JPH06151816A - ダイオード - Google Patents
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- JPH06151816A JPH06151816A JP4297497A JP29749792A JPH06151816A JP H06151816 A JPH06151816 A JP H06151816A JP 4297497 A JP4297497 A JP 4297497A JP 29749792 A JP29749792 A JP 29749792A JP H06151816 A JPH06151816 A JP H06151816A
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
- H01L29/861—Diodes
- H01L29/872—Schottky diodes
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- H01L29/0619—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE] with a supplementary region doped oppositely to or in rectifying contact with the semiconductor containing or contacting region, e.g. guard rings with PN or Schottky junction
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Abstract
(57)【要約】
【目的】ショットキーバリアダイオードの順方向立上が
り電圧を逆方向降伏電圧を低めないで小さくする。 【構成】バリアハイトの低い金属を用いたショットキー
バリアと高い金属を用いたショットキーバリアを同一半
導体基板上に形成し、バリアハイトの低い金属により順
方向立上がり電圧を低くすると共に、それにより低くな
る逆方向降伏電圧はＰＮ接合を形成してそれによる空乏
層がバリアハイトの低い金属電極の下でつながるように
することにより補い、バリアハイトの高い金属電極の下
では空乏層がつながらないようにすることによりそのバ
リアの高い逆方向降伏電圧を生かす。
り電圧を逆方向降伏電圧を低めないで小さくする。 【構成】バリアハイトの低い金属を用いたショットキー
バリアと高い金属を用いたショットキーバリアを同一半
導体基板上に形成し、バリアハイトの低い金属により順
方向立上がり電圧を低くすると共に、それにより低くな
る逆方向降伏電圧はＰＮ接合を形成してそれによる空乏
層がバリアハイトの低い金属電極の下でつながるように
することにより補い、バリアハイトの高い金属電極の下
では空乏層がつながらないようにすることによりそのバ
リアの高い逆方向降伏電圧を生かす。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ショットキーバリアを
利用して低順方向特性を持たせたダイオードに関する。
利用して低順方向特性を持たせたダイオードに関する。
【０００２】
【従来の技術】金属と半導体の間のショットキーバリア
を利用したダイオードは、ＰＮ接合を利用したダイオー
ドより順方向立上がり電圧が小さく、少数キャリアの蓄
積現象がないため逆方向回復時間が短いという特長があ
るが、その反面逆方向降伏電圧が低いという欠点があ
る。
を利用したダイオードは、ＰＮ接合を利用したダイオー
ドより順方向立上がり電圧が小さく、少数キャリアの蓄
積現象がないため逆方向回復時間が短いという特長があ
るが、その反面逆方向降伏電圧が低いという欠点があ
る。
【０００３】このようなショットキーバリアダイオード
の順方向立上がり電圧をさらに小さくしようとして、バ
リア金属を変えたり、金属の接触する半導体のエピタキ
シャル層の厚さを薄くしてオン抵抗を小さくしたりする
方法がとられていた。しかし、このような手法をとる
と、逆方向降伏電圧が一層低くなってしまう。そこで高
耐圧化を図るために、バリア金属の接触するｎ形半導体
層の表面層に、やはりバリア金属に接触するｐ領域を設
け、逆方向電圧印加時に隣り合うｐ領域からそれぞれｎ
層内に広がる空乏層をつなげることにより、ショットキ
ーバリアを通して流れる逆漏れ電流を抑える方法が、例
えば特公昭59−35183 号公報あるいは特開平３−105975
号公報で公知である。
の順方向立上がり電圧をさらに小さくしようとして、バ
リア金属を変えたり、金属の接触する半導体のエピタキ
シャル層の厚さを薄くしてオン抵抗を小さくしたりする
方法がとられていた。しかし、このような手法をとる
と、逆方向降伏電圧が一層低くなってしまう。そこで高
耐圧化を図るために、バリア金属の接触するｎ形半導体
層の表面層に、やはりバリア金属に接触するｐ領域を設
け、逆方向電圧印加時に隣り合うｐ領域からそれぞれｎ
