electrode 15 and the surface electrode 16 are formed as in FIG. As a result, the contact electrode 150 is disposed between the high concentration impurity region 13 and the Schottky electrode 15.

これに対して、図2に示したショットキーバリアダイオード10では、高濃度不純物領域13とショットキー電極15との間にコンタクト電極は配置されない。つまり、ショットキー接合部分にコンタクト電極を形成し、更に除去する工程がないため、例えばコンタクト電極用の材料がショットキー接合部分に残ることなどによって、ショットキー障壁が低くなるなどの問題が生じない。このため、ショットキー電極15形成前の無機洗浄などにより、ショットキー接合部分の清浄度を十分に高くすることができる。その結果、ショットキーバリアダイオード10の製造歩留まりが向上する。   On the other hand, in the Schottky barrier diode 10 shown in FIG. 2, no contact electrode is disposed between the high concentration impurity region 13 and the Schottky electrode 15. In other words, there is no step of forming a contact electrode at the Schottky junction and further removing it, so that there is no problem of lowering the Schottky barrier, for example, by leaving the material for the contact electrode at the Schottky junction. . Therefore, the cleanliness of the Schottky junction can be sufficiently increased by inorganic cleaning before the formation of the Schottky electrode 15 or the like. As a result, the manufacturing yield of the Schottky barrier diode 10 is improved.

図12(a)に、SiCからなり、コンタクト電極150を有するMPS構造の半導体装置(以下において、「MPS素子」という。)の逆方向リーク電流の例を示す。図12(b)に、ショットキーバリアダイオード10の逆方向リーク電流の例を示す。図12(a)と図12(b)とを比較して明らかなように、ショットキーバリアダイオード10によれば、逆方向リーク電流のバラツキが小さく抑えられている。   FIG. 12A shows an example of reverse leakage current of an MPS structure semiconductor device (hereinafter referred to as “MPS element”) made of SiC and having a contact electrode 150. FIG. 12B shows an example of the reverse leakage current of the Schottky barrier diode 10. As is clear from comparison between FIG. 12A and FIG. 12B, according to the Schottky barrier diode 10, the variation in the reverse leakage current is suppressed to be small.

図13に、逆方向電圧が600Vでの逆方向リーク電流分布の例を示す。図13において、黒丸がショットキーバリアダイオード10の特性A、白丸がMPS素子の特性Bである。例えば1×10-6Aを逆方向リーク電流の上限とした場合、MPS素子の歩留まりが25%程度であるのに対し、図2に示したショットキーバリアダイオード10の歩留まりは80%程度であり、3倍以上である。 FIG. 13 shows an example of the reverse leakage current distribution when the reverse voltage is 600V. In FIG. 13, the black circle is the characteristic A of the Schottky barrier diode 10, and the white circle is the characteristic B of the MPS element. For example, when 1 × 10 −6 A is set as the upper limit of the reverse leakage current, the yield of the MPS element is about 25%, whereas the yield of the Schottky barrier diode 10 shown in FIG. 2 is about 80%. 3 times or more.

更に、ショットキーバリアダイオード10では、pn接合部分はショットキー接合部分の周囲にのみ形成され、更に、コンタクト電極150は形成されない。これに対し、一般的なMPS構造では、pn接合部分とショットキー接合部分が混在し、pn接合部分にコンタクト電極150を形成する。このため、ショットキーバリアダイオード10では、一般的なMPS構造の半導体装置と比較してラフな加工精度での加工が可能であり、製造工程を簡略化することもできる。   Further, in the Schottky barrier diode 10, the pn junction portion is formed only around the Schottky junction portion, and the contact electrode 150 is not formed. On the other hand, in a general MPS structure, a pn junction portion and a Schottky junction portion are mixed, and the contact electrode 150 is formed in the pn junction portion. For this reason, the Schottky barrier diode 10 can be processed with rougher processing accuracy than a general MPS structure semiconductor device, and the manufacturing process can be simplified.

図14に、ショットキーバリアダイオード、pn接合ダイオード、MPS素子、及び図1に示した半導体装置1の、順方向特性の例を示す。図14において、特性Aがショットキーバリアダイオード、特性BがMPS素子、特性Cがpn接合ダイオード、特性Dが半導体装置1の順方向特性である。   FIG. 14 shows examples of forward characteristics of the Schottky barrier diode, the pn junction diode, the MPS element, and the semiconductor device 1 shown in FIG. In FIG. 14, a characteristic A is a Schottky barrier diode, a characteristic B is an MPS element, a characteristic C is a pn junction diode, and a characteristic D is a forward characteristic of the semiconductor device 1.

