JP2829067B2 - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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Description
に一般に使用される二次側整流素子等の半導体装置に関
するもので、特にショットキーバリアダイオード等の順
方向電圧−電流特性の改善に係るものである。
方向の電力損失が小さく、又ターンオフ速度が速いとい
う特徴を持っているが、一方、逆方向電流が大きく、逆
方向降伏電圧が低いという欠点がある。これらの欠点を
改善する従来技術は、例えば特公昭59−35183号、特公
昭59−49713号及び特開昭60−74582号(U.S、Patent 46
41174号と同内容)等に開示されている。このような従
来技術について図面を参照して説明する。
バリアダイオード(SBDと略記)100の要部断面図であ
る。同図において、高濃度のN導電型半導体基板(N+基
板と略記)1上に低濃度のN導電型半導体層(N-層と略
記)2が、エピタキシャル成長により形成される。N-層
2の主表面には所定の間隔をもって高濃度のP導電型半
導体領域(P+領域と略記)3が配設されている。N-層の
露出面とP+領域3の露出面は、同一平面を形成し、アノ
ード電極膜4と接する。アノード電極膜4の導電材料
は、該電極膜がN-層2とショットキー接触するように選
択される。N+基板1とオーム接触するようにカソード電
極膜5が設けられる。
ノード電極膜4からショットキー接合部6を経てN-層2
に流入し、カソード電極膜5より流出する。なお前記順
電圧がP+領域3とN-層2とのP+N-接合の立ち上がり電圧
を越えない範囲では、該接合を流れる電流は微弱で無視
でき、順電流はショットキー接合6を流れる電流と考え
てよい。
膜4に負、カソード電極膜5に正の極性の電圧を印加し
た場合について述べる。第6図は、逆電圧を小さい値か
ら順次増加した時の空乏層領域の拡がりを模式的に示す
もので、同図(a)は逆電圧VRが小、同図(b)は中、
同図(c)は大のそれぞれの場合を示す。同図において
第5図と同じ符号は同じ部分を表わし、破線は空乏層7
の境界を示す。又矢印を付した線条は、その条幅が高密
度の逆電流通電路の幅、矢印が電流キャリア(電子)の
移動方向を示す。逆電圧を印加し、その値を小から大に
増加していくと、P+N-接合による空乏層がN-層2内に広
がり、前記通電路の幅は次第に狭められ、遂には隣接す
るP+領域3からN-層2に拡がる空乏層が互いに接し、一
体化するに至り、前記通電路は遮断される。この現象は
ピンチオフと呼ばれ、又この時の電圧は、ピンチオフ電
圧と呼ばれる。
と逆方向降伏電圧の向上を計ったものである。このため
隣接するP+領域3の間隔が、第7図に示すように、d1,d
2,d3(ただしd3>d2>d1)と異なると、前記通電路が遮
断されるピンチオフ電圧VP等が変化し、順方向及び逆方
向電流電圧特性は大きく違ってくる。
Rと逆電流IRとの関係を概念的に示す特性図である。曲
線a1,a2,a3は、P+領域3の間隔がそれぞれd1,d2,d3の場
合の特性で、破線で示す曲線cは、P+領域3を持たな
い、即ち電流をピンチオフする構造を持たない場合の特
性である。横軸の逆電圧VR1,VR2及びVR3は、間隔d1,d2,
d3のSBDのピンチオフ電圧を表わす。同図より明らかな
ように、逆電圧VRを印加し、その値を順次増加していく
と、逆電圧IRは増加する。逆電圧VRがピンチオフ電圧に
達すると、高密度の逆電流電路は遮断され、その後、逆
電流IRはゆるやかに漸増する。一般に逆電圧IRは小さい
ほど望ましく、曲線a1,a2,a3を比較すると、曲線a1の場
合即ちP+領域3の間隔が最も小さいd1の場合が好まし
い。即ちP+領域3の間隔を狭くすれば逆電流特性は良く
なることがわかる。
Fと順電流IFとの関係を概念的に示す特性図である。曲
線b1,b2,b3はP+領域3の間隔がそれぞれd1,d2,d3の場合
のVF−IF特性である。横軸は順電圧VF即ち順方向電圧降
下を、縦軸は順電流IF即ち負荷電流を表わす。一定値I
F1の順電流を流した時、順方向電圧降下は、間隔d1,d2,
d3に対応してそれぞれVF1,VF2,VF3となる。曲線b1,b2,b
3を比較すると曲線b3の順方向電圧−電流特性が最も望
ましい。即ち順電流が同一の場合には、隣接するP+領域
3に挟まれるショットキー接合の電流密度は、P+領域3
の間隔が狭いほど大きくなり、その界面で損失する電圧
は大きくなる。
ョットキーダイオード101の従来例を示す。同図(a)
は、該ダイオードの部分断面図、同図(b)は部分斜視
図である。第5図と同符号は、等しいか対応する部分を
表わすので説明を省略する。
露出面と、主電流通電路を形成するN+層2aの表面とは、
同一平面上にあって、アノード電極膜4aに接している。
