JP3076638B2 - 整流用半導体装置 - Google Patents
整流用半導体装置Info
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- JP3076638B2 JP3076638B2 JP25053191A JP25053191A JP3076638B2 JP 3076638 B2 JP3076638 B2 JP 3076638B2 JP 25053191 A JP25053191 A JP 25053191A JP 25053191 A JP25053191 A JP 25053191A JP 3076638 B2 JP3076638 B2 JP 3076638B2
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、整流用半導体装置の構
造に関するものである。
造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、高効率の整流用半導体装置とし
て、例えば、本発明者等による特願平3−115341
「ショットキバリア半導体装置」がある。それは図1の
断面構造図に示すものであり、1は低抵抗の一導電型半
導体(例えば、N+)、2は一導電型半導体(例えば、
N)、3は逆導電型半導体(例えば、P+)のガ−ドリ
ング領域、4は絶縁膜、5は逆導電型半導体(例えば、
P+)、6はショットキ接触をする金属層、7はオ−ミ
ック電極、8はトレンチ溝の凹部、9は一導電型半導体
内のチャネル、11は空乏層領域である。
て、例えば、本発明者等による特願平3−115341
「ショットキバリア半導体装置」がある。それは図1の
断面構造図に示すものであり、1は低抵抗の一導電型半
導体(例えば、N+)、2は一導電型半導体(例えば、
N)、3は逆導電型半導体(例えば、P+)のガ−ドリ
ング領域、4は絶縁膜、5は逆導電型半導体(例えば、
P+)、6はショットキ接触をする金属層、7はオ−ミ
ック電極、8はトレンチ溝の凹部、9は一導電型半導体
内のチャネル、11は空乏層領域である。
【0003】図1の整流用半導体装置の順方向特性につ
いて説明する。Aをアノ−ド、Cをカソ−ドとして、零
電圧バイアスにすると、相対面する逆導電型半導体5の
距離WN、深さD、角度θ(零電圧バイアス時に延びる
空乏層の深さWbi(2)の位置における逆導電型半導体
5と一導電型半導体2の境界での接線が接触面eとの間
に形成する角度)を適切に選ぶことにより、チャネル9
内に電子エネルギ−ポテンシアルの丘を形成する。この
ポテンシアルの丘の最大高さが、金属層6によるショッ
トキ接触バリアの高さよりも低い内は順方向特性はその
バリア高さ(φB)で決定されるが、高くなると順方向
電圧降下はその金属ショットキバリア高さで決まるVF
値より大きなVF値となる。
いて説明する。Aをアノ−ド、Cをカソ−ドとして、零
電圧バイアスにすると、相対面する逆導電型半導体5の
距離WN、深さD、角度θ(零電圧バイアス時に延びる
空乏層の深さWbi(2)の位置における逆導電型半導体
5と一導電型半導体2の境界での接線が接触面eとの間
に形成する角度)を適切に選ぶことにより、チャネル9
内に電子エネルギ−ポテンシアルの丘を形成する。この
ポテンシアルの丘の最大高さが、金属層6によるショッ
トキ接触バリアの高さよりも低い内は順方向特性はその
バリア高さ(φB)で決定されるが、高くなると順方向
電圧降下はその金属ショットキバリア高さで決まるVF
値より大きなVF値となる。
【0004】一方、ショットキ接触バリアの逆漏れ電流
JRの公知の式は JR=JS・exp{(q/kT)(qE/4πE)1/2} で示され、電界強度E=0のときJR=JSとなり、最小
となる。又、逆方向電圧を大きくしてもJRはほぼ一定
の値となる。ただし、JSは飽和電流である。しかし
て、図2(a)は従来構造の電子ポテンシアル分布図で
あり、チャネル9の中央部におけるアノ−ドA、カソ−
ドC間の電子ポテンシアル分布を示している。即ち、シ
ョットキ接触バリア付近のポテンシアル勾配は大きく、
