JP5741475B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

本明細書で開示する技術は、ダイオードに関する。

特許文献１には、ｐ型のアノード領域とｎ型のカソード領域を有するダイオードが開示されている。アノード領域は、半導体基板の上面に露出している。カソード領域は、アノード領域の下側に形成されている。アノード領域は、低濃度領域と、低濃度領域よりｐ型不純物濃度が高い複数の高濃度領域を備えている。各高濃度領域の上端は半導体基板の上面に露出し、下端は低濃度領域の下端より深い位置に位置している。アノード領域が高濃度領域を備えることにより、カソード領域への正孔の注入効率が高くなる。これによってダイオードの順方向電圧が低くされている。

特開２０１０−６７９０１号公報

特許文献１のダイオードにおいて、順方向電圧をより低くしようとする場合、各高濃度領域の下端を、カソード領域内のより深い位置に位置させることが考えられる。しかしながら、この場合、高濃度領域の下端とカソード領域の下端との間の距離が短くなるため、耐圧が低下してしまう。

また、各高濃度領域同士の配置間隔を狭くすることにより、複数の高濃度領域を高密度で多数配置することも考えられる。しかしながら、この場合、アノード領域全体の不純物濃度が過度に高くなってしまうため、カソード領域に正孔が過剰に注入され、結果的にスイッチング特性が悪化してしまう。

本明細書では、順方向電圧を低くすることができるととともに、耐圧の低下、及び、スイッチング特性の悪化を抑制することができるダイオードを開示する。

本明細書で開示するダイオードは、半導体基板と、半導体基板の上面に形成されているアノード電極と、を有する。半導体基板は、半導体基板の上面に露出する範囲に形成されているｐ型のアノード領域と、アノード領域の下側に形成されているｎ型のカソード領域を備える。アノード領域は、低濃度領域と、低濃度領域よりｐ型不純物濃度が高い複数の第１高濃度領域と、低濃度領域よりｐ型不純物濃度が高い複数の第２高濃度領域とを有している。低濃度領域は、その上端がアノード電極に接している。各第１高濃度領域は、その側面の少なくとも一部が低濃度領域に接しており、その上端がアノード電極に接しており、その下端が低濃度領域の下端よりも深い位置に位置している。各第２高濃度領域は、その側面の少なくとも一部が低濃度領域に接しており、その上端がアノード電極に接しており、その下端が第１高濃度領域の下端よりも浅い位置に位置している。

上記のダイオードでは、アノード領域が、第１高濃度領域に加えて、第２高濃度領域を有している。そのため、従来の構成のダイオードに比べ、アノード領域からカソード領域への正孔の注入効率を高くすることができ、順方向電圧を低くすることができる。第２高濃度領域を形成することで、カソード領域への正孔の注入効率を高くするため、第１高濃度領域の下端の位置をカソード領域内の深い位置に形成する必要がない。即ち、第１高濃度領域の下端とカソード領域の下端との間の距離を確保することができ、耐圧の低下を抑制することができる。さらに、このダイオードでは、第２高濃度領域の下端が、第１高濃度領域の下端よりも浅い位置に位置している。そのため、第１高濃度領域のみを高密度で多数配置した場合と比べて、アノード領域全体の不純物濃度が過度に高くなることもない。そのため、カソード領域に正孔が過剰に注入されることが抑制され、スイッチング特性が悪化することを抑制することができる。従って、上記のダイオードによると、順方向電圧を低くすることができるととともに、耐圧の低下、及び、スイッチング特性の悪化を抑制することができる。

実施例の半導体装置の断面図。 実施例の半導体装置の平面図。

以下に説明する実施例の主要な特徴を列記しておく。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。

（特徴１）各第１高濃度領域は、その両側面のそれぞれが、少なくとも部分的に低濃度領域に接していてもよい。各第２高濃度領域は、その両側面のそれぞれが、少なくとも部分的に低濃度領域に接していてもよい。
（特徴２）複数の第１高濃度領域は、半導体基板を平面視したときに所定方向に並んで配置されていてもよい。第２高濃度領域は、半導体基板を平面視したときに、前記所定方向において隣合う２つの第１高濃度領域の間に配置されていてもよい。この構成によると、アノード領域の不純物濃度が部分的に過度に高くなることを抑制することができる。スイッチング特性の悪化をより効果的に抑制することができる。