MPS素子は、低電圧ではショットキー接合部分を流れる電流(以下において、「SBD電流」という。)が支配的で、高電圧ではpn接合部分を流れる電流(以下において、「pn接合電流」という。)が支配的である。これは、n型基板及びn型半導体層を共通カソードとして使用しているためである。低電圧ではショットキー接合がオンし、SBD電流が流れて基板抵抗による電圧降下が起こる。この電圧降下により、pn接合に印加される電圧が、pn接合ダイオードが単独で動作する場合と比べて低下する。その結果、pn接合電流が流れにくく、SBD電流が支配的となる。pn接合に加わる電圧が上昇してpn接合部分に電流が流れ始めると、n型の半導体層112にp型の高濃度不純物領域13からホール(正孔)注入が起こり、半導体層112の抵抗が減少する。これにより、高電圧では、pn接合電流が支配的になる。   The MPS element has a dominant current (hereinafter referred to as “SBD current”) flowing through the Schottky junction portion at a low voltage, and is referred to as “pn junction current” below at a high voltage. ) Is dominant. This is because the n-type substrate and the n-type semiconductor layer are used as a common cathode. At a low voltage, the Schottky junction is turned on, an SBD current flows, and a voltage drop due to the substrate resistance occurs. Due to this voltage drop, the voltage applied to the pn junction decreases as compared to the case where the pn junction diode operates alone. As a result, the pn junction current hardly flows and the SBD current becomes dominant. When the voltage applied to the pn junction rises and current starts to flow in the pn junction, holes are injected into the n-type semiconductor layer 112 from the p-type high concentration impurity region 13, and the resistance of the semiconductor layer 112 is reduced. Decrease. Thereby, at a high voltage, the pn junction current becomes dominant.

一方、ショットキーバリアダイオード10においては、ショットキー電極15と高濃度不純物領域13とのコンタクト抵抗が高い。このため、pn接合に加わる電圧が低下し、pn接合ダイオードがバイポーラ動作した後に流れるバイポーラ電流が流れにくい。その結果、ショットキーバリアダイオード10単体では順方向サージ耐量が低下する。   On the other hand, in the Schottky barrier diode 10, the contact resistance between the Schottky electrode 15 and the high concentration impurity region 13 is high. For this reason, the voltage applied to the pn junction decreases, and the bipolar current that flows after the pn junction diode performs a bipolar operation is less likely to flow. As a result, the forward surge withstand capability decreases with the Schottky barrier diode 10 alone.

しかし、半導体装置1は、pn接合部分にコンタクト電極を形成しないショットキーバリアダイオード10と、順方向サージ耐量が十分に大きなシリコン基板のpn接合ダイオード20とが、並列接続された構造を有する。したがって、半導体装置1では、並列接続されたショットキーバリアダイオード10とpn接合ダイオード20にそれぞれの面積に応じた順方向電流が流れ、その和が半導体装置1に流れる総電流である。このため、半導体装置1では、MPS素子よりも順方向サージ耐量が向上する。   However, the semiconductor device 1 has a structure in which a Schottky barrier diode 10 that does not form a contact electrode at a pn junction portion and a pn junction diode 20 of a silicon substrate having a sufficiently large forward surge withstand capability are connected in parallel. Therefore, in the semiconductor device 1, a forward current corresponding to each area flows through the Schottky barrier diode 10 and the pn junction diode 20 connected in parallel, and the sum thereof is the total current flowing through the semiconductor device 1. For this reason, in the semiconductor device 1, the forward surge withstand capability is improved as compared with the MPS element.

なお、ショットキーバリアダイオード10においては、pn接合部分が形成されることによって逆方向耐圧が向上する。特に、電界が集中するショットキー接合部分の周囲に、pn接合部分が形成されている。このとき、pn接合部分の不純物領域12aの電位がフローティングであると外周部での電界集中を緩和しづらいため、高濃度不純物領域13はショットキー電極15と電気的に接続されている。   In the Schottky barrier diode 10, the reverse breakdown voltage is improved by forming the pn junction portion. In particular, a pn junction portion is formed around the Schottky junction portion where the electric field is concentrated. At this time, if the potential of the impurity region 12a in the pn junction portion is floating, it is difficult to alleviate the electric field concentration at the outer peripheral portion, so that the high concentration impurity region 13 is electrically connected to the Schottky electrode 15.