アノード電極膜4aとN+層2aとは、極めて低いショットキ
ーバリアを形成するように、電極材料及び不純物濃度が
選択されている。SBD101においては、アノード電極膜4a
とカソード電極膜5とを短絡若しくは微小逆電圧を印加
した場合、相隣るP+領域3から伸びる空乏層がN+層・N-
層界面上で結合し、N+層2aを経由する通電路がピンチオ
フされるようになっている。このため同図(b)からわ
かるように、N+層2aの領域は、ピンチオフ用のP+領域3
に取り囲まれ、互いに密に配設されている。これにより
SBD101の逆方向電流特性は、大きく改善される。一方順
電流が流れるN+層2aの露出面は、P+領域3の表面積に比
べ、面積が小さく、順電流特性は良くない。
るSBDでは、逆方向電圧−電流特性を良くするには、ピ
ンチオフ電圧制御に大きな影響を持つP+領域間の間隔を
できるだけ狭くする必要がある。又順方向電圧−電流特
性を良くするには前記P+領域間の間隔を広くする必要が
ある。即ち従来技術では、上記2つの特性は、いわゆる
トレードオフの関係にあり、従って各種条件を勘案し、
最適設計が行なわれている。
て、順方向の電圧−電流特性が改善されるショットキー
バリアダイオード等の半導体装置を提供することを目的
とする。
(a)一導電型第1半導体層(N+基板)21と該層より低
不純物濃度の一導電型第2半導体層(N-層)22とを積層
して成る半導体基板21と、(b)該基板の一方の主面側
(上方)の第2半導体層(N-層)22の表面に所定の間隔
をもって露出して配置されると共に該露出面23aが第2
半導体層22の表面22aより凹んだ構造の底の部分にのみ
形成される反対導電型第3半導体領域(P+領域)23と、
(c)第2半導体層22の前記表面22a及び第3半導体領
域23の前記露出面23aに接する第1電極膜24と、(d)
前記半導体基板の他方の主面(下方)に第1半導体層21
に接して設けられる第2電極膜25とを具備することを特
徴とする半導体装置である。
体領域23の相互の間隔を一定にした状態で、主電流通電
路を形成する第2半導体層22の表面22aを、前記第3半
導体領域23の露出面23aより突出させることにより、第
1電極膜24と第2半導体層22との接触面積を増加し、該
接触面を横切る順電流の電流密度を小さくする。これら
により、この半導体装置の逆方向の電圧−電流特性は変
化せず、順方向の電圧−電流特性は改善される。
の表面と第1電極膜とがショットキー接触をする半導体
装置は望ましい実施態様である。
る。第1図は、本発明のピンチオフ構造を有するSBDの
模式的断面図であり、第2図は該SBDの製造工程を示す
断面図である。
9×1020 stoms/cm3)21上にN-層(不純物濃度7〜9×
1015 stoms/cm3)22をエピタキシャル成長により厚さ5
μm程度積層して半導体基板21を形成する。次に酸化工
程により、SiO2膜26を厚さ0.5〜1μm形成する。
23を形成する部分の酸化膜を選択的に除去し、これをマ
スクとし更にシリコンを5000〜10000Åエッチングを行
ない、凹所27を形成する。
成の不純物拡散源として、ボロン(B)をイオン注入す
る。次に酸化工程により酸化膜(SiO2)28を5000Å程度
形成後、拡散によりP+領域23を形成する。
る部分の酸化膜を選択的に除去した後、Siエッチング液
にてSiをエッチングする。その際、P+領域23のエッチン
グ速度がN-層22のエッチング速度より速いので、この効
果を利用すれば、前記同図(b)で行なったエッチング
の工程を省くことが可能である。第2図(d′)は、同
図(d)の円周29で囲まれた領域の拡大図である。P+領
域23のエッチング深さh2は、N-層22のエッチング深さh1
より大きくなるので、エッチング条件を適当に選択すれ
ば、P+領域23の露出面23aがN-層22の表面22aより所望の
深さだけ凹むようにすることが可能である。
んだ構造の側面にも形成されている。しかしながら、第
2図(d′)は、第2図(d)における円周29で囲まれ
た領域の拡大図であって、第2図(d′)のP+領域は第
2図において一番外側のP+領域である。そのように、第
2図(d′)のP+領域の右外側には次のP+領域が存在し
ないのであるから、本発明の反対導電型第3半導体領域
の機能を有するのは、第2図(d′)におけるP+領域の
左半分だけであり、、P+領域の右半分は耐圧を安定に得
るガードリング部で本発明の反対導電型第3半導体領域
ではない。
できる)を蒸着し、パターニングしてアノード電極膜24
を形成し、裏面にカソード電極膜25を形成し、ウェーハ
をチップ化し、第1図に示すペレットが完成する。
の表面22aが突出していることが相異するほかは、従来
構造とほぼ等しい。したがって逆方向の電圧(VR)−電
流(IR)特性に支配的な影響力を持つP+領域23の相互間
隔等は、従来と同様であるので、逆方向の電圧−電流特
性は変化しない。
