JP4322183B2 - ショットキーバリアダイオード - Google Patents

Description

本発明は、ショットキーバリアダイオードに関し、特に順方向電圧と耐圧の特性改善に係わるものである。

ショットキーバリアダイオードは、順方向の電圧降下が低く高速応答特性に優れていることからスイッチング電源等に広範囲にわたって使用されている。また、スイッチング電源では、整流を行うショットキーバリアダイオードの順方向降下電圧が電源効率を決定する大きな要因となっており、この順方向降下電圧ができる限り小さいことが望まれている。さらに、回路設計上、定格電圧以上の耐圧がショットキーバリアダイオードに要求されている。

従来のショットキーバリアダイオードとしては、シリコンからなる一導電型半導体基板の表面に金属層が設けられショットキー接合構造が形成されたショットキーバリア半導体装置において、前記一導電型半導体基板の表面の少なくとも一部に面を形成して製品ごとにほぼ一定のバリアハイトを得て、安定した順方向および逆方向特性を改善しているものがあった（例えば、特許文献１参照）。

図２は、前記特許文献１に記載された従来のショットキーバリアダイオードを示すものである。図２において、ショットキーバリアダイオードは、シリコンからなる高濃度Ｎ型半導体基板１０１にエピタキシャル成長により低濃度Ｎ型エピタキシャル層１０２を形成し、低濃度Ｎ型エピタキシャル層１０２上のシリコン酸化膜１０３を開口してシリコン表面を露出し、露出したシリコン表面にチタン、バナジウム、クロム、モリブデン、タングステン、パラジウム、白金等の各種金属から選択されて、真空蒸着やスパッタリングなどの方法でバリア金属層１０４を接触させバリアメタルとして機能する。このバリア金属層１０４と低濃度Ｎ型エピタキシャル層１０２によりショットキー接合構造が形成されている。バリア金属層１０４の縁部における逆方向電圧に対する耐圧特性が中心部より低下する現象を防ぐためにＰ型半導体領域である高濃度Ｐ型ガードリング領域１０５が形成されている。電極１０６はたとえば銀またはアルミニウムからなるアノード側の電極であり、電極１０７はたとえばニッケルや金などからなるカソード側の電極が形成されている。
特開２００１−７７３７９号公報

しかしながら、前記従来の構成では、強い逆バイアスが印加された場合、ガードリングを形成する高濃度Ｐ型ガードリング領域１０５と低濃度Ｎ型エピタキシャル層１０２とのＰＮ接合により、高濃度Ｐ型ガードリング領域１０５から低濃度Ｎ型エピタキシャル層１０２側に延びる空乏層が、ガードリング外方コーナー部の曲率の影響を受け、ガードリング外方コーナーにおける電界強度が非常に高くなり、強い電界の影響を受けてガードリング外方コーナー部にキャリア発生が局所集中し破壊に至るという問題が生じる。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、ガードリングの酸化膜直下及びコンタクト開口端部に発生する正孔電流の局所集中を和らげ、耐圧を確実に確保しながら、順方向降下電圧を低くすることが出来るショットキーバリアダイオードを提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明のショットキーバリアダイオードは、第１導電型高濃度半導体基板上に第１導電型低濃度層が形成され、前記第１導電型低濃度層の表面領域に第２導電型層が環状に形成され、前記第１導電型低濃度層及び前記第２導電型層とに接する金属層が形成され、前記第１導電型低濃度層と前記第２導電型層の一部とを被覆し、かつ前記金属層と接する絶縁層が形成されたショットキーバリアダイオードにおいて、前記第２導電型層は深さ方向に２層からなる濃度領域を有し、かつ、前記第２導電型の２層は同一の幅を有し、前記第２導電型層の２層からなる濃度領域において、表面領域の不純物濃度は高く、非表面濃度領域の不純物濃度は低いことを特徴とする。また、前記第２導電型層の２層からなる濃度領域において、表面領域の不純物濃度は高く、１×１０²⁰／ｃｍ³〜６×１０²¹／ｃｍ³であり非表面濃度領域の不純物濃度は低く、１×１０¹⁶／ｃｍ³〜６×１０¹⁷／ｃｍ³であることを特徴とする。

本構成によって、耐圧を高くするとそれに応じて順方向降下電圧が大きくなり、結果的に電源効率が低下することを防止することができる。

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るショットキーバリアダイオードの断面図である。図１において、シリコンからなる高濃度Ｎ型半導体基板１の上に低濃度Ｎ型エピタキシャル層２がエピタキシャル法により形成され、低濃度Ｎ型エピタキシャル層２上に開口部を備えたシリコン酸化膜３がその開口部からシリコン表面が露出するよう形成され、露出したシリコン表面にニッケル、チタン、モリブデンなどからなるバリア金属層４を蒸着しショットバリア接触した状態で形成されている。低濃度Ｎ型エピタキシャル層２の表面にはボロンをイオン注入拡散法などで形成された高濃度Ｐ型ガードリング領域５が環状に形成され、アルミニウムからなる電極６がバリア金属層４上に被覆されている。さらに、高濃度Ｎ型半導体基板１の低濃度Ｎ型エピタキシャル層２と相反する側にはオーミック接続された金、銀などからなる電極７が形成され、高濃度Ｐ型ガードリング領域５の表面部に固相拡散、ガス拡散やイオン注入拡散等で高濃度Ｐ型領域８が形成されている。