半導体装置1のpn接合ダイオード20には、順方向サージ耐量が十分に大きなpn接合ダイオードが使用される。更に、ショットキーバリアダイオード10の特性に合わせて、最適な特性のpn接合ダイオード20が選択される。例えば、MPS素子と同等の順・逆方向特性やスイッチング特性を有するpn接合ダイオード20が使用される。   As the pn junction diode 20 of the semiconductor device 1, a pn junction diode having a sufficiently large forward surge resistance is used. Furthermore, the pn junction diode 20 having the optimum characteristics is selected in accordance with the characteristics of the Schottky barrier diode 10. For example, a pn junction diode 20 having forward / reverse characteristics and switching characteristics equivalent to those of the MPS element is used.

図15に、図14に示した特性Dを有する半導体装置1の等価回路図を示す。図15に示したpn接合ダイオード20は、ショットキーバリアダイオード10と並列に、複数のpn接合ダイオード素子を直列接続した構成である。具体的には、pn接合ダイオード素子201〜203が直列接続されて、pn接合ダイオード20が構成されている。3つのpn接合ダイオード素子を用いてpn接合ダイオード20を構成したのは、例えば600V以上の逆方向耐圧を有するショットキーバリアダイオード10の順方向電圧が約1.5V以上であるのに対し、pn接合ダイオード素子201〜203それぞれの順方向電圧が0.7V程度であるためである。pn接合ダイオード20はサージ電流が流れる場合にのみ導通状態になればよいため、pn接合ダイオード20の順方向電圧をショットキーバリアダイオード10の順方向電圧よりも大きくすることが好ましい。このため、pn接合ダイオード20においては2V以上で順方向電流が流れるように、pn接合ダイオード素子を3個直列に接続する必要がある。   FIG. 15 shows an equivalent circuit diagram of the semiconductor device 1 having the characteristic D shown in FIG. The pn junction diode 20 shown in FIG. 15 has a configuration in which a plurality of pn junction diode elements are connected in series in parallel with the Schottky barrier diode 10. Specifically, pn junction diode elements 201 to 203 are connected in series to form a pn junction diode 20. The pn junction diode 20 is configured by using three pn junction diode elements because, for example, the forward voltage of the Schottky barrier diode 10 having a reverse breakdown voltage of 600 V or higher is about 1.5 V or higher. This is because the forward voltage of each of the junction diode elements 201 to 203 is about 0.7V. Since the pn junction diode 20 only needs to be in a conductive state when a surge current flows, the forward voltage of the pn junction diode 20 is preferably larger than the forward voltage of the Schottky barrier diode 10. For this reason, in the pn junction diode 20, it is necessary to connect three pn junction diode elements in series so that a forward current flows at 2 V or more.

したがって、ショットキーバリアダイオード10の特性に応じてpn接合ダイオード20を構成するpn接合ダイオード素子の数は選択され、その数が3個に限られないことはもちろんである。なお、各pn接合ダイオード素子の逆方向耐圧は200V以上とする。これにより、pn接合ダイオード20の逆方向耐圧をショットキーバリアダイオード10の逆方向耐圧と同等にできる。   Therefore, the number of pn junction diode elements constituting the pn junction diode 20 is selected according to the characteristics of the Schottky barrier diode 10, and the number is not limited to three. Note that the reverse breakdown voltage of each pn junction diode element is 200 V or more. Thereby, the reverse breakdown voltage of the pn junction diode 20 can be made equal to the reverse breakdown voltage of the Schottky barrier diode 10.

更に、半導体装置1の逆方向サージ耐量も向上させるためには、ショットキーバリアダイオード10よりも低い電圧でpn接合ダイオード20がアバランシェ降伏する必要がある。例えば、ショットキーバリアダイオード10のアバランシェ耐圧が800Vである場合、pn接合ダイオード20が700V程度でアバランシェ降伏するように耐圧設計を行う。   Furthermore, in order to improve the reverse surge withstand capability of the semiconductor device 1, the pn junction diode 20 needs to avalanche breakdown at a voltage lower than that of the Schottky barrier diode 10. For example, when the avalanche breakdown voltage of the Schottky barrier diode 10 is 800V, the breakdown voltage design is performed so that the pn junction diode 20 breakdowns at about 700V.

