JP5101985B2 - Junction barrier Schottky diode - Google Patents
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Description
本発明は、炭化珪素を母材に用いた高耐圧の半導体整流素子、特にジャンクションバリアショットキーダイオードに関するものである。 The present invention relates to a high breakdown voltage semiconductor rectifier using silicon carbide as a base material, and more particularly to a junction barrier Schottky diode.
半導体パワー素子においてオン抵抗と耐圧は基板材料のバンドギャップで規定されるトレードオフの関係にある。そのため、パワー素子として広く用いられているシリコン素子の性能を超えるためには、シリコンよりもバンドギャップが大きな基板材料を用いることが有効である。特に、炭化珪素(SiC)は、シリコンに比べバンドギャップが約3倍と十分大きいこと、p型およびn型の導電型を容易に形成できること、熱酸化により酸化膜を形成できることなどの特長を有することから、高性能のスイッチング素子やダイオードが実現できる可能性があり大きな注目を集めている。 In the semiconductor power element, the on-resistance and the withstand voltage have a trade-off relationship defined by the band gap of the substrate material. Therefore, in order to exceed the performance of a silicon element widely used as a power element, it is effective to use a substrate material having a band gap larger than that of silicon. In particular, silicon carbide (SiC) has characteristics such as a sufficiently large band gap of about three times that of silicon, easy formation of p-type and n-type conductivity types, and formation of an oxide film by thermal oxidation. For this reason, there is a possibility that a high-performance switching element or diode can be realized, and it has attracted much attention.
なかでもダイオードはスイッチング素子に比べ低オン抵抗化、大容量化が進んでいる。また、SiCのダイオードはSiと異なりショットキーバリアダイオード(以下、SBD (Schottky Barrier Diode)と略記する)でも3kV以上の高耐圧を出すことが可能なため、導通損失だけでなくスイッチング損失も小さくすることが可能である。しかし、SBDは逆バイアス時にショットキー界面が高電界にさらされるためリーク電流が大きいという問題点があった。 In particular, diodes have a lower on-resistance and larger capacity than switching elements. In addition, unlike a Si diode, an SiC diode, which can be a Schottky barrier diode (hereinafter abbreviated as SBD (Schottky Barrier Diode)), can produce a high breakdown voltage of 3 kV or more, so that not only conduction loss but also switching loss is reduced. It is possible. However, SBD has a problem in that the leakage current is large because the Schottky interface is exposed to a high electric field during reverse bias.
一方、ショットキー界面の電界を緩和しリーク電流を低減できる構造としてジャンクションバリアショットキーダイオード(以下、JBS(Junction Barrier Schottky Diode)と略記する)という構造が提案されている。これは、アノード側にpn接合領域とショットキー接合領域を併せ持つ構造である。逆バイアス時にはpn接合領域から空乏層が伸びショットキー接合領域の電界を緩和することができる。この構造を、図11に例示する。図11において、3はn-ドリフト層を、4はn+カソード領域(基板)を、5はカソード電極を、6はアノード電極をそれぞれ示している。そして、pn接合を構成する符号1はp+領域のうちの濃度が一定の領域を、2はp+領域のうちの濃度プロファイルを持つ領域を示している。JBSはリーク電流を低減できる一方で、低電圧で動作するショットキーダイオード領域の面積が狭いためオン電流が小さくなる。すなわち、リーク電流を低減するとオン電流は小さくなり、これらはトレードオフの関係にあるといえる。このトレードオフを改善する手段として、pn接合部をトレンチ型とし、pn接合部の深さ、角度および間隔を最適化することが有効である。図12にトレンチ型のJBSの断面構造図を示す。トレンチ7の底および側壁にp+領域1が形成されている。トレンチ型のJBSの一例が、US Patent 5262669(特許文献1)に開示されている。尚、図12において、図11と同じ符号の部位は同じものを示す。
On the other hand, a structure called a junction barrier Schottky diode (hereinafter abbreviated as JBS (Junction Barrier Schottky Diode)) has been proposed as a structure capable of relaxing the electric field at the Schottky interface and reducing the leakage current. This is a structure having both a pn junction region and a Schottky junction region on the anode side. At the time of reverse bias, the depletion layer extends from the pn junction region, and the electric field in the Schottky junction region can be relaxed. This structure is illustrated in FIG. In FIG. 11, 3 indicates an n − drift layer, 4 indicates an n + cathode region (substrate), 5 indicates a cathode electrode, and 6 indicates an anode electrode.