逆方向電圧の増加につれて少しづつポテンシアルを下げ
る。特に、逆導電型半導体5の深さDが浅く、チャネル
幅WNが広く、角度θが大であるとこの傾向は強まる。
JRの公知の式は JR=JS・exp{(q/kT)(qE/4πE)1/2} で示され、電界強度E=0のときJR=JSとなり、最小
となる。又、逆方向電圧を大きくしてもJRはほぼ一定
の値となる。ただし、JSは飽和電流である。しかし
て、図2(a)は従来構造の電子ポテンシアル分布図で
あり、チャネル9の中央部におけるアノ−ドA、カソ−
ドC間の電子ポテンシアル分布を示している。即ち、シ
ョットキ接触バリア付近のポテンシアル勾配は大きく、
逆方向電圧の増加につれて少しづつポテンシアルを下げ
る。特に、逆導電型半導体5の深さDが浅く、チャネル
幅WNが広く、角度θが大であるとこの傾向は強まる。
【0005】従って、図4のJR−VR(逆漏れ電流−逆
方向電圧)特性の「従来構造」の曲線で示すように、逆
漏れ電流は電圧に依存して少しづつ増加する。
方向電圧)特性の「従来構造」の曲線で示すように、逆
漏れ電流は電圧に依存して少しづつ増加する。
【0006】本発明者等は、逆方向に高い電圧印加があ
っても、高いポテンシアルを維持し、逆漏れ電流の電圧
依存性を最小とする構造として、平成3年7月18日、特
許出願「整流用半導体装置」を発明した。しかして、前
記せる特願平3−115341を含めて、従来提案した
構造では、零電圧バイアス時に形成する最高ポテンシア
ルを高電圧下でも保持しようとする深さDを極めて深く
する必要がある。又、順方向特性としては、チャネルシ
リ−ズ抵抗が増大する等、順方向電圧降下を大きくする
欠点がある。(3)
っても、高いポテンシアルを維持し、逆漏れ電流の電圧
依存性を最小とする構造として、平成3年7月18日、特
許出願「整流用半導体装置」を発明した。しかして、前
記せる特願平3−115341を含めて、従来提案した
構造では、零電圧バイアス時に形成する最高ポテンシア
ルを高電圧下でも保持しようとする深さDを極めて深く
する必要がある。又、順方向特性としては、チャネルシ
リ−ズ抵抗が増大する等、順方向電圧降下を大きくする
欠点がある。(3)
【0007】
【発明の目的】複数のトレンチ溝を設けた一導電型半導
体表面の凸部上面にショットキ接触をする金属層を形成
した整流用半導体装置において、順方向特性のチャネル
シリ−ズ抵抗を増加させることなく、かつ、逆方向特性
における電子ポテンシアルを高く保持し、逆漏れ電流の
電圧依存性をなくして、高効率、高速の整流用半導体装
置を得ることを目的とする。
体表面の凸部上面にショットキ接触をする金属層を形成
した整流用半導体装置において、順方向特性のチャネル
シリ−ズ抵抗を増加させることなく、かつ、逆方向特性
における電子ポテンシアルを高く保持し、逆漏れ電流の
電圧依存性をなくして、高効率、高速の整流用半導体装
置を得ることを目的とする。
【0008】
【実施例】図3は、本発明装置の1実施例の断面構造図
であって、同一符号は同一部分をあらわす。又、10は
絶縁物層、12は一導電型半導体2側にのびるショット
キ接触面eからの第1の空乏層、13は2側にのびる逆
導電型半導体領域5からの第2の空乏層である。なお、
12、13は、アノ−ドA、カソ−ドCを零電圧バイア
スとした時の空乏層である。
であって、同一符号は同一部分をあらわす。又、10は
絶縁物層、12は一導電型半導体2側にのびるショット
キ接触面eからの第1の空乏層、13は2側にのびる逆
導電型半導体領域5からの第2の空乏層である。なお、
12、13は、アノ−ドA、カソ−ドCを零電圧バイア
スとした時の空乏層である。
【0009】本発明の特徴とする構造は、トレンチ溝8
を設けた一導電型半導体2表面の凸部上面にショットキ
接触面eを形成し、凹部底部に逆導電型半導体5を形成
し、又、凸部側壁部に絶縁物層10を形成するように構
成し、5とショットキ接触面eを形成する金属層6を同
電位に電気接続し、更に、第1の空乏層12と第2の空
乏層13が少なくとも零電圧バイアス時にはつながらな
いように構成することである。