なお、Si半導体を用いてpn接合ダイオード20を形成した場合、チップ面積を大きくすることにより、SiC半導体を用いたSBDと比較して順方向サージ電流の電流密度を一桁程度低減することができる。また、pn接合ダイオード20を複数のpn接合ダイオード素子を直列接続した構成にすることにより、順方向サージ電流が流れた場合の放熱面積を大きくすることができる。このため、順方向サージ耐量を大幅に向上することができる。   When the pn junction diode 20 is formed using a Si semiconductor, the current density of the forward surge current can be reduced by about an order of magnitude as compared with the SBD using a SiC semiconductor by increasing the chip area. . In addition, by making the pn junction diode 20 a configuration in which a plurality of pn junction diode elements are connected in series, the heat radiation area when a forward surge current flows can be increased. For this reason, the forward surge resistance can be greatly improved.

図16(a)に、図1のA−A方向に沿った断面図を示す。また、図16(b)に、図1のB−B方向に沿った断面図を示す。ショットキーバリアダイオード10のカソード端子10kである裏面電極18が、半田31を介して第1のダイパット101に電気的に接続されている。また、ショットキーバリアダイオード10のアノード端子10aである表面電極16と半導体装置1のアノード端子103とが、ワイヤ41により電気的に接続されている。第1のダイパット101は、半導体装置1のカソード端子を兼ねている。   FIG. 16A shows a cross-sectional view along the direction AA in FIG. Further, FIG. 16B shows a cross-sectional view along the BB direction of FIG. The back electrode 18 that is the cathode terminal 10 k of the Schottky barrier diode 10 is electrically connected to the first die pad 101 via the solder 31. Further, the surface electrode 16 that is the anode terminal 10 a of the Schottky barrier diode 10 and the anode terminal 103 of the semiconductor device 1 are electrically connected by a wire 41. The first die pad 101 also serves as the cathode terminal of the semiconductor device 1.

また、図16(a)及び図16(b)に示すように、pn接合ダイオード素子201、202が絶縁シート50を介して第2のダイパット102に搭載されている。pn接合ダイオード素子201のカソード端子201kとpn接合ダイオード素子202のアノード端子202aとは、絶縁シート50上の半田321によって電気的に接続されている。pn接合ダイオード素子201のアノード端子201aは、ワイヤ421によって半導体装置1のアノード端子103に接続されている。また、pn接合ダイオード素子202のカソード端子202kは、ワイヤ422によってpn接合ダイオード素子203のアノード端子203aに接続されている。pn接合ダイオード素子203のカソード端子203kは、半田322を介して第2のダイパット102と電気的に接続されている。第2のダイパット102は、ワイヤ423によって第1のダイパット101と電気的に接続されている。   In addition, as shown in FIGS. 16A and 16B, pn junction diode elements 201 and 202 are mounted on the second die pad 102 via an insulating sheet 50. The cathode terminal 201k of the pn junction diode element 201 and the anode terminal 202a of the pn junction diode element 202 are electrically connected by solder 321 on the insulating sheet 50. The anode terminal 201 a of the pn junction diode element 201 is connected to the anode terminal 103 of the semiconductor device 1 by a wire 421. The cathode terminal 202 k of the pn junction diode element 202 is connected to the anode terminal 203 a of the pn junction diode element 203 by a wire 422. The cathode terminal 203k of the pn junction diode element 203 is electrically connected to the second die pad 102 via the solder 322. The second die pad 102 is electrically connected to the first die pad 101 by a wire 423.

上記のように、半導体装置1では、第2のダイパット102上で直列接続されたpn接合ダイオード素子201〜203と、ショットキーバリアダイオード10とが、並列接続されている。   As described above, in the semiconductor device 1, the pn junction diode elements 201 to 203 connected in series on the second die pad 102 and the Schottky barrier diode 10 are connected in parallel.

ショットキーバリアダイオード10が搭載される第1のダイパット101と、pn接合ダイオード20が搭載される第2のダイパット102とは、物理的に分離されている。これにより、ショットキーバリアダイオード10から発生する熱がpn接合ダイオード20に伝導するのが抑制され、pn接合ダイオード20の動作が安定する。   The first die pad 101 on which the Schottky barrier diode 10 is mounted and the second die pad 102 on which the pn junction diode 20 is mounted are physically separated. Thereby, heat generated from the Schottky barrier diode 10 is suppressed from being conducted to the pn junction diode 20, and the operation of the pn junction diode 20 is stabilized.