高濃度Ｐ型ガードリング領域５の表面部にさらに固相拡散、ガス拡散やイオン注入拡散等で形成された高濃度Ｐ型領域８が形成されており、例えば、高濃度Ｐ型ガードリング領域５は深さ２μｍ、不純物濃度１×１０¹⁶／ｃｍ³〜６×１０¹⁷／ｃｍ³、高濃度Ｐ型領域８は深さ０．５μｍ、不純物濃度１×１０²⁰／ｃｍ³〜６×１０²¹／ｃｍ³としている。これは、高濃度Ｐ型ガードリング領域５の不純物量が少ないために、逆方向電圧が印加された場合、高濃度Ｐ型ガードリング領域５へ空乏層が大きく伸びることになる。これにより、高濃度Ｐ型ガードリング領域５の拡散深さ、および、低濃度Ｎ型エピタキシャル層２の厚みを変更することなく耐圧のみを高くすることが可能となり、さらに、高濃度Ｐ型領域８を形成することにより、高濃度Ｐ型ガードリング領域５の最表面接合部による導電率が上がり静電気サージ耐量が確保できる。このとき、高濃度Ｐ型領域８は逆方向電圧印加時の高濃度Ｐ型ガードリング領域５への空乏層の伸びを抑制しない拡散深さに設定されている。

この実施形態の構成を採ることで静電気サージ耐量の低下を防ぎ、且つ、耐圧を高くすることが可能となる。

以上、本発明の実施例を示したが、本発明の実施の形態は上述した図面及び記述に限定されるものではなく、趣旨に基づき種々の変形を行っても構わないことはいうまでもない。

本発明のショットキーバリアダイオードによれば、高濃度Ｐ型ガードリング領域を形成することにより、逆方向電圧が印加された場合、従来品よりもガードリング領域へ空乏層が伸び、ガードリング領域の拡散深さ、および、Ｎ型領域の厚みを変更することなく耐圧のみを高くすることが可能となる。

さらに、前記ショットキーバリアダイオードの高濃度Ｐ型ガードリング領域の表面に高濃度Ｐ型領域を形成することにより、耐圧を高くするのみでなく静電気サージ耐量も確保できることとなる。

本発明は、耐圧を確実に確保しながら、順方向降下電圧を低くすることができるショットキーバリアダイオード等として有用である。

本発明の実施形態に係るショットキーバリアダイオードの構成を示す断面図 従来のショットキーバリアダイオードの構成を示す断面図

符号の説明

１ 高濃度Ｎ型半導体基板
２ 低濃度Ｎ型エピタキシャル層
３ シリコン酸化膜
４ バリア金属層
５ 高濃度Ｐ型ガードリング領域
６ 電極
７ 電極
８ 高濃度Ｐ型領域
１０１ 高濃度Ｎ型半導体基板
１０２ 低濃度Ｎ型エピタキシャル層
１０３ シリコン酸化膜
１０４ バリア金属層
１０５ 高濃度Ｐ型ガードリング領域
１０６ 電極
１０７ 電極

Claims (3)

1. 第１導電型高濃度半導体基板上に第１導電型低濃度層が形成され、前記第１導電型低濃度層の表面領域に第２導電型層が環状に形成され、前記第１導電型低濃度層及び前記第２導電型層とに接する金属層が形成され、前記第１導電型低濃度層と前記第２導電型層の一部とを被覆し、かつ前記金属層と接する絶縁層が形成されたショットキーバリアダイオードにおいて、
   前記第２導電型層は深さ方向に２層からなる濃度領域を有し、かつ、前記第２導電型の２層は同一の幅を有し、
   前記第２導電型層の２層からなる濃度領域において、表面領域の不純物濃度は高く、非表面濃度領域の不純物濃度は低いことを特徴とする、ショットキーバリアダイオード。
2. 前記第２導電型層の２層からなる濃度領域において、少なくとも表面領域の不純物濃度が１×１０²⁰／ｃｍ³〜６×１０²¹／ｃｍ³であることを特徴とする、請求項１に記載のショットキーバリアダイオード。
3. 前記第２導電型層の２層からなる濃度領域において、少なくとも非表面領域の不純物濃度が１×１０¹⁶／ｃｍ³〜６×１０¹⁷／ｃｍ³であることを特徴とする、請求項１または２のいずれかに記載のショットキーバリアダイオード。

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