を設けた一導電型半導体2表面の凸部上面にショットキ
接触面eを形成し、凹部底部に逆導電型半導体5を形成
し、又、凸部側壁部に絶縁物層10を形成するように構
成し、5とショットキ接触面eを形成する金属層6を同
電位に電気接続し、更に、第1の空乏層12と第2の空
乏層13が少なくとも零電圧バイアス時にはつながらな
いように構成することである。
【0010】次に、図3の本発明装置の具体的な製作例
を述べる。高抵抗N型シリコン2に3Ωcm 6μmエ
ピタキシアルウエハを使用し、トレンチ溝8、深さ3μ
m、幅1μmのほぼ垂直溝形状を形成した凸部の幅は
1.8μmとした。公知のイオン注入法にてボロン原子
を加速電圧40keV、ド−ズ 1×1015原子で垂直
に打込み、その後、950℃で活性化熱処理することに
より、約0.5〜0.8μm深さ、表面濃度 5〜10×
1018原子/cm3のP+領(4)域5をトレンチ溝8底
部に形成した。次に、凹部トレンチ溝8内面に、酸水素
炎によるパイロジェニックスチ−ム酸化膜SiO210
を約2000オングストロ−ム形成した。ホトレジスト
を塗布し、トレンチ溝8を埋めつくし、凸部上面にごく
薄い3000オングストロ−ム以下のレジストしか残ら
ないようにして、凹部酸化膜10を保護しておく。次
に、RF−REACTIVE ION ETCHERの
約2KW出力でCF4ガスと少量のO2ガスで60秒エッ
チングすると、凸部上面の薄いホトレジスト膜とSiO
2膜は除去される。同様に凹部底面の薄いSiO2膜も、
垂直イオンシャワ−によりエッチング除去し、P+層を露
出させる。次に、チタンショットキ−金属膜6をプラネタ
リ−型真空蒸着装置を用いて、約2000オングストロ
−ム厚さにトレンチ溝8の底面、側面にも形成し、凸部
上面高抵抗N型シリコン2とはショットキ接触面eを形
成する。
を述べる。高抵抗N型シリコン2に3Ωcm 6μmエ
ピタキシアルウエハを使用し、トレンチ溝8、深さ3μ
m、幅1μmのほぼ垂直溝形状を形成した凸部の幅は
1.8μmとした。公知のイオン注入法にてボロン原子
を加速電圧40keV、ド−ズ 1×1015原子で垂直
に打込み、その後、950℃で活性化熱処理することに
より、約0.5〜0.8μm深さ、表面濃度 5〜10×
1018原子/cm3のP+領(4)域5をトレンチ溝8底
部に形成した。次に、凹部トレンチ溝8内面に、酸水素
炎によるパイロジェニックスチ−ム酸化膜SiO210
を約2000オングストロ−ム形成した。ホトレジスト
を塗布し、トレンチ溝8を埋めつくし、凸部上面にごく
薄い3000オングストロ−ム以下のレジストしか残ら
ないようにして、凹部酸化膜10を保護しておく。次
に、RF−REACTIVE ION ETCHERの
約2KW出力でCF4ガスと少量のO2ガスで60秒エッ
チングすると、凸部上面の薄いホトレジスト膜とSiO
2膜は除去される。同様に凹部底面の薄いSiO2膜も、
垂直イオンシャワ−によりエッチング除去し、P+層を露
出させる。次に、チタンショットキ−金属膜6をプラネタ
リ−型真空蒸着装置を用いて、約2000オングストロ
−ム厚さにトレンチ溝8の底面、側面にも形成し、凸部
上面高抵抗N型シリコン2とはショットキ接触面eを形
成する。
【0011】以上により得られた本発明装置は電子ポテ
ンシアル分布図を図2(b)に示し、又、電気特性とし
てJR−VR(逆漏れ電流−逆方向電圧)特性図4及びJ
F−VF(順方向電流−順方向電圧)特性図5「本発明構
造」と図示するように改善されている。
ンシアル分布図を図2(b)に示し、又、電気特性とし
てJR−VR(逆漏れ電流−逆方向電圧)特性図4及びJ
F−VF(順方向電流−順方向電圧)特性図5「本発明構
造」と図示するように改善されている。
【0012】更に、図1の従来構造と図3の本発明構造
を空乏層領域の対比により説明する。図1の従来構造で
は零電圧バイアス時において、ショットキ接触面eとP
+層5接合から空乏層が伸びると、凸部上面と側面の角
の部分で、ショットキ接触接合の狭い空乏層とP+/N
接合の広い空乏層が接している。それにより、フェルミ
レベルを合わせるために、接合部の高抵抗N層2中の電