しかしながら、トレンチ型のJBSは一般的に低エネルギーのイオン注入で電界緩和のためのpn接合を形成できることから、イオン注入のプロファイルが急峻になり、トレンチコーナー部のpn接合で電界が集中し耐圧が低下するという難点があった。 However, since the trench type JBS can generally form a pn junction for electric field relaxation by low energy ion implantation, the profile of ion implantation becomes steep, the electric field concentrates at the pn junction at the trench corner, and the breakdown voltage is reduced. There was a difficulty of lowering.
本発明の骨子は、JBS構造のpn接合領域において、p型領域の底部のpn接合の傾きに比べ、前記p型領域の側部のpn接合の傾きの方が急峻なる構成を取ることである。尚、ここで注意すべきは、半導体層におけるpn接合の位置自体ではなく、pn接合を形成している接合部の傾きが重要である。又、pn接合を形成するp型領域の底部に存在する不純物濃度が一定ではないp型領域の厚さが、当該p型領域の側部に存在する不純物濃度が一定でないp型領域の厚さよりも厚い形態を取ることも多いが、発明の骨子はpn接合を形成している接合部の傾きが重要である。 The essence of the present invention is that, in the pn junction region of the JBS structure, the inclination of the pn junction at the side of the p-type region is steeper than the slope of the pn junction at the bottom of the p-type region. . Note that the inclination of the junction forming the pn junction is important, not the position of the pn junction itself in the semiconductor layer. Also, the thickness of the p-type region where the impurity concentration present at the bottom of the p-type region forming the pn junction is not constant is larger than the thickness of the p-type region where the impurity concentration present at the side of the p-type region is not constant. In many cases, however, the inclination of the junction forming the pn junction is important in the gist of the invention.
本発明の具体的な形態を例示すれば、次の通りである。
即ち、第1の主要形態は、前述の通り、炭化珪素からなる第一導電型を有する基板表面に、第一導電型のドリフト層(炭化珪素層)と、前記ドリフト層表面に交互に配置されたショットキーと、pn接合領域とを有し、アノードおよびカソードとして外部コンタクトとを具備するジャンクションバリアショットキーダイオードにおいて、p型領域の底部のpn接合の傾きに比べ、前記p型領域の側部のpn接合の傾きの方が急峻なることを特徴とするものである。この場合、合わせて、本例ではpn接合を形成するp型領域の底部に存在する不純物濃度が一定ではないp型領域の厚さが、p型領域の側部に存在する不純物濃度が一定でないp型領域の厚さよりも厚い。
An example of a specific form of the present invention is as follows.
That is, as described above, the first main form is alternately arranged on the surface of the substrate having the first conductivity type made of silicon carbide on the drift layer (silicon carbide layer) of the first conductivity type and on the surface of the drift layer. In a junction barrier Schottky diode having a schottky and a pn junction region and having an external contact as an anode and a cathode, the side portion of the p-type region is compared with the inclination of the pn junction at the bottom of the p-type region. This is characterized in that the inclination of the pn junction is steeper. In this case, in addition, in this example, the thickness of the p-type region in which the impurity concentration present at the bottom of the p-type region forming the pn junction is not constant, but the impurity concentration present in the side portion of the p-type region is not constant. Thicker than the thickness of the p-type region.
第2の主要形態は、前記第1の形態において、前記ドリフト層内にトレンチを形成し、このトレンチ内に、pn接合のp型領域を形成するものである。この形態は、pn接合の傾きを急峻にする為、実用的に、最も有用な形態である。 The second main form is that, in the first form, a trench is formed in the drift layer, and a p-type region of a pn junction is formed in the trench. This form is practically the most useful form in order to make the inclination of the pn junction steep.