例えば、定常動作中にデューティ50%の100Aのパルス電流が半導体装置1に流れた場合、順方向電圧が1.5Vのショットキーバリアダイオード10では平均75W程度の電力消費がある。パッケージ100の放熱が2℃/Wであると、室温25℃でのショットキーバリアダイオード10のチップ温度は175℃である。第1のダイパット101と第2のダイパット102とが接触した状態では、第1のダイパット101と第2のダイパット102とはほぼ同温である。このため、pn接合ダイオード20のチップ温度が175℃近くまで上昇する。Si半導体素子の場合、150℃以上の高温では半導体特性が失われ、動作不良を起こす。したがって、第1のダイパット101と第2のダイパット102とが分離されていることは、半導体装置1を正常動作させる上で有効である。   For example, when a pulse current of 100 A with a duty of 50% flows through the semiconductor device 1 during steady operation, the Schottky barrier diode 10 with a forward voltage of 1.5 V has an average power consumption of about 75 W. When the heat dissipation of the package 100 is 2 ° C./W, the chip temperature of the Schottky barrier diode 10 at room temperature of 25 ° C. is 175 ° C. In a state where the first die pad 101 and the second die pad 102 are in contact with each other, the first die pad 101 and the second die pad 102 have substantially the same temperature. For this reason, the chip temperature of the pn junction diode 20 rises to near 175 ° C. In the case of a Si semiconductor element, the semiconductor characteristics are lost at a high temperature of 150 ° C. or higher, causing malfunction. Therefore, the separation of the first die pad 101 and the second die pad 102 is effective for normal operation of the semiconductor device 1.

図17に、逆方向耐圧が600V、順方向定格電流が10Aである半導体装置の順方向サージ電流及び逆方向サージ耐量の比較を示す。図17で、素子「SiC−SBD」はSiC半導体からなるSBDであり、ショットキーバリアダイオード10に相当する。素子「SiC−MPS」はSiC半導体からなるMPS素子である。素子「Si−PN」はSi半導体からなるpn接合ダイオードであり、pn接合ダイオード20に相当する。   FIG. 17 shows a comparison between the forward surge current and the reverse surge withstand capability of a semiconductor device having a reverse breakdown voltage of 600 V and a forward rated current of 10 A. In FIG. 17, the element “SiC-SBD” is an SBD made of a SiC semiconductor and corresponds to the Schottky barrier diode 10. The element “SiC-MPS” is an MPS element made of a SiC semiconductor. The element “Si-PN” is a pn junction diode made of a Si semiconductor and corresponds to the pn junction diode 20.

図17においては、順方向の最大サージ電流を、順方向定格電流に対する倍数で示している。SiC−SBDの逆方向サージ耐量が100mJ/cm2であるのに対し、SiC−MPSの逆方向サージ耐量は2J/cm2であり、SiC−SBDの20倍程度である。更に、Si−PNの逆方向サージ耐量は20J/cm2であり、SiC−MPSの10倍である。同一電流ではSi半導体素子の素子面積がSiC半導体素子よりも約10倍大きいため、電流密度が1/10以下になり、サージ耐量が向上する。 In FIG. 17, the maximum forward surge current is shown as a multiple of the forward rated current. The reverse surge resistance of SiC-SBD is 100 mJ / cm 2 , whereas the reverse surge resistance of SiC-MPS is 2 J / cm 2, which is about 20 times that of SiC-SBD. Furthermore, the reverse surge resistance of Si-PN is 20 J / cm 2, which is 10 times that of SiC-MPS. Since the element area of the Si semiconductor element is about 10 times larger than that of the SiC semiconductor element at the same current, the current density becomes 1/10 or less and the surge resistance is improved.

図18に、本発明の実施形態の変形例に係る半導体装置1を示す。図18に示した例では、pn接合ダイオード20を構成するpn接合ダイオード素子201〜203が、第2のダイパット102を分割したダイパット102a〜102cにそれぞれ搭載されている。図19(a)に図18のA−A方向に沿った断面図を示し、図19(b)に図18のB−B方向に沿った断面図を示す。   FIG. 18 shows a semiconductor device 1 according to a modification of the embodiment of the present invention. In the example shown in FIG. 18, pn junction diode elements 201 to 203 constituting the pn junction diode 20 are mounted on die pads 102 a to 102 c obtained by dividing the second die pad 102. FIG. 19A shows a cross-sectional view along the direction AA in FIG. 18, and FIG. 19B shows a cross-sectional view along the direction BB in FIG.