荷がはき出され、電荷中性条件を満たす距離まで空乏化
するが、この時、前記した狭い空乏層と広い空乏層がほ
とんど直交して連続性を保ち、ショットキ金属層6とP
+層5が同電位になっている条件下では、さらに各接合
がそれぞれの中性条件を満たすために空乏化した幅より
も、なおかつ、隣り合う空乏化領域間に電荷の再配置化
が起り、狭い空乏層はやや広い空乏層に、(5)又、広
い空乏層はやや狭い空乏層に変化する。特に、前記の角
の部分では、直交する電界ベクトルが重なり合うため、
合成ベクトルは大きくなり、空乏化の幅はさらに広くな
る。すなわち、P+/N接合の空乏層幅は、低いショッ
トキ接触接合の狭い空乏層に影響されて、狭くなってし
まう欠点がある。空乏層領域は電子ポテンシアルが高め
られている領域であるから、チャネル9中央部に高いポ
テンシアルを形成するには、チャネル幅WNを狭くする
ばかりでなく、P+/N接合から各々伸びる空乏層の広
さを広くすることも、高いポテンシアルの丘を高電圧化
でも保持するためには有効であるから、図1の従来構造
のように、ショットキ接触接合の空乏層とP+/N接合
の空乏層が空乏層領域11のごとく連結していること
は、P+/N接合ではさまれたチャネル9領域に高いポ
テンシアルを保持しようとする目的に対しては最適構造
ではない。
を空乏層領域の対比により説明する。図1の従来構造で
は零電圧バイアス時において、ショットキ接触面eとP
+層5接合から空乏層が伸びると、凸部上面と側面の角
の部分で、ショットキ接触接合の狭い空乏層とP+/N
接合の広い空乏層が接している。それにより、フェルミ
レベルを合わせるために、接合部の高抵抗N層2中の電
荷がはき出され、電荷中性条件を満たす距離まで空乏化
するが、この時、前記した狭い空乏層と広い空乏層がほ
とんど直交して連続性を保ち、ショットキ金属層6とP
+層5が同電位になっている条件下では、さらに各接合
がそれぞれの中性条件を満たすために空乏化した幅より
も、なおかつ、隣り合う空乏化領域間に電荷の再配置化
が起り、狭い空乏層はやや広い空乏層に、(5)又、広
い空乏層はやや狭い空乏層に変化する。特に、前記の角
の部分では、直交する電界ベクトルが重なり合うため、
合成ベクトルは大きくなり、空乏化の幅はさらに広くな
る。すなわち、P+/N接合の空乏層幅は、低いショッ
トキ接触接合の狭い空乏層に影響されて、狭くなってし
まう欠点がある。空乏層領域は電子ポテンシアルが高め
られている領域であるから、チャネル9中央部に高いポ
テンシアルを形成するには、チャネル幅WNを狭くする
ばかりでなく、P+/N接合から各々伸びる空乏層の広
さを広くすることも、高いポテンシアルの丘を高電圧化
でも保持するためには有効であるから、図1の従来構造
のように、ショットキ接触接合の空乏層とP+/N接合
の空乏層が空乏層領域11のごとく連結していること
は、P+/N接合ではさまれたチャネル9領域に高いポ
テンシアルを保持しようとする目的に対しては最適構造
ではない。
【0013】一方、図3の本発明構造では、ショットキ
接触接合からの空乏層12と、P+/N接合からの空乏層
13が少なくとも、零電圧バイアス時に互に接しないよ
うにしているから、それら接合が独自に有する条件を満
たす空乏層がそれぞれに発達し、P+/N接合からのび
る空乏層は従来構造のように狭くならずチャネル9の電
子ポテンシアルは、図2(b)のごとく、図2(a)に
比し高いポテンシアルとなり改善される。又、逆バイア
ス電圧がアノ−ドA、カソ−ドC間に印加されても、前
記現象は同じであるから、逆電圧バイアス時の高いポテ
ンシアルを保持する能力は高まる。
接触接合からの空乏層12と、P+/N接合からの空乏層
13が少なくとも、零電圧バイアス時に互に接しないよ
うにしているから、それら接合が独自に有する条件を満
たす空乏層がそれぞれに発達し、P+/N接合からのび
る空乏層は従来構造のように狭くならずチャネル9の電
子ポテンシアルは、図2(b)のごとく、図2(a)に
比し高いポテンシアルとなり改善される。又、逆バイア
ス電圧がアノ−ドA、カソ−ドC間に印加されても、前