（特徴３）各第２高濃度領域の下端は、低濃度領域の下端よりも浅い位置に位置していてもよい。各第２高濃度領域は、低濃度領域によって第１高濃度領域及びカソード領域から隔離されていてもよい。この構成によると、半導体基板の深さ方向において、第２高濃度領域とカソード領域との間に、低濃度領域が存在する。このため、第２高濃度領域とカソード領域との間の不純物濃度の濃度勾配が、低濃度領域によって緩やかとなる。その結果、第２高濃度領域とカソード領域との間に電界が集中することを抑制することができ、耐圧の低下をより効果的に抑制することができる。
（特徴４）第１高濃度領域は、第２高濃度領域よりｐ型不純物濃度が高くてもよい。

図１に示すダイオード１０は、半導体基板１２と、半導体基板１２の上面及び下面に形成された電極３０、３２、絶縁膜等によって構成されている。半導体基板１２内には、アノード領域２０と、カソード領域２７と、複数のＦＬＲ（フィールドリミッティングリング）４０が形成されている。半導体基板１２の端面１２ａとアノード領域２０の間の領域は、ダイオードの主電流が流れない外周領域１４である。

アノード領域２０は、ｐ型であり、半導体基板１２の上面に臨む範囲に形成されている。図２に示すように、アノード領域２０は、半導体基板１２を平面視したときに半導体基板１２の略中央に形成されている。図１に示すように、アノード領域２０は、低濃度領域２２と、複数の第１高濃度領域２４と、複数の第２高濃度領域２６とを有している。

低濃度領域２２は、比較的低いｐ型不純物濃度を有している。低濃度領域２２は、外周領域１４の内側部分のうち、半導体基板１２の上面に臨む範囲に形成されている。

第１高濃度領域２４は、低濃度領域２２よりも高いｐ型不純物濃度を有している。複数の第１高濃度領域２４は、半導体基板１２のうち、アノード電極３０と接する範囲内に島状に形成されている。複数の第１高濃度領域２４は、それぞれ、図１のＸ方向に間隔を空けて設けられている。また、図示しないが、各第１高濃度領域２４は、図２のＹ方向に沿って伸びている。各第１高濃度領域２４は、その上端が半導体基板１２の上面に露出し、その下端が低濃度領域２２の下端よりも深い位置（すなわち、カソード領域２７内）に位置している。また、各第１高濃度領域２４の側面は、上端側において低濃度領域２２に接しており、下端側においてカソード領域２７に接している。なお、本明細書では、「深い」、「浅い」の各語は、「半導体基板の上面から見て深い（浅い）」という意味で用いている。

第２高濃度領域２６も、低濃度領域２２よりも高いｐ型不純物濃度を有している。本実施例では、第２高濃度領域２６は、第１高濃度領域２４と同じｐ型不純物濃度を有している。複数の第２高濃度領域２６は、半導体基板１２のうちアノード電極３０と接する範囲内に島状に形成されている。複数の第２高濃度領域２６は、それぞれ、図１のＸ方向において、隣合う２つの第１高濃度領域２４の間に配置され、隣合う第２高濃度領域２６の間には間隔が設けられている。言い換えると、本実施例では、図１のＸ方向において、第１高濃度領域２４と第２高濃度領域２６とが、間隔を空けて交互に設けられている。また、図示しないが、各第２高濃度領域２６も、第１高濃度領域２４と同様に、図２のＹ方向に沿って伸びている。各第２高濃度領域２６は、その上端が半導体基板１２の上面に露出し、その下端が、低濃度領域２２の下端より浅い位置に位置している。各第２高濃度領域２６の側面及び下面は、低濃度領域２２と接している。そのため、各第２高濃度領域２６は、低濃度領域２２によって第１高濃度領域２４及びカソード領域２７から隔離されている。半導体基板１２の深さ方向（図１のＺ方向）において、第２高濃度領域２６とカソード領域２７との間に、低濃度領域２２が存在する。

外周領域１４内には、複数のＦＬＲ４０が形成されている。ＦＬＲ４０は、ｐ型領域である。ＦＬＲ４０は、半導体基板１２の上面に露出している。ＦＬＲ４０は、第１高濃度領域２４と略同じ深さまで広がっている。ＦＬＲ４０は、アノード領域２０の周囲を取囲んでいる。

カソード領域２７は、ｎ型であり、アノード領域２０の下側と、外周領域１４内に広がっている。カソード領域２７は、ドリフト領域２８とバッファ領域２９を有している。ドリフト領域２８のｎ型不純物濃度は比較的低い。ドリフト領域２８は、アノード領域２０と接している。ドリフト領域２８は、アノード領域２０と、最もアノード領域２０寄りのＦＬＲ４０との間に広がっており、これらを分離している。また、ドリフト領域２８は、半導体基板１２の端面１２ａに露出している。バッファ領域２９は、ドリフト領域２８の下側に形成されている。バッファ領域２９は、半導体基板１２の下面全体に露出している。バッファ領域２９のｎ型不純物濃度は、ドリフト領域２８のｎ型不純物濃度よりも高い。