図19(a)及び図19(b)に示すように、pn接合ダイオード素子201のカソード端子201kが半田331を介してダイパット102aに接続され、pn接合ダイオード素子202のカソード端子202kが半田332を介してダイパット102bに接続され、pn接合ダイオード素子203のカソード端子203kが半田333を介してダイパット102cに接続されている。pn接合ダイオード素子201のアノード端子201aはワイヤ431によってアノード端子103に接続され、pn接合ダイオード素子202のアノード端子202aはワイヤ432によってダイパット102aに接続され、pn接合ダイオード素子203のアノード端子203aはワイヤ433によってダイパット102bに接続されている。更に、ワイヤ434によってダイパット102cと第1のダイパット101が接続されている。これにより、直列接続されたpn接合ダイオード素子201〜203と、ショットキーバリアダイオード10とが、並列接続される。   As shown in FIGS. 19A and 19B, the cathode terminal 201k of the pn junction diode element 201 is connected to the die pad 102a via the solder 331, and the cathode terminal 202k of the pn junction diode element 202 is connected to the solder 332. The cathode terminal 203k of the pn junction diode element 203 is connected to the die pad 102c via the solder 333. The anode terminal 201a of the pn junction diode element 201 is connected to the anode terminal 103 by a wire 431, the anode terminal 202a of the pn junction diode element 202 is connected to the die pad 102a by a wire 432, and the anode terminal 203a of the pn junction diode element 203 is a wire. 433 is connected to the die pad 102b. Further, the die pad 102 c and the first die pad 101 are connected by a wire 434. Thereby, the pn junction diode elements 201 to 203 connected in series and the Schottky barrier diode 10 are connected in parallel.

図18に示した半導体装置1では、pn接合ダイオード素子201〜203は絶縁シートを介さずにダイパット102a〜102cにそれぞれ搭載されている。このため、放熱効率が高い。したがって、図18に示した半導体装置1は高温時の安定性が高い。   In the semiconductor device 1 shown in FIG. 18, the pn junction diode elements 201 to 203 are mounted on the die pads 102a to 102c without using an insulating sheet, respectively. For this reason, the heat dissipation efficiency is high. Therefore, the semiconductor device 1 shown in FIG. 18 has high stability at high temperatures.

以上に説明したように、本発明の実施形態に係る半導体装置1では、SiCからなる半導体層を有するショットキーバリアダイオード10と、Siからなる半導体層を有するpn接合ダイオード20とが並列接続されて、整流機能を実現している。半導体装置1にサージ電流が流れた場合のバイポーラ動作は、pn接合ダイオード20で行われる。このため、ショットキーバリアダイオード10におけるコンタクト電極は不要である。したがって、ショットキーバリアダイオード10の製造において、高濃度不純物領域13とショットキー電極15との間にコンタクト電極を形成する工程及びこのコンタクト電極を削除する工程は行われない。その結果、ショットキーバリアダイオード10の歩留まりを向上させることができる。   As described above, in the semiconductor device 1 according to the embodiment of the present invention, the Schottky barrier diode 10 having the semiconductor layer made of SiC and the pn junction diode 20 having the semiconductor layer made of Si are connected in parallel. , Realizing the rectification function. Bipolar operation when a surge current flows through the semiconductor device 1 is performed by the pn junction diode 20. For this reason, the contact electrode in the Schottky barrier diode 10 is unnecessary. Therefore, in the manufacture of the Schottky barrier diode 10, the step of forming a contact electrode between the high concentration impurity region 13 and the Schottky electrode 15 and the step of deleting this contact electrode are not performed. As a result, the yield of the Schottky barrier diode 10 can be improved.

したがって、半導体装置1によれば、SiC半導体からなるショットキーバリアダイオード10を有し、且つ歩留まりの高い半導体装置を提供することができる。   Therefore, according to the semiconductor device 1, it is possible to provide a semiconductor device having the Schottky barrier diode 10 made of a SiC semiconductor and having a high yield.

また、ショットキーバリアダイオード10を第1のダイパット101に搭載し、pn接合ダイオード20を第2のダイパット102に搭載することにより、ショットキーバリアダイオード10の発熱によってpn接合ダイオード20が動作不良を起こすことを防止できる。つまり、第1のダイパット101と第2のダイパット102とを分離することにより、半導体装置1の動作をより安定させることができる。   Further, by mounting the Schottky barrier diode 10 on the first die pad 101 and mounting the pn junction diode 20 on the second die pad 102, the pn junction diode 20 causes malfunction due to heat generation of the Schottky barrier diode 10. Can be prevented. That is, the operation of the semiconductor device 1 can be further stabilized by separating the first die pad 101 and the second die pad 102.

上記のように本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。即ち、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。   As described above, the present invention has been described according to the embodiments. However, it should not be understood that the descriptions and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art. That is, it goes without saying that the present invention includes various embodiments not described herein. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from the above description.