記現象は同じであるから、逆電圧バイアス時の高いポテ
ンシアルを保持する能力は高まる。
【0014】又、図3の本発明構造では、凸部側壁部に
絶縁物層10を形成しているので、絶縁物層10ではさ
まれたチャネル9には空乏層が発達しない。従って、順
電圧バイアス時のチャネル電流は、従来構造のように順
方向空乏層での電流路制限がなく、幅広い電流路を確保
できるため、順方向電圧に対するチャネルシリ−ズ抵抗
が小となり順方向特性においても大幅な改善を達成し
た。
絶縁物層10を形成しているので、絶縁物層10ではさ
まれたチャネル9には空乏層が発達しない。従って、順
電圧バイアス時のチャネル電流は、従来構造のように順
方向空乏層での電流路制限がなく、幅広い電流路を確保
できるため、順方向電圧に対するチャネルシリ−ズ抵抗
が小となり順方向特性においても大幅な改善を達成し
た。
【0015】(6)前記せる本発明の実施例について
は、本発明の要旨の範囲で種々の変形、付加、変換等の
変更をなし得るものである。例えば、凸部の機械的破損
を防止するため、凹部を適当な固体材料層で充填するこ
とも可能である。
は、本発明の要旨の範囲で種々の変形、付加、変換等の
変更をなし得るものである。例えば、凸部の機械的破損
を防止するため、凹部を適当な固体材料層で充填するこ
とも可能である。
【0016】
【発明の効果】以上説明したように本発明により、順方
向において、チャネルシリ−ズ抵抗を増加させることな
く、逆方向において電子ポテンシアルを高く保持し、か
つ、逆漏れ電流の電圧依存性をなくして、高効率、高速
の整流用半導体装置を得ることが可能となり、電源機器
をはじめ、広い範囲に利用でき、産業上の効果、極めて
大なるものである。
向において、チャネルシリ−ズ抵抗を増加させることな
く、逆方向において電子ポテンシアルを高く保持し、か
つ、逆漏れ電流の電圧依存性をなくして、高効率、高速
の整流用半導体装置を得ることが可能となり、電源機器
をはじめ、広い範囲に利用でき、産業上の効果、極めて
大なるものである。
【図1】従来の整流用半導体装置の断面構造図である。
【図2】電子ポテンシアル分布図で、(a)は従来構造
のもの、(b)は本発明構造のものである。
のもの、(b)は本発明構造のものである。
【図3】本発明の1実施例の断面構造図である。
【図4】JR−VR(逆漏れ電流−逆方向電圧)特性図で
ある。
ある。
【図5】JF−VF(順方向電流−順方向電圧)特性図で
ある。
ある。
1 低抵抗の一導電型半導体(例えばN+) 2 一導電型半導体(例えば、N) 3 ガ−ドリング領域 4 絶縁膜 5 逆導電型半導体(例えばP+) (7)6 金属層 7 オ−ミック電極 8 トレンチ溝の凹部 9 チャネル 10 絶縁物層 11 空乏層領域 12 第1の空乏層 13 第2の空乏層 A アノ−ド C カソ−ド e ショットキ接触面 θ 角度 D 深さ
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−276762(JP,A) 特開 平3−105975(JP,A) 特開 平5−48081(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/872
Claims (1)
- 【請求項1】 複数のトレンチ溝を設けた一導電型半導
体表面の凸部上面にショットキ接触をする金属層を形成
し、凹部底部に逆導電型半導体領域を形成した整流用半
導体装置において、凸部側壁部に絶縁物層を形成し、か
つ、逆導電型半導体領域と凸部上面の金属層を同電位に
電気接続し、該金属層をアノ−ド、前記一導電型半導体
をカソ−ドとした少なくとも零電圧バイアス時に、前記
一導電型半導体側にのびる前記逆導電型半導体領域から
の空乏層と前記凸部上面のショットキ接触からの空乏層
がつながらないように構成したことを特徴とする整流用