第3の主要形態は、前記第1及び第2の主要形態において、ジャンクションバリアショットキーダイオードにおいて、ドリフト層のうちのpn接合を形成するp領域に挟まれている領域の濃度がドリフト層よりも高くなすものである。 The third main form is the junction main Schottky diode in the first and second main forms, wherein the concentration of the region sandwiched between the p regions of the drift layer forming the pn junction is higher than that of the drift layer. It is expensive.
第4の形態は、前記第1より第3の形態において、前記p型領域の底部のpn接合の傾きに比べ、前記p型領域の側部のpn接合の傾きの方が急峻となした諸形態である。 In the fourth embodiment, in the first to third embodiments, the slope of the pn junction at the side of the p-type region is steeper than the slope of the pn junction at the bottom of the p-type region. It is a form.
本発明は、JBSにおけるpn接合部の高耐圧を確保し出来、且つ大きなオン電流を確保することが出来る。即ち、より具体的には、本発明の適用によって、リーク電流とオン電流とのトレードオフ関係を改善し、低リーク電流において大きなオン電流を確保することが出来る。 The present invention can secure a high breakdown voltage of a pn junction in JBS and can secure a large on-current. That is, more specifically, by applying the present invention, the trade-off relationship between the leakage current and the on-current can be improved, and a large on-current can be secured at a low leakage current.
上述したように、本発明では、JBS構造のpn接合領域において、p型領域の底部のpn接合の傾きを緩やかにすることから、p型領域のコーナーにおいて電界が集中して耐圧が低下することを抑制できる。そして、一方、p型領域の側部のpn接合を急峻な接合、即ち、p型領域の側部のpn接合の傾きを急峻にすることから、電界緩和層としても電流経路としても働かない低不純物濃度のp型領域を狭くすることができリーク電流とオン電流のトレードオフを改善することができる。以下、発明の実施例に即して、本発明をより具体的に説明する。 As described above, in the present invention, in the pn junction region of the JBS structure, since the inclination of the pn junction at the bottom of the p-type region is made gentle, the electric field concentrates at the corner of the p-type region and the breakdown voltage decreases. Can be suppressed. On the other hand, since the pn junction on the side of the p-type region is steep, that is, the slope of the pn junction on the side of the p-type region is steep, it does not function as an electric field relaxation layer or a current path. The p-type region having an impurity concentration can be narrowed, and the trade-off between leakage current and on-current can be improved. Hereinafter, the present invention will be described more specifically in accordance with embodiments of the present invention.
図1は本発明の第一の実施例で、トレンチ型JBSの断面構造図を示している。図2には本実施例の平面図を示している。図1において、参照符号1から6までの部位は、前述の図11と同じ部位を示す。即ち、符号1はp+領域のうちの不純物濃度が一定の領域を、2はp+領域のうちの不純物濃度プロファイルを持つ領域を、3はn-ドリフト層(n−SiC層)を、4はn+カソード領域(n+SiC領域)を、5はカソード電極を、6はアノード電極をそれぞれ示している。尚、前記一般説明において、pn接合を形成するにp型領域を用いる旨としたが、実施例では、このp型領域は、不純物濃度をいわゆるp+となす。この為、以下、実施例ではこれらのp型領域をp+領域と記すこととする。
FIG. 1 shows a cross-sectional structure diagram of a trench type JBS according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 shows a plan view of this embodiment. In FIG. 1, the
図1は図2の線AAに沿った断面図である。前記n-ドリフト層3と、そのの内部に設けられた前記p+領域2との界面でpn接合領域が形成されている。これらのpn接合領域に挟まれた領域の上面に前記n-ドリフト層3とアノード電極6との界面にジャンクションバリアが形成されている。
1 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. A pn junction region is formed at the interface between the n −
図1において、トレンチの底部のp+領域2で構成されるpn接合の傾きが、トレンチ側壁部でのp+領域で構成されるpn接合の傾きより緩やかであることにより、トレンチコーナー部に電界が集中し耐圧が低下することを抑制することができる。
In FIG. 1, the inclination of the pn junction constituted by the p +
一方、トレンチ側壁部でのp+領域の幅w1が急峻であることにより、電流経路を十分確保しながら効果的にショットキー界面の電界を緩和することができる。これは、トレンチ側壁部でのpn接合が緩やかであると電流経路にもならず電界緩和層としても働かない低濃度のp領域が広くなってしまうからである。 On the other hand, since the width w1 of the p + region at the trench side wall is steep, the electric field at the Schottky interface can be effectively relaxed while ensuring a sufficient current path. This is because if the pn junction at the trench side wall portion is gentle, the low-concentration p region that does not function as a current path nor an electric field relaxation layer becomes wide.