と、順方向の電圧(VF)−電流(IF)特性が改善される
ことについて、第4図を参照して説明する。同図(a)
は、第1図に示すSBDの部分断面図、同図(b)は部分
平面図である。このSBDの順電圧VF及び順電流密度JFは
近似的に次式で与えられる。
電流密度。
もの。
分。
さ。
×10-19C,k=1.38×10-23J/K とすると、VF′−VF″=0.061Vとなり、VF≒0.4
[v]程度のため5%程度の改善が見込まれる。
方向のVR−IR特性が悪くなるという相反する関係があっ
たが、本発明では上記のように逆方向のVR−IR特性を悪
くせずに、順方向のVF−IF特性の改善が可能である。
ットキー接触をするSBDについて述べたが、これに限定
されない。
圧又は微小逆電圧でその空乏層が結合し、主通電路を遮
断することも可能である。
ンチオフ用のP+領域の露出面と主電流通電路を形成する
N-層の表面とに段差を設け、電極と接するN-層の面積を
増加することにより、従来の逆方向の電圧−電流特性を
維持し、順方向の電圧−電流特性が改善されるSBD等の
半導体装置を提供することができた。
の半導体装置の製造工程を示す図、第3図は本発明の特
徴を説明するための部分断面図、第4図(a)及び
(b)は本発明の半導体装置の効果を説明するためのそ
れぞれ部分断面図及び平面図、第5図は従来の半導体装
置の部分断面図、第6図は第5図の半導体装置の空乏層
の形状を説明する断面図、第7図は第5図の半導体装置
のP+領域の間隔を示す断面図、第8図及び第9図は第5
図の半導体装置のそれぞれ逆方向及び順方向の電圧−電
流特性図、第10図(a)及び(b)は従来の他の半導体
装置の部分断面図及び斜視図である。 21……一導電型第1半導体層、22……一導電型第2半導
体層、22a……第2半導体層の表面、21……半導体基
板、23……反対導電型第3半導体領域、23a……第3半
導体領域の露出面、24……第1電極膜、25……第2電極
膜。
Claims (1)
- 【請求項1】一導電型第1半導体層と該層より低不純物
濃度の一導電型第2半導体層とを積層して成る半導体基
板と、該基板の一方の主面側の第2半導体層の表面に所
定の間隔をもって露出して配置されると共に該露出面が
第2半導体層の前記表面より凹んだ構造の底の部分にの
み形成される反対導電型第3半導体領域と、第2半導体
層の前記表面及び第3半導体領域の前記露出面に接する
第1電極膜と、前記半導体基板の他方の主面に第1半導
体層に接して設けられる第2電極膜とを、具備すること
を特徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1318801A JP2829067B2 (ja) | 1989-12-11 | 1989-12-11 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1318801A JP2829067B2 (ja) | 1989-12-11 | 1989-12-11 | 半導体装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03181172A JPH03181172A (ja) | 1991-08-07 |
JP2829067B2 true JP2829067B2 (ja) | 1998-11-25 |
Family
ID=18103098
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1318801A Expired - Lifetime JP2829067B2 (ja) | 1989-12-11 | 1989-12-11 | 半導体装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2829067B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5518402B2 (ja) * | 2009-08-31 | 2014-06-11 | 新電元工業株式会社 | 半導体装置 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2176339A (en) * | 1985-06-10 | 1986-12-17 | Philips Electronic Associated | Semiconductor device with schottky junctions |
-
1989
- 1989-12-11 JP JP1318801A patent/JP2829067B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH03181172A (ja) | 1991-08-07 |
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