1…半導体装置
10…ショットキーバリアダイオード
11…半導体積層体
12…不純物領域
13…高濃度不純物領域
14…表面保護膜
15…ショットキー電極
16…表面電極
17…素子保護膜
18…裏面電極
20…pn接合ダイオード
50…絶縁シート
100…パッケージ
101…第1のダイパット
102…第2のダイパット
102a〜102c…ダイパット
111…高濃度不純物基板
112…半導体層
141…裏面保護膜
150…コンタクト電極
201〜203…pn接合ダイオード素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor device 10 ... Schottky barrier diode 11 ... Semiconductor laminated body 12 ... Impurity region 13 ... High concentration impurity region 14 ... Surface protective film 15 ... Schottky electrode 16 ... Surface electrode 17 ... Element protective film 18 ... Back surface electrode 20 ... pn junction diode 50 ... insulating sheet 100 ... package 101 ... first die pad 102 ... second die pad 102a-102c ... die pad 111 ... high concentration impurity substrate 112 ... semiconductor layer 141 ... back surface protective film 150 ... contact electrode 201-203 ... pn junction diode element

Claims (7)

第1のダイパットと第2のダイパットが互いに離間して配置されたパッケージと、
前記第1のダイパット上に搭載された、シリコンカーバイトからなる半導体層を有し、ショットキー接合とpn接合が併設されたショットキーバリアダイオードと、
前記ショットキーバリアダイオードと並列接続されて前記第2のダイパット上に搭載された、シリコンからなる半導体層を有するpn接合ダイオードと
を備え、前記ショットキーバリアダイオードにおいて前記pn接合を構成する高濃度不純物領域と前記ショットキー接合を構成するショットキー電極とが直接に接していることを特徴とする半導体装置。
A package in which the first die pad and the second die pad are spaced apart from each other;
A Schottky barrier diode mounted on the first die pad and having a semiconductor layer made of silicon carbide and provided with a Schottky junction and a pn junction;
A pn junction diode having a semiconductor layer made of silicon and mounted in parallel with the Schottky barrier diode and mounted on the second die pad, and a high-concentration impurity constituting the pn junction in the Schottky barrier diode A semiconductor device, wherein a region and a Schottky electrode constituting the Schottky junction are in direct contact with each other.
前記ショットキーバリアダイオードの外縁部に前記pn接合が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the pn junction is formed at an outer edge portion of the Schottky barrier diode. 前記pn接合ダイオードの順方向電圧が、前記ショットキーバリアダイオードの順方向電圧よりも大きいことを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein a forward voltage of the pn junction diode is larger than a forward voltage of the Schottky barrier diode. 前記pn接合ダイオードが、複数のpn接合ダイオード素子が直列接続された構造を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の半導体装置。   4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the pn junction diode has a structure in which a plurality of pn junction diode elements are connected in series. 前記複数のpn接合ダイオード素子それぞれの順方向電圧の和が、前記ショットキーバリアダイオードの順方向電圧よりも大きいことを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 4, wherein a sum of forward voltages of the plurality of pn junction diode elements is larger than a forward voltage of the Schottky barrier diode. 前記複数のpn接合ダイオード素子が、前記第2のダイパットを分割した複数のダイパットにそれぞれ搭載されていることを特徴とする請求項4又は5に記載の半導体装置。   6. The semiconductor device according to claim 4, wherein the plurality of pn junction diode elements are respectively mounted on a plurality of die pads obtained by dividing the second die pad. 前記pn接合ダイオードのアバランシェ耐圧が、前記ショットキーバリアダイオードのアバランシェ耐圧よりも小さいことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein an avalanche breakdown voltage of the pn junction diode is smaller than an avalanche breakdown voltage of the Schottky barrier diode.
JP2011120244A 2011-05-30 2011-05-30 Semiconductor device Pending JP2012248736A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011120244A JP2012248736A (en) 2011-05-30 2011-05-30 Semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011120244A JP2012248736A (en) 2011-05-30 2011-05-30 Semiconductor device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2012248736A true JP2012248736A (en) 2012-12-13

Family

ID=47468911

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011120244A Pending JP2012248736A (en) 2011-05-30 2011-05-30 Semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2012248736A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150111320A (en) * 2014-03-25 2015-10-05 인피니언 테크놀로지스 아게 Protection devices
JPWO2014208201A1 (en) * 2013-06-27 2017-02-23 三菱電機株式会社 Semiconductor device
JP2017045901A (en) * 2015-08-27 2017-03-02 トヨタ自動車株式会社 Reflux diode and on-vehicle power supply device
DE112017003754T5 (en) 2016-07-26 2019-04-18 Mitsubishi Electric Corporation SEMICONDUCTOR DEVICE AND METHOD FOR PRODUCING A SEMICONDUCTOR DEVICE
CN113299732A (en) * 2020-02-24 2021-08-24 珠海格力电器股份有限公司 Semiconductor device, chip, apparatus and manufacturing method