半導体装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25053191A JP3076638B2 (ja) | 1991-09-03 | 1991-09-03 | 整流用半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25053191A JP3076638B2 (ja) | 1991-09-03 | 1991-09-03 | 整流用半導体装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0563184A JPH0563184A (ja) | 1993-03-12 |
JP3076638B2 true JP3076638B2 (ja) | 2000-08-14 |
Family
ID=17209286
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP25053191A Expired - Fee Related JP3076638B2 (ja) | 1991-09-03 | 1991-09-03 | 整流用半導体装置 |
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---|---|
JP (1) | JP3076638B2 (ja) |
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---|---|---|---|---|
JP3618517B2 (ja) | 1997-06-18 | 2005-02-09 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
US6252288B1 (en) * | 1999-01-19 | 2001-06-26 | Rockwell Science Center, Llc | High power trench-based rectifier with improved reverse breakdown characteristic |
JP2001077379A (ja) * | 1999-09-03 | 2001-03-23 | Nippon Inter Electronics Corp | ショットキーバリア半導体装置 |
JP4984345B2 (ja) * | 2000-06-21 | 2012-07-25 | 富士電機株式会社 | 半導体装置 |
DE10235198B4 (de) | 2001-08-02 | 2011-08-11 | Fuji Electric Systems Co., Ltd. | Leistungs-Halbleitergleichrichter mit ringförmigen Gräben |
DE102004053760A1 (de) * | 2004-11-08 | 2006-05-11 | Robert Bosch Gmbh | Halbleitereinrichtung und Verfahren für deren Herstellung |
DE102004059640A1 (de) * | 2004-12-10 | 2006-06-22 | Robert Bosch Gmbh | Halbleitereinrichtung und Verfahren zu deren Herstellung |
CN103943666A (zh) * | 2013-01-17 | 2014-07-23 | 朱江 | 一种沟槽半导体装置及其制备方法 |
JP7237772B2 (ja) * | 2019-08-20 | 2023-03-13 | 株式会社東芝 | 半導体装置 |
CN113851525A (zh) * | 2021-09-18 | 2021-12-28 | 中山大学 | 一种GaN基沟槽金属氧化物肖特基势垒二极管及其制备方法 |
-
1991
- 1991-09-03 JP JP25053191A patent/JP3076638B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0563184A (ja) | 1993-03-12 |
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