半導体基板１２の上面には、層間絶縁膜４２と、アノード電極３０と、ＦＬＲ電極４４が形成されている。層間絶縁膜４２は、外周領域１４内のドリフト領域２８の上面と、低濃度領域２２の外周縁部分の上面とを覆うように形成されている。アノード電極３０は、アノード領域２０の上面に形成されている。アノード電極３０は、アノード領域２０の上面にオーミック接続されている。ＦＬＲ電極４４は、各ＦＬＲ４０上に形成されている。半導体基板１２の下面の全体には、カソード電極３２が形成されている。カソード電極３２は、バッファ領域２９に対してオーミック接続されている。

本実施例のダイオード１０の各構成要素は、従来公知の方法により形成されている。ただし、第２高濃度領域２６を形成する工程では、第１高濃度領域２６の形成時よりも不純物が浅く注入されるように注入深さを調節している。

次に、本実施例のダイオード１０の動作を説明する。本実施例のダイオード１０に順電圧を印加すると、ダイオード１０がオンする。ダイオード１０がオンすると、アノード領域２０からドリフト領域２８に正孔が流入し、アノード電極３０からカソード電極３２に向かって電流が流れる。その後、ダイオード１０に印加される電圧を順電圧から逆電圧に切り換えると、ダイオード１０が逆回復動作を行う。すなわち、順電圧印加時にドリフト領域２８内に存在していた正孔がアノード電極３０に排出され、順電圧印加時にドリフト領域２８内に存在していた電子がカソード電極３２に排出される。これによって、ダイオード１０に逆電流が流れる。逆電流は、短時間で減衰し、その後は、ダイオード１０に流れる電流は略ゼロとなる。

ここで、本実施例のダイオード１０との比較のために、従来のダイオードの構成について説明する。従来のダイオードは、アノード領域が、図１の第１高濃度領域２４に相当する高濃度領域のみを有し、第２高濃度領域２６に相当する領域を有していない点で図１のダイオード１０とは異なる。この従来のダイオードに順方向電圧及び逆方向電圧を印加した場合の動作も、基本的には上記本実施例のダイオード１０の動作と共通する。

上記従来の構成のダイオードにおいて、順方向電圧をより低くしようとする場合、各高濃度領域の下端を、カソード領域内のより深い位置に位置させることが考えられる。しかしながら、この場合、高濃度領域の下端とカソード領域の下端との間の距離が短くなるため、耐圧が低下してしまう。また、各高濃度領域同士の配置間隔を狭くすることにより、複数の高濃度領域を高密度で多数配置することも考えられる。しかしながら、この場合には、アノード領域全体の不純物濃度が過度に高くなってしまうため、カソード領域に正孔が過剰に注入され、結果的にスイッチング特性が悪化してしまう。

本実施例のダイオード１０では、アノード領域２０が、第１高濃度領域２４に加えて、第２高濃度領域２６を有している。そのため、上記従来のダイオードと比較すると、アノード領域２０からドリフト領域２８への正孔の注入効率を高くすることができる。従って、本実施例のダイオード１０では、順方向電圧を低くすることができる。

一方、本実施例のダイオード１０では、従来構成のダイオードとは異なり、順方向電圧を低くするために、第１高濃度領域２４の下端の位置をカソード領域２７内の深い位置に形成する必要がない。即ち、第１高濃度領域２４の下端とカソード領域２７の下端との間の距離を短くせずに済む。従って、耐圧の低下を抑制することができる。

さらに、本実施例のダイオード１０では、第２高濃度領域２６の下端が、第１高濃度領域の下端よりも浅い位置（より詳しく言うと、低濃度領域２２の下端よりも浅い位置）に位置している。そのため、上記従来のダイオードにおいて高濃度領域を高密度で多数配置した場合と比べて、アノード領域２０全体の不純物濃度が過度に高くなることもない。そのため、カソード領域２０に正孔が過剰に注入されることが抑制され、スイッチング特性の悪化を抑制することができる。

また、本実施例のダイオード１０では、図１のＸ方向において、第１高濃度領域２４と第２高濃度領域２６とが、所定の間隔を空けて交互に設けられている。そのため、アノード領域２０全体の不純物濃度が、部分的に過度に高くなることも抑制され、スイッチング特性の悪化を効果的に抑制することができる。