尚、本例の場合、p+領域2は、トレンチ7の側壁側の不純物濃度プロファイルを持つ領域2の幅(w1)が、トレンチ7の底部側の不純物濃度プロファイルを持つ領域2の幅(w2)より薄くなっている。即ち、幅w1(トレンチ7の側壁側)<幅w2(トレンチ7の底部側)の関係となっている。しかし、前述したようにpn接合を形成している接合部の傾きが本発明の基本である。
In the case of this example, the p +
尚、当該ジャンクションバリアショットキーダイオードの平面構成としては、図2に示すようなp型領域をライン状に配置するパターンでもよいし、図3に示すようなドット状のパターンでも良い。図3の場合、図1は同図線BBに沿った断面図に相当する。これらの諸形態において、勿論、本発明の関する基本構成は同様である。尚、図1及び2における参照符号10は、素子周辺部に設けられるターミネーション領域である。ターミネーション領域とは、素子の周辺部で、電界を緩和するため設けられるもので、例えば、JTE (Junction Termination Extension)構造やFLR (Field Limiting Ring)構造などがある。この構成自体は、こうした通例のもので十分であり、且つ本発明の本質と直接的な関係はない。従って、これ以上の説明は省略する。又、断面図では、ダイオードの主要部のみ示し、ターミネーション領域を含む周辺部は省略されている。図2及び3において、その他の符号は、図1のそれと同じ符号は同じ部位を示す。 The planar configuration of the junction barrier Schottky diode may be a pattern in which p-type regions as shown in FIG. 2 are arranged in a line or a dot pattern as shown in FIG. In the case of FIG. 3, FIG. 1 corresponds to a cross-sectional view along the line BB. Of course, in these embodiments, the basic configuration of the present invention is the same. 1 and 2 is a termination region provided in the periphery of the element. The termination region is provided in the peripheral portion of the element to reduce the electric field, and includes, for example, a JTE (Junction Termination Extension) structure and a FLR (Field Limiting Ring) structure. As for this configuration itself, such a conventional one is sufficient, and it is not directly related to the essence of the present invention. Therefore, further explanation is omitted. In the cross-sectional view, only the main part of the diode is shown, and the peripheral part including the termination region is omitted. 2 and 3, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same parts.
次に本実施例に関する製造方法について、図4の(a)より(d)を用いて説明する。尚、図4においても、ダイオードの主要部のみ示し、前述のターミネーション領域を含む周辺部は省略されている。本実施例では耐圧3.3kVを想定している。 Next, the manufacturing method concerning a present Example is demonstrated using (d) from (a) of FIG. Also in FIG. 4, only the main part of the diode is shown, and the peripheral part including the above-described termination region is omitted. In this embodiment, a withstand voltage of 3.3 kV is assumed.