層内に広がる空乏層をつなげることにより、ショットキ
ーバリアを通して流れる逆漏れ電流を抑える方法が、例
えば特公昭59−35183 号公報あるいは特開平３−105975
号公報で公知である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、そのようにシ
ョットキーバリアと並列にＰＮ接合を設けると、ＰＮ接
合部より少数キャリアが注入されるため、スイッチング
特性が悪くなるという問題がある。本発明の目的は、上
述の問題を解決し、ショットキーバリアの特長である低
順方向立上がり電圧をさらに低くしながら逆方向降伏電
圧が低くならず、さらに高速スイッチング特性を維持す
ることもできるダイオードを提供することにある。
ョットキーバリアと並列にＰＮ接合を設けると、ＰＮ接
合部より少数キャリアが注入されるため、スイッチング
特性が悪くなるという問題がある。本発明の目的は、上
述の問題を解決し、ショットキーバリアの特長である低
順方向立上がり電圧をさらに低くしながら逆方向降伏電
圧が低くならず、さらに高速スイッチング特性を維持す
ることもできるダイオードを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明のダイオードは、第一導電形の半導体層の
表面層に交互に狭い間隔と広い間隔を介して第二導電形
の領域が設けられ、狭い間隔の第二導電形領域間に露出
する第一導電形の表面から両側の第二導電形領域の表面
にかけて第一金属よりなる第一電極が接触し、広い間隔
の第二導電形領域間に露出する第一導電形層の表面から
両側の第二導電形領域の表面にかけて第二金属よりな
り、第一電極と接続される第二電極が接触し、その場合
第一金属と半導体との間のバリアハイトが第二金属と半
導体との間のバリアハイトより低いものとする。そし
て、このダイオードは、隣接する第二導電形領域から第
一導電形層内に広がる空乏層が、第二導電形領域の間隔
の狭い部分ではつながるが、広い部分ではつながらない
ような逆電圧が第一導電形層と第二導電形領域の間に印
加される条件で使用されることが有効である。また、第
二導電形領域の表面積の第一および第二電極の総接触面
積に対する比が５％ないし50％の範囲にあること、ある
いは少なくとも第二導電形領域と第一導電形層との間の
ＰＮ接合の近傍の部分のライフタイムを短縮する処置が
とられたことが有効である。そのようなライフタイムを
短縮する処置としては、重金属の拡散であるいは電子線
の照射が有効である。
めに、本発明のダイオードは、第一導電形の半導体層の
表面層に交互に狭い間隔と広い間隔を介して第二導電形
の領域が設けられ、狭い間隔の第二導電形領域間に露出
する第一導電形の表面から両側の第二導電形領域の表面
にかけて第一金属よりなる第一電極が接触し、広い間隔
の第二導電形領域間に露出する第一導電形層の表面から
両側の第二導電形領域の表面にかけて第二金属よりな
り、第一電極と接続される第二電極が接触し、その場合
第一金属と半導体との間のバリアハイトが第二金属と半
導体との間のバリアハイトより低いものとする。そし
て、このダイオードは、隣接する第二導電形領域から第
一導電形層内に広がる空乏層が、第二導電形領域の間隔
の狭い部分ではつながるが、広い部分ではつながらない
ような逆電圧が第一導電形層と第二導電形領域の間に印
加される条件で使用されることが有効である。また、第
二導電形領域の表面積の第一および第二電極の総接触面
積に対する比が５％ないし50％の範囲にあること、ある
いは少なくとも第二導電形領域と第一導電形層との間の
ＰＮ接合の近傍の部分のライフタイムを短縮する処置が
とられたことが有効である。そのようなライフタイムを
短縮する処置としては、重金属の拡散であるいは電子線
の照射が有効である。
【０００６】
【作用】順方向特性は、バリアハイトの低い第一金属と
第一導電形層との間のショットキーバリアの特性が表
れ、立上がり電圧が低くなり、逆電圧印加時に第二導電
形領域から第一導電形層に広がる空乏層は、バリアハイ
トの低い第一金属の下の第一導電形層において、バリア
ハイトの高い第二金属の下の第一導電形層におけるより
低い電圧でつながるため、第二の金属と半導体層との間
のショットキーバリアの逆方向特性が支配的になる。従
って、バリアハイトの低い第一金属を用いて順方向立上
がり電圧を小さくしたにも拘らず、高い逆方向降伏電圧
が得られる。また、ＰＮ接合をショットキーバリアと並
列につくることによるスイッチング特性の悪化は、ＰＮ
接合の面積を50％以下におさえること、あるいはライフ
タイム短縮処置によって補うことができる。
第一導電形層との間のショットキーバリアの特性が表
れ、立上がり電圧が低くなり、逆電圧印加時に第二導電
形領域から第一導電形層に広がる空乏層は、バリアハイ
トの低い第一金属の下の第一導電形層において、バリア
ハイトの高い第二金属の下の第一導電形層におけるより
低い電圧でつながるため、第二の金属と半導体層との間