さらに、本実施例では、各第２高濃度領域２６の下端は、低濃度領域２２の下端よりも浅い位置に位置している。そのため、半導体基板１２の深さ方向（図１のＺ方向）において、第２高濃度領域２６とドリフト領域２８との間に、低濃度領域２２が存在する。このため、第２高濃度領域２６とドリフト領域２８との間のＺ方向における不純物濃度の濃度勾配が、低濃度領域２２によって緩やかになる。その結果、第２高濃度領域２６とドリフト領域２８との間に電界が集中することを抑制することができ、耐圧の低下をより効果的に抑制することができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。例えば、以下の変形例を採用してもよい。

（変形例１）上記実施例では、第１高濃度領域２４と第２高濃度領域２６とが、同じｐ型不純物濃度を有しているが、第１高濃度領域２４と第２高濃度領域２６とが、異なるｐ型不純物濃度を有していてもよい。この場合、特に、第１高濃度領域２４が第２高濃度領域２６よりも高いｐ型不純物濃度を有していることが好ましい。

（変形例２）上記実施例では、図１のＸ方向において、第１高濃度領域２４と第２高濃度領域２６とが、所定の間隔を空けて交互に設けられている。これに限られず、第１高濃度領域２４と第２高濃度領域２６は、任意の配置で設けることができる。従って、例えば、隣合う２つの第１高濃度領域２４の間に、２つの第２高濃度領域２６を配置してもよい。また、特定の一組の隣合う２つの第１高濃度領域２４の間に第２高濃度領域２６を配置せずに、他の一組の隣合う２つの第１高濃度領域２４の間に第２高濃度領域２６を配置するようにしてもよい。また、第１高濃度領域２４と第２高濃度領域２６とを、所定の方向に不規則に並べて配置してもよい。

（変形例３）上記実施例では、第２高濃度領域２６の下端は、低濃度領域２２の下端よりも浅い位置に位置している。これに限られず、第２高濃度領域２６の下端は、第１高濃度領域２４の下端より浅い位置に位置していれば、低濃度領域２２の下端よりも深い位置に位置していてもよい。

また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１０：ダイオード
１２：半導体基板
１２ａ：端面
１４：外周領域
２０：アノード領域
２２：低濃度領域
２４：第１高濃度領域
２６：第２高濃度領域
２７：カソード領域
２８：ドリフト領域
２９：バッファ領域
３０：アノード電極
３２：カソード電極
４０：ＦＬＲ
４２：層間絶縁膜
４４：ＦＬＲ電極

Claims (5)

1. 半導体基板と、半導体基板の上面に形成されているアノード電極と、を有するダイオードであって、
   半導体基板は、
   半導体基板の上面に露出する範囲に形成されているｐ型のアノード領域と、
   アノード領域の下側に形成されているｎ型のカソード領域、
   を備え、
   アノード領域は、低濃度領域と、低濃度領域よりｐ型不純物濃度が高い複数の第１高濃度領域と、低濃度領域よりｐ型不純物濃度が高い複数の第２高濃度領域とを有しており、
   低濃度領域は、その上端がアノード電極に接しており、
   各第１高濃度領域は、その側面の少なくとも一部が低濃度領域に接しており、その上端がアノード電極に接しており、その下端が低濃度領域の下端よりも深い位置に位置しており、
   各第２高濃度領域は、その側面の少なくとも一部が低濃度領域に接しており、その上端がアノード電極に接しており、その下端が第１高濃度領域の下端よりも浅い位置に位置している、
   ダイオード。
2. 各第１高濃度領域は、その両側面のそれぞれが、少なくとも部分的に低濃度領域に接しており、
   各第２高濃度領域は、その両側面のそれぞれが、少なくとも部分的に低濃度領域に接している、
   請求項１に記載のダイオード
3. 複数の第１高濃度領域は、半導体基板を平面視したときに所定方向に並んで配置されており、
   第２高濃度領域は、半導体基板を平面視したときに、前記所定方向において隣合う２つの第１高濃度領域の間に配置されている、
   請求項１又は２に記載のダイオード。
4. 各第２高濃度領域の下端は、低濃度領域の下端よりも浅い位置に位置しており、
   各第２高濃度領域は、低濃度領域によって第１高濃度領域及びカソード領域から隔離されている、
   請求項１から３のいずれか一項に記載のダイオード。
5. 第１高濃度領域は、第２高濃度領域よりｐ型不純物濃度が高い、
   請求項１から４のいずれか一項に記載のダイオード。

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