SiCn+基板上に、n-SiCエピタキシャル層を形成したSiC基体11を準備する。基板の不純物濃度は、1×1018cm-3〜1×1019cm-3程度の範囲が多用される。SiC基板の主面は(0001)面、(000−1)面が多用され、場合によっては、(11−20)面が用いられることもある。本願発明は、SiC基板の、これら主面の選択によらず、その効果を奏することが出来る。
A
SiC基板上のn-エピタキシャル層3の仕様としては、厚さは5μm〜30μm、不純物濃度は、基板と同一導電型で、1×1015cm-3〜2×1016cm-3程度の範囲が多用される。更には、1×1015cm-3〜3×1015cm-3程度が望ましい。
The specifications of the n-
先ず、SiC基体11に素子周辺部のターミネーション領域を形成する。このターミネーション領域は図4には示していない。ターミネーション領域の不純物濃度は、一般的に1×1016cm−3〜5×1017cm−3程度で、その他の領域に比べて低くなされる。
First, a termination region around the element is formed in the
次に、通例のリソグラフィとドライエッチングにより、エピタキシャル層3上にトレンチ7を形成する(図4(a))。トレンチの深さは概ね0.5μmから2.0μm程度である。SiCは化学的に安定な物質でドライエッチングには大きなパワーが必要なためマスク8にはSiO2やSiNなどのハードマスクが望ましい。隣なり合うpn接合の間隔は、2μm〜20μm程度となされる。勿論、この間隔は出来上がり装置に要求される特性によって定められる。
Next, a
ドライエッチングのハードマスク8をそのまま利用し、イオン注入により、トレンチ7内に第1のp+領域1および第2のp+領域2を形成する。P+領域1およびP+領域2のうち、トレンチ7の底部12は垂直方向のイオン注入14で(図4(c))、トレンチの側部13は斜めイオン注入15で形成する(図4(b))。p型のドーパントとしては、Al或いはホウ素が用いられる。このうちトレンチ側部13は、斜めイオン注入を、低エネルギー側から注入することにより、p型領域の不純物プロファイルを急峻にすることができる。これは、低エネルギーの注入で結晶格子にダメージを与えることにより、その後の高エネルギーの注入においてイオンが結晶格子をすり抜けて深くまで入り込むチャネリングという現象を抑制することができるからである。結晶格子にダメージを与えるという意味では、電気伝導に関係のないArなどの不活性ガスの元素の注入を事前に行うことも有効である。こうしたイオン注入によれば、pn接合の幅を狭くすることが出来る。更には、pn接合の傾きを急峻にすることが出来る。
Using the dry etching
結晶格子にダメージを与えることは、素子の電気特性に影響を与えることも考えられる。しかし、一般的にトレンチ側壁の面方位である(11-20)面は欠陥回復アニールにより回復しやすいため問題はない。注入条件としては、例えば、ドーパントはAl、注入角度は30度として、20keV, 2×1013cm-2, 50keV, 7×1013cm-2, 100keV, 1.2×1014cm-2, 150keV, 1×1014cm-2の順に注入することで、p+領域のうちの不純物濃度が一定の領域1の幅を0.15μm、p+領域のうちの不純物濃度プロファイルを持つ領域2の幅を0.2μm程度にすることができる。
It can be considered that damaging the crystal lattice affects the electrical characteristics of the device. However, since the (11-20) plane which is generally the plane orientation of the trench sidewall is easily recovered by defect recovery annealing, there is no problem. As the implantation conditions, for example, the dopant is Al, the implantation angle is 30 degrees, 20 keV, 2 × 10 13 cm −2 , 50 keV, 7 × 10 13 cm −2 , 100 keV, 1.2 × 10 14 cm −2 , By implanting in the order of 150 keV and 1 × 10 14 cm −2 , the width of the
尚、トレンチ側部では、一般に、p+領域のうちの不純物濃度が一定の領域1の幅は、
0.1μmより0.5μm、p+領域のうちの不純物濃度プロファイルを持つ領域2の幅は0.1μmより0.3μm程度となされる。
In the trench side portion, in general, the width of the
The width of the
一方、トレンチ底部は、数種類のエネルギーで注入しエネルギーが高いほどドーズ量を少なくすることによりp領域のプロファイルを緩やかにすることができる。また高いエネルギーから順に注入することも有効である。注入条件としては、例えば、ドーパントはAl、注入角度は垂直として、(1)20keV, 2×1013cm-2, (2)50keV, 7×1013cm-2, 100keV, (3)1.2×1014cm-2, (4)150keV, 8×1013cm-2, (5)200keV, 4×1013cm-2の順に、5段のイオン注入を行った。こうして、p+領域のうちの不純物濃度が一定の領域1の幅を0.2μm、p+領域のうちの不純物濃度プロファイルを持つ領域2の幅を0.6μm程度にすることができる。
On the other hand, the bottom of the trench can be implanted with several kinds of energy, and the profile of the p region can be made gentle by decreasing the dose as the energy increases. It is also effective to inject in order from higher energy. As the implantation conditions, for example, the dopant is Al and the implantation angle is vertical. (1) 20 keV, 2 × 10 13 cm −2 , (2) 50 keV, 7 × 10 13 cm −2 , 100 keV, (3) 1. Five stages of ion implantation were performed in the order of 2 × 10 14 cm −2 , (4) 150 keV, 8 × 10 13 cm −2 , (5) 200 keV, 4 × 10 13 cm −2 . Thus, the width of the