のショットキーバリアの逆方向特性が支配的になる。従
って、バリアハイトの低い第一金属を用いて順方向立上
がり電圧を小さくしたにも拘らず、高い逆方向降伏電圧
が得られる。また、ＰＮ接合をショットキーバリアと並
列につくることによるスイッチング特性の悪化は、ＰＮ
接合の面積を50％以下におさえること、あるいはライフ
タイム短縮処置によって補うことができる。
【０００７】
【実施例】以下、図を引用して本発明の実施例について
述べる。図１(b) のＡ−Ａ線断面図である図１(a) に示
すように、ｎ+ サブストレート上にｎ層２をエピタキシ
ャル成長させたシリコン基板を用い、表面からの不純物
拡散により幅10μｍのｐ+領域３を内幅ｄ1 が10μｍの
細長い角環状に形成する。ｐ+ 領域３の間隔ｄ2 は50μ
ｍである。同時に基板の外周を取り囲んで、大きい角環
状のｐ+ ガードリング４を形成する。そしてｐ+ 環状領
域３の表面の約半分とそれに囲まれたｎ層２の露出面に
チタン層５を接触させ、それ以外の部分、すなわちｐ+
領域３の表面の残り半分、ｐ+ 領域３をとり巻くｎ層２
の露出面およびガードリング４の表面の半分を覆う酸化
膜７の上にモリブデン層６を接触させる。さらにチタン
層５とモリブデン層６の上に第三金属層７を被覆する。
チタンのバリアハイトは0.５eVでモリブデンの0.66eVよ
り低い。図２にはチタンを用いたショットキーバリアダ
イオードの順方向ＩF −ＶF 特性を線51、逆方向ＩR −
ＶR 特性を線52、モリブデンを用いたショットキーバリ
アダイオードのＩF −ＶF 特性を線61、ＩR −Ｖ R 特性
を線62で示す。そして図１のダイオードの特性は実線で
示すように、順方向ではバリアハイトの低い方の線51、
逆方向ではバリアハイトの高い方の線62となる。電極金
属層６、７には、バリアハイト0.６eVのクロムを用い、
Ti、Moの組合わせの他に、Ti、CrあるいはCr、Moの組合
わせでもよく、これにより順逆両特性の調整をとること
ができる。ｐ+ 領域３の面積が電極金属層６、７の形成
するショットキー接触面積より大きくなると、ＰＮ接合
部における少数キャリアの蓄積効果の影響が大きくな
り、スイッチング特性が低下するので、ｐ+ 領域３の面
積の電極金属層６、７の総接触面積に対する比の50％以
下とする。なお５％未満ではＰＮ接合による耐圧向上の
効果は生じない。また、シリコン基板に金あるいは白金
のようなライフタイムキラーを拡散するか、電子線照射
をすることによりライフタイムを落とすことも、ＰＮ接
合によるスイッチング特性の低下の防止に役立つ。
述べる。図１(b) のＡ−Ａ線断面図である図１(a) に示
すように、ｎ+ サブストレート上にｎ層２をエピタキシ
ャル成長させたシリコン基板を用い、表面からの不純物
拡散により幅10μｍのｐ+領域３を内幅ｄ1 が10μｍの
細長い角環状に形成する。ｐ+ 領域３の間隔ｄ2 は50μ
ｍである。同時に基板の外周を取り囲んで、大きい角環
状のｐ+ ガードリング４を形成する。そしてｐ+ 環状領
域３の表面の約半分とそれに囲まれたｎ層２の露出面に
チタン層５を接触させ、それ以外の部分、すなわちｐ+
領域３の表面の残り半分、ｐ+ 領域３をとり巻くｎ層２
の露出面およびガードリング４の表面の半分を覆う酸化
膜７の上にモリブデン層６を接触させる。さらにチタン
層５とモリブデン層６の上に第三金属層７を被覆する。
チタンのバリアハイトは0.５eVでモリブデンの0.66eVよ
り低い。図２にはチタンを用いたショットキーバリアダ
イオードの順方向ＩF −ＶF 特性を線51、逆方向ＩR −
ＶR 特性を線52、モリブデンを用いたショットキーバリ
アダイオードのＩF −ＶF 特性を線61、ＩR −Ｖ R 特性
を線62で示す。そして図１のダイオードの特性は実線で
示すように、順方向ではバリアハイトの低い方の線51、
逆方向ではバリアハイトの高い方の線62となる。電極金
属層６、７には、バリアハイト0.６eVのクロムを用い、
Ti、Moの組合わせの他に、Ti、CrあるいはCr、Moの組合
わせでもよく、これにより順逆両特性の調整をとること
ができる。ｐ+ 領域３の面積が電極金属層６、７の形成
するショットキー接触面積より大きくなると、ＰＮ接合
部における少数キャリアの蓄積効果の影響が大きくな
り、スイッチング特性が低下するので、ｐ+ 領域３の面
積の電極金属層６、７の総接触面積に対する比の50％以
下とする。なお５％未満ではＰＮ接合による耐圧向上の
効果は生じない。また、シリコン基板に金あるいは白金
のようなライフタイムキラーを拡散するか、電子線照射
をすることによりライフタイムを落とすことも、ＰＮ接
合によるスイッチング特性の低下の防止に役立つ。
【０００８】図３、図４は本発明の二つの別の実施例の
シリコン基板表面とその上のTi層のみを示し、図３の実
施例ではｐ+ 領域３は正方形の角環状でTi層５は正方
形、図４の実施例ではｐ+ 領域３は円環状でTi層５は円
形である。
シリコン基板表面とその上のTi層のみを示し、図３の