JP5256357B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
(実施の形態1)
図1を参照して、本実施の形態における半導体装置としてのダイオードは、アノード電極5(第1の電極)と、p層3(第1の層)と、n-ドリフト層1(第2の層)と、n層15(第4の層)と、カソード層CLa(第3の層)と、カソード電極4(第2の電極)とを有する。p層3、n-ドリフト層1、n層15、およびカソード層CLaは、たとえば導電型不純物が添加されたSiからなる。
よってn層15の上において、n+領域2およびp領域16の総面積に対してp領域16の面積が占める割合は、20%以上95%以下である。
さらに図2を参照して、不純物プロファイルCAおよびCBのそれぞれは、深さDAおよびDB(図1)における不純物濃度の分布を示している。n+領域2は、n-ドリフト層1の不純物濃度のピーク値C0に比して高い不純物濃度のピーク値C4を有する。またn+領域2の不純物濃度のピーク値C4は、p領域16の不純物濃度のピーク値C3よりも高い。p領域16の不純物濃度のピーク値C3に対するn領域15pの不純物濃度のピーク値C1の比は、0.001以上0.1以下である。n層15の不純物濃度のピーク値C1およびC2の各々は、n-ドリフト層1の不純物濃度のピーク値C0よりも高く、かつカソード層CLaのn+領域2の不純物濃度のピーク値C4よりも低い。
図26を参照して、比較例のダイオードは、本実施の形態のカソード層CLaの代わりに、n+領域2からなるカソード層CLbを有する。カソードCLb直上にはn層15が存在する。この比較例において、以下の2つの問題が考えられる。
上記(1)の式で、上限値95%は、VF(図9)を実用上十分な程度に小さくするための条件である。また下限値20%は、VAK波形(図10〜図13)の波形のサージ、すなわちVsurge(図9)を耐圧クラスの値(上述したシミュレーションにおいては3300V)以下にまで顕著に抑制するための条件である。このように式(1)を満たすことで、VFが低減され、かつリカバリー時の発振が抑制される。
上記(2)の式で、上限値0.1は、カソード層CLaのp領域16から注入されるホール量を十分なものとすることで、Vsurgeを耐圧クラスの値(上述したシミュレーションにおいては3300V)以下にまで抑制するための条件である。また下限値0.001は、逆バイアス時に主接合であるp層3/n-ドリフト層1接合からカソード側へ延びる空乏層がp領域16に達することに起因する最大逆電圧VRRMの低下を防止するための条件である。
このようにキャリア濃度CCが高められる結果、VF(図16)が低くなるので、リカバリー損失ERECとVFとのトレードオフ特性(図15)が改善される。
図18を参照して、本実施の形態の半導体装置としてのダイオードは、n型拡散層17(第5の層)と、トレンチ構造26aと、p+拡散層18と、層間絶縁膜19と、絶縁膜20、23と、シリサイド層21aと、バリアメタル層22とを有する。
まず厚いn-ドリフト層1である基板が準備される。n-ドリフト層1の不純物濃度は耐圧クラスに依存して決定され、たとえば600〜6500Vクラスでは、1×1012〜1×1015cm-3である。
本実施の形態のダイオードは、ダイオードに逆方向電圧が印加される際に、カソード電極4の電位よりも低い電位がゲート電極14に印加されるように用いられる。このために、たとえばゲート電極14はアノード電極5に電気的に接続される。なおダイオードに逆方向電圧が印加される際にカソード電極4の電位が正となる場合は、ゲート電極14は接地されてもよい。
図20を参照して、本実施の形態の半導体装置としてのダイオードは、アノード電極5(第1の電極)と、p層3(第1の層)と、n-ドリフト層1(第2の層)と、n層15(第4の層)と、カソード層CLb(第3の層)と、カソード電極24(第2の電極)と、トレンチ構造26bと、層間絶縁膜19と、絶縁膜20、23と、バリアメタル層22とを有する。
トレンチ構造26bは、n+領域2と、n層15とを貫通するトレンチを有し、またこのトレンチをゲート絶縁膜12を介して埋めるゲート電極14を有する。すなわちトレンチ構造26bは、n+領域2およびn層15に設けられている。
Claims (5)
- 第1の電極と、
前記第1の電極の上に設けられ、かつ第1導電型を有する第1の層と、
前記第1の層の上に設けられ、かつ前記第1導電型と異なる第2導電型を有する第2の層と、
前記第2の層の上に設けられた第3の層と、
前記第3の層の上に設けられた第2の電極と、
前記第2の層および前記第3の層の間に設けられ、かつ前記第2導電型を有する第4の層とを備え、
前記第3の層は、
前記第2導電型を有し、かつ前記第2の層の不純物濃度のピーク値に比して高い不純物濃度のピーク値を有する第1の部分と、
前記第1導電型を有する第2の部分とを含み、
前記第1および第2の部分の総面積に対して前記第2の部分の面積が占める割合は20%以上95%以下であり、
前記第4の層の不純物濃度のピーク値は、前記第2の層の不純物濃度のピーク値よりも高く、かつ前記第3の層の前記第1の部分の不純物濃度のピーク値よりも低く、
前記第4の層は、前記第1の部分の上に位置する第3の部分と、前記第2の部分の上に位置する第4の部分とを含み、
前記第4の層の前記第3の部分の不純物濃度のピーク値は、前記第4の層の前記第4の部分の不純物濃度のピーク値よりも高い、半導体装置。 - 前記第2の部分の不純物濃度のピーク値に対する前記第4の部分の不純物濃度のピーク値の比は、0.001以上0.1以下である、請求項1に記載の半導体装置。
- 前記第4の層が含有する導電型不純物は前記第2導電型の導電型不純物のみである、請求項1または2に記載の半導体装置。
- 前記第1の部分の不純物濃度のピーク値は、前記第2の部分の不純物濃度のピーク値よりも高い、請求項1〜3のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記第1の層および前記第2の層の間に設けられ、かつ前記第2導電型を有する第5の層と、
前記第1および第5の層を貫通するトレンチ構造とをさらに備えた、請求項1〜4のいずれかに記載の半導体装置。
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