尚、トレンチ底部では、一般に、p+領域のうちの不純物濃度が一定の領域1の幅は、
0.1μmより0.5μm、p+領域のうちの不純物濃度プロファイルを持つ領域2の幅は0.3μmより0.8μm程度となされる。
At the bottom of the trench, the width of the
The width of the
こうして、pn接合を形成するP+領域を形成した後は、半導体基体の裏面のオーミックコンタクト5および表面のショットキー電極(ショットキーコンタクト)6を形成する。こうして、本願発明のジャンクションバリアショットキーダイオードが完成する(図4(d))。
Thus, after forming the P + region for forming the pn junction, the
次に、発明の効果を例示する。図5は、トレンチ底部のp+領域のうちの不純物濃度プロファイルを持つ領域の幅(w2)と耐圧の関係を示す、シミュレーション結果である。横軸が、トレンチ底部のp+領域のうちの不純物濃度プロファイルを持つ領域の幅(w2)、縦軸がpn接合の耐圧である。この結果から、トレンチ底部のp+領域のうちの不純物濃度プロファイルを持つ領域の幅が広いほど耐圧が高く、且つ具体的には、0.3μm程度あれば、十分耐圧3.3kVを達成できることがわかる。これは、トレンチ底のpn接合の傾きを緩やかにすることでトレンチコーナー部での電界集中を緩和できるためである。尚、耐圧3.3kVは、前述した通り、本例で想定した耐圧である。 Next, the effects of the invention will be exemplified. FIG. 5 is a simulation result showing the relationship between the width (w2) of the region having an impurity concentration profile in the p + region at the bottom of the trench and the breakdown voltage. The horizontal axis represents the width (w2) of the region having an impurity concentration profile in the p + region at the bottom of the trench, and the vertical axis represents the breakdown voltage of the pn junction. From this result, the breakdown voltage is higher as the width of the region having the impurity concentration profile in the p + region at the bottom of the trench is wider. Specifically, if the width is about 0.3 μm, a sufficient breakdown voltage of 3.3 kV can be achieved. Recognize. This is because the electric field concentration at the trench corner can be alleviated by making the inclination of the pn junction at the bottom of the trench gentle. The withstand voltage of 3.3 kV is the withstand voltage assumed in this example as described above.
一方、図6には、トレンチ側部に形成されたp+領域のうちの不純物プロファイルを持つ領域の幅(w1)と、ショットキー界面の電界の強さとの関係を示す例である。横軸がp+領域のうちの不純物濃度プロファイルを持つ領域の幅(w1)、縦軸がショットキー界面の電界である。 On the other hand, FIG. 6 shows an example of the relationship between the width (w1) of the region having the impurity profile in the p + region formed on the side of the trench and the electric field strength at the Schottky interface. The horizontal axis represents the width (w1) of the region having the impurity concentration profile in the p + region, and the vertical axis represents the electric field at the Schottky interface.
又、本例では、p+領域の間隔は3μmである。トレンチ側部に形成されたp+領域のうちの不純物濃度プロファイルを持つ領域の幅(w1)が狭いほど、ショットキー界面の電界が小さいことがわかる。これは、ショットキー界面の電界緩和層としての効果が小さい低濃度のp+領域の幅が狭くなったためだと考えられる。 In this example, the interval between the p + regions is 3 μm. It can be seen that the electric field at the Schottky interface is smaller as the width (w1) of the region having the impurity concentration profile in the p + region formed in the trench side portion is narrower. This is presumably because the width of the low-concentration p + region, which has a small effect as an electric field relaxation layer at the Schottky interface, is narrowed.
