JP2016167597A - トレンチ・ショットキー・バリア・ショットキーダイオードを備える半導体装置 - Google Patents
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Abstract
Description
−「TSBS」は、公知の従来技術と同等のトレンチ・ショットキー・バリア・ショットキーダイオードを表す。
−「TSBS−PN」は、公知の従来技術と同等の、いわゆる「クランプ素子」としての集積PNダイオードを備えたトレンチ・ショットキー・バリア・ショットキーダイオードを表す。
−「TSBS−P」は、金属膜(金属膜14)と半導体ブロック(半導体ブロック12)との間に第2の導電型の第1の半導体材料(半導体材料26)から成る層(「薄いp型層」)が配置されている、本発明に係るトレンチ・ショットキー・バリア・ショットキーダイオードを表す。
−「TSBS−PN−P」は、「TSBS−P」の実施の形態を補完する形でクランプ素子としての集積PNダイオードが設けられている、本発明に係るトレンチ・ショットキー・バリア・ショットキーダイオードを表す。
−弱くドープされた領域の導電率が高注入によって大幅に高められているので、電流密度が高い領域での非常に低い順方向電圧が実現される。このことは、「TSBS−P」の実施の形態では、ショットキーコンタクトの直下にある薄いp型層によってもたらされる。「TSBS−PN−P」の実施の形態では、このことは付加的に集積PNダイオードによってもたらされる。
−ショットキーコンタクトの直下にある薄いp型層との組み合わせにおいて、トレンチ構造を用いてショットキー効果を遮蔽することによる比較的低い漏れ電流。更に、「TSBS−PN−P」の実施の形態では、PNダイオードのクランプ機能による比較的高いロバスト性がもたらされる。
−高い電流密度での高注入との組み合わせにおいて、ショットキーコンタクトの適切な障壁高さを用いることによる、高い電流密度での比較的低い順方向電圧。
−導通動作時にショットキーコンタクトシステム(ショットキーコンタクトの直下にある、薄いp型層と組み合わせられたショットキーコンタクト)によって、少数のキャリアが弱くドープされた領域に注入され蓄積されることによる、比較的低いスイッチオフ損失。
−比較的強い高注入による高い電流密度での比較的低い順方向電圧。ショットキー効果を効率的に遮蔽することによる比較的低い漏れ電流。
−TSBS−Pの実施の形態では、スイッチオフ損失はやや高くなるが、非常に低い漏れ電流、並びに、高い電流密度での比較的低い順方向電圧が実現される。
−TSBS−PN−Pの実施の形態では、高い電流密度及びほぼ等しいスイッチオフ損失で、ほぼ等しい順方向電圧において非常に低い漏れ電流が実現される。
−「TSBS」は、公知の従来技術と同等のトレンチ・ショットキー・バリア・ショットキーダイオードを表す。
−「TSBS−PN」は、公知の従来技術と同等の、いわゆる「クランプ素子」としての集積PNダイオードを備えたトレンチ・ショットキー・バリア・ショットキーダイオードを表す。
−「TSBS−P」は、金属膜(金属膜14)と半導体ブロック(半導体ブロック12)との間に第2の導電型の第1の半導体材料から成る層26(「薄いp型層」)が配置されている、本発明に係るトレンチ・ショットキー・バリア・ショットキーダイオードを表す。
−「TSBS−PN−P」は、「TSBS−P」の実施の形態を補完する形でクランプ素子としての集積PNダイオードが設けられている、本発明に係るトレンチ・ショットキー・バリア・ショットキーダイオードを表す。
−弱くドープされた領域の導電率が高注入によって大幅に高められているので、電流密度が高い領域での非常に低い順方向電圧が実現される。このことは、「TSBS−P」の実施の形態では、ショットキーコンタクトの直下にある薄いp型層26によってもたらされる。「TSBS−PN−P」の実施の形態では、このことは付加的に集積PNダイオードによってもたらされる。
−ショットキーコンタクトの直下にある薄いp型層26との組み合わせにおいて、トレンチ構造を用いてショットキー効果を遮蔽することによる比較的低い漏れ電流。更に、「TSBS−PN−P」の実施の形態では、PNダイオードのクランプ機能による比較的高いロバスト性がもたらされる。
−高い電流密度での高注入との組み合わせにおいて、ショットキーコンタクトの適切な障壁高さを用いることによる、高い電流密度での比較的低い順方向電圧。
−導通動作時にショットキーコンタクトシステム(ショットキーコンタクトの直下にある、薄いp型層26と組み合わせられたショットキーコンタクト)によって、少数のキャリアが弱くドープされた領域に注入され蓄積されることによる、比較的低いスイッチオフ損失。
−比較的強い高注入による高い電流密度での比較的低い順方向電圧。ショットキー効果を効率的に遮蔽することによる比較的低い漏れ電流。