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11274482A (en) * 1998-03-20 1999-10-08 Toshiba Corp Semiconductor device
JP2004047955A (en) * 2002-05-22 2004-02-12 Matsushita Electric Ind Co Ltd Semiconductor device
JP2009130266A (en) * 2007-11-27 2009-06-11 Toshiba Corp Semiconductor substrate and semiconductor device, and method of manufacturing the same
JP2009159184A (en) * 2007-12-26 2009-07-16 Hitachi Ltd Circuit device having freewheel diode, circuit device using diode, and electric power converter using the circuit device
JP2010232576A (en) * 2009-03-30 2010-10-14 Hitachi Ltd Power semiconductor apparatus

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11274482A (en) * 1998-03-20 1999-10-08 Toshiba Corp Semiconductor device
JP2004047955A (en) * 2002-05-22 2004-02-12 Matsushita Electric Ind Co Ltd Semiconductor device
JP2009130266A (en) * 2007-11-27 2009-06-11 Toshiba Corp Semiconductor substrate and semiconductor device, and method of manufacturing the same
JP2009159184A (en) * 2007-12-26 2009-07-16 Hitachi Ltd Circuit device having freewheel diode, circuit device using diode, and electric power converter using the circuit device
JP2010232576A (en) * 2009-03-30 2010-10-14 Hitachi Ltd Power semiconductor apparatus

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2014208201A1 (en) * 2013-06-27 2017-02-23 三菱電機株式会社 Semiconductor device
US9704947B2 (en) 2013-06-27 2017-07-11 Mitsubishi Electric Corporation Semiconductor device and method for manufacturing same
KR20150111320A (en) * 2014-03-25 2015-10-05 인피니언 테크놀로지스 아게 Protection devices
US9437589B2 (en) 2014-03-25 2016-09-06 Infineon Technologies Ag Protection devices
KR101657885B1 (en) * 2014-03-25 2016-09-19 인피니언 테크놀로지스 아게 Protection devices
JP2017045901A (en) * 2015-08-27 2017-03-02 トヨタ自動車株式会社 Reflux diode and on-vehicle power supply device
US9806635B2 (en) 2015-08-27 2017-10-31 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Flyback diode and on-board power source device
DE112017003754T5 (en) 2016-07-26 2019-04-18 Mitsubishi Electric Corporation SEMICONDUCTOR DEVICE AND METHOD FOR PRODUCING A SEMICONDUCTOR DEVICE
US10483110B2 (en) 2016-07-26 2019-11-19 Mitsubishi Electric Corporation Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device
DE112017003754B4 (en) 2016-07-26 2022-10-13 Mitsubishi Electric Corporation SEMICONDUCTOR DEVICE AND METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE
CN113299732A (en) * 2020-02-24 2021-08-24 珠海格力电器股份有限公司 Semiconductor device, chip, apparatus and manufacturing method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5725083B2 (en) Semiconductor device
JP6649183B2 (en) Semiconductor device
JP5450490B2 (en) Power semiconductor device
JP6424524B2 (en) Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device
JP5524462B2 (en) Semiconductor device
JP6641488B2 (en) Semiconductor device
JP4282972B2 (en) High voltage diode
JP7012137B2 (en) Nitride semiconductor equipment
JP2018182242A (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP2015185700A (en) semiconductor device
JP5106604B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2010040814A5 (en)
JP2019050406A (en) Semiconductor device
US9018633B2 (en) Semiconductor device
JP2012186318A (en) High-breakdown-voltage semiconductor device
JP2012248736A (en) Semiconductor device
JP2020047680A (en) Semiconductor device
JP5735611B2 (en) SiC semiconductor device
JP5406508B2 (en) Horizontal SBD semiconductor device
JP5249532B2 (en) Silicon carbide bipolar semiconductor device
JP5872327B2 (en) Semiconductor rectifier
JP7257912B2 (en) semiconductor equipment
JP2014130913A (en) Semiconductor device and driving method thereof
JP2012175090A (en) Schottky-barrier semiconductor device
JP3879697B2 (en) Semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20140417

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20150127

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20150130

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20150317

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20150818