このように、本願発明においては、前記p+領域1及び前記p+領域2のうちの、不純物濃度プロファイルを持つ領域2の幅が、トレンチ7の側壁に比べ底部の方が厚くなっていることが肝要なことが理解される。即ち、幅w1(トレンチ7の側壁側)<幅w2(トレンチ7の底部側)の関係が肝要である。
Thus, in the present invention, of the p +
次に本発明の適用例を例示する。図7に本実施例をインバータ回路に適用した場合の回路図を示す。図7は三相のインバータ回路の例である。この回路における、ダイオード21〜26に、本発明に係るいずれかの形態のダイオードを適用するのである。図7では、スイッチング素子としてSi-IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)を示しているが、SiC-MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)やSiC-JFET (Junction Field Effect Transistor)などでもよい。鉄道用等のインバータには高耐圧、大電流が求められるため、本発明は特に有効である。尚、インバータ回路構成自体は通例のものであるので、詳細説明は省略する。
Next, application examples of the present invention will be illustrated. FIG. 7 shows a circuit diagram when this embodiment is applied to an inverter circuit. FIG. 7 shows an example of a three-phase inverter circuit. Any diode according to the present invention is applied to the
図8に、本発明に係る第2の実施例の断面構造図を示す。図の断面は、図1の例と同様である。本実施例の第1の実施例との違いは、p+型領域2で挟まれたn型領域9の不純物濃度がドリフト層よりも高くなっている点である。p+型領域2で挟まれたn型領域9の不純物濃度をドリフト層3よりも高くすることにより、トレンチ側部のp+型領域の不純物濃度プロファイルを持つ領域の幅(w1)を、実質的により狭くすることができる。
FIG. 8 is a sectional structural view of a second embodiment according to the present invention. The cross section of the figure is similar to the example of FIG. The difference of this embodiment from the first embodiment is that the impurity concentration of the n-type region 9 sandwiched between the p + -
図9に、この状態を模式的に示す。横軸が深さ、縦軸が不純物濃度である。縦軸は対数目盛りである。曲線pは、ドリフト層3における不純物濃度のプロファイルである。一方、直線n1はドリフト層3の不純物濃度である。この例の場合、深さaの位置で、p型不純物濃度とn型不純物濃度が一致している。縦軸が対数目盛りであるので、概ね位置aから位置cの間で、pn接合が形成されていると見なし得る。ここで、第2の実施例のごとく、n型領域9の不純物濃度をドリフト層3よりも高し、直線n2とすると、p型不純物濃度とn型不純物濃度が一致する位置が、深さbの位置となる。従って、この場合、概ね位置bから位置cの間で、pn接合が形成されていると見なし得る。p+型領域の不純物濃度プロファイルを持つ領域の幅を、実質的により狭くすることができる。
FIG. 9 schematically shows this state. The horizontal axis represents depth, and the vertical axis represents impurity concentration. The vertical axis is a logarithmic scale. A curve p is a profile of impurity concentration in the
尚、本例では、オン状態でのp領域からの空乏層の広がりも小さくなるため電流経路が広くなりオン電流を増大できるという効果もある。 In this example, since the spread of the depletion layer from the p region in the ON state is also reduced, there is an effect that the current path is widened and the ON current can be increased.
第2の実施例の製造方法は、第1の実施例の製造方法における、トレンチ7の形成前に、イオン注入によりドリフト層よりも濃度の高いn型領域9を形成するだけで、他は第1の実施例の製造方法と同様である。n領域9の濃度を上げすぎると、ショットキー界面の電界緩和効果が小さくなる可能性があるため、不純物濃度としてはドリフト層3に比べ半桁から1桁高い程度が望ましい。この領域の不純物濃度としては、
2×1015cm-3〜8×1016cm-3程度の範囲が多用される。又、トレンチコーナー部のpn接合において、n型領域の不純物濃度が高いと耐圧が落ちる可能性があるため、ドリフト層3よりも不純物濃度の高いn型層は、トレンチ底部のpn接合よりも浅い領域にあることが望ましい。
In the manufacturing method of the second embodiment, the n-type region 9 having a higher concentration than the drift layer is formed by ion implantation before the
A range of about 2 × 10 15 cm −3 to 8 × 10 16 cm −3 is frequently used. Further, in the pn junction at the trench corner, the breakdown voltage may drop if the impurity concentration in the n-type region is high. Therefore, the n-type layer having a higher impurity concentration than the
図10は、本発明による第3の実施例の断面構造図である。本実施例の第2の実施例との違いはトレンチを形成していない点である。トレンチを形成しないとp型領域の形成に高いエネルギーが必要になるため、p+領域の側部のpn接合は緩やかになってしまう。しかし、エピタキシャル層の表層部の濃度を上げることにより、p+領域の側部におけるpn接合の幅を、より狭くすることが出来きる。又、同pn接合をより急峻にすることも容易である。こうして、本例の形態でも、本発明の効果を得ることが出来る。 FIG. 10 is a sectional structural view of a third embodiment according to the present invention. The difference of this embodiment from the second embodiment is that no trench is formed. If a trench is not formed, high energy is required to form the p-type region, and the pn junction on the side of the p + region becomes loose. However, by increasing the concentration of the surface layer portion of the epitaxial layer, the width of the pn junction at the side portion of the p + region can be made narrower. It is also easy to make the pn junction steeper. Thus, the effect of the present invention can also be obtained in the form of this example.
1:p+型領域のうちの濃度が一定の領域、2:p+型領域のうちの濃度プロファイルを持つの領域、3:n-型ドリフト層、4:n+型カソード層、5:カソード電極、6:アノード電極、7:トレンチ、8:ハードマスク、9:n型表面層、10:ターミネイション領域、11:SiC基体、12:トレンチ7の底部13:トレンチ7の側部、14:垂直方向のイオン注入、15:斜め方向のイオン注入、21〜26:ダイオード。
1: p + type region having a constant concentration, 2: p + type region having a concentration profile, 3: n − type drift layer, 4: n + type cathode layer, 5: cathode Electrode: 6: anode electrode, 7: trench, 8: hard mask, 9: n-type surface layer, 10: termination region, 11: SiC substrate, 12: bottom of
Claims (1)
前記ドリフト層表面に交互に配置されたショットキー接合とpn接合と、
アノードおよびカソードとして外部コンタクトとを具備するジャンクションバリアショットキーダイオードにおいて、
前記pn接合を形成するp型領域の側部に存在する不純物濃度が一定ではないp型領域に含まれるpn接合の傾きが、前記p型領域の底部に存在する不純物濃度が一定でないp型領域に含まれるpn接合の傾きより急峻であって、
前記pn接合を形成するp型領域が、前記ドリフト層表面に形成されたトレンチ内に配置され、
前記トレンチの側部及び底部にあるp型領域の底部に存在する不純物はAl及びBの一方のみであり、
前記ドリフト層のうちのpn接合を形成するp型領域に挟まれている領域の濃度が、その下部に存在するドリフト層よりも高いことを特徴とするジャンクションバリアショットキーダイオード。 On the substrate surface having the first conductivity type made of silicon carbide having (0001) or (000-1) as the main surface, the first conductivity type drift layer of silicon carbide,
Schottky junctions and pn junctions alternately arranged on the drift layer surface;
In junction barrier Schottky diodes with external contacts as anode and cathode,
A p-type region in which the slope of a pn junction included in a p-type region having a non-constant impurity concentration present on the side of the p-type region forming the pn junction is not constant in the bottom of the p-type region Is steeper than the slope of the pn junction included in
A p-type region forming the pn junction is disposed in a trench formed in the drift layer surface;
The impurity present at the bottom of the p-type region at the side and bottom of the trench is only one of Al and B,
A junction barrier Schottky diode characterized in that a concentration of a region sandwiched between p-type regions forming a pn junction in the drift layer is higher than that of a drift layer existing therebelow .
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