−TSBS−Pの実施の形態では、スイッチオフ損失はやや高くなるが、非常に低い漏れ電流、並びに、高い電流密度での比較的低い順方向電圧が実現される。
−TSBS−PN−Pの実施の形態では、高い電流密度及びほぼ等しいスイッチオフ損失で、ほぼ等しい順方向電圧において非常に低い漏れ電流が実現される。
Claims (15)
- トレンチ・ショットキー・バリア・ショットキーダイオードを備えている半導体装置(10)であって、
前記半導体装置(10)は、第1の導電型の半導体ブロック(12)を含み、該半導体ブロック(12)は、金属膜(14)によって被覆されている第1の面(16)と、該第1の面(16)に延在し、且つ、少なくとも部分的に金属で充填されている、少なくとも1つのトレンチ(18)と、を有している、半導体装置(10)において、
前記トレンチ(18)の少なくとも1つの壁部(56)、及び/又は、前記金属膜(14)によって被覆されている前記第1の面(16)の、前記トレンチ(18)に隣接する少なくとも1つの領域(24)は、前記金属膜(14)と前記半導体ブロック(12)との間に位置する、第2の導電型の第1の半導体材料から成る層(26)を備えていることを特徴とする、半導体装置(10)。 - 前記半導体ブロック(12)は、少なくとも2つのトレンチ(18)を有している、請求項1に記載の半導体装置(10)。
- 前記第2の導電型の前記第1の半導体材料(26)は、約10nmから約500nmまでの範囲の層厚を有している、請求項1又は2に記載の半導体装置(10)。
- 前記第2の導電型の前記第1の半導体材料(26)のドープ濃度は、1cm3体積あたり約1016原子から1cm3体積あたり約1017原子までの値を有している、請求項1乃至3の少なくとも1項に記載の半導体装置(10)。
- 前記少なくとも1つのトレンチ(18)の底部(38)の領域(36)は、第2の半導体材料(40)で充填されており、
前記第2の半導体材料(40)は、多結晶半導体材料又は前記第2の導電型の半導体材料である、請求項1乃至4の少なくとも1項に記載の半導体装置(10)。 - 少なくとも部分的に金属で充填されている前記トレンチ(18)は、当該トレンチ(18)の深さ(42)に関して上下に重なって配置されている少なくとも2つの金属層(20,22)を有しており、
上側の金属層(20)は、前記金属膜(14)の一部を形成しており、該金属膜(14)によって、前記第1の導電型の前記半導体ブロック(12)の前記第1の面(16)は被覆されており、
前記金属層(20,22)は、有利には互いに異なる金属を含む、請求項1乃至5の少なくとも1項に記載の半導体装置(10)。 - 前記少なくとも1つのトレンチ(18)は、少なくとも1つの金属によって完全に充填されている、請求項1乃至6の少なくとも1項に記載の半導体装置(10)。
- 前記金属膜(14)によって被覆されている前記第1の面(16)とは反対側に位置する、前記半導体ブロック(12)の第2の面(30)は、導電性のコンタクト材料(28)によって被覆されており、
前記コンタクト材料(28)に接している、前記半導体ブロック(12)の部分ブロック(34)は、半導体ブロック(12)のその他の部分よりも強くドープされている、請求項1乃至7の少なくとも1項に記載の半導体装置(10)。 - 前記半導体装置(10)は、少なくとも部分的に、エピタキシ法及び/又はエッチング法及び/又はイオン注入法を用いて製造されている、請求項1乃至8の少なくとも1項に記載の半導体装置(10)。
- 前記金属膜(14)に相当する前記上側の金属層(20)のポテンシャルレベル即ちショットキー障壁の高さは、前記上側の金属層(20)の下に配置されている金属層(22)のポテンシャルレベル即ちショットキー障壁の高さよりも低い、請求項6乃至9の少なくとも1項に記載の半導体装置(10)。
- 前記少なくとも1つのトレンチ(18)の深さ(42)は、1μmから4μmまで、有利には約2μmである、請求項1乃至10の少なくとも1項に記載の半導体装置(10)。
- 前記トレンチ(18)の深さ(42)と、各2つのトレンチ間の内のりの間隔(46)との比は約2以上である、請求項1乃至11の少なくとも1項に記載の半導体装置(10)。
- 前記第1の導電型は、n型にドープされた半導体材料に対応し、前記第2の導電型は、p型にドープされた半導体材料に対応する、請求項1乃至12の少なくとも1項に記載の半導体装置(10)。
- 前記第1の導電型は、p型にドープされた半導体材料に対応し、前記第2の導電型は、n型にドープされた半導体材料に対応する、請求項1乃至12の少なくとも1項に記載の半導体装置(10)。
- 前記半導体装置(10)は、シリコン材料及び/又は炭化ケイ素材料及び/又はシリコンゲルマニウム材料及び/又はガリウムヒ素材料を含む、請求項1乃至14の少なくとも1項に記載の半導体装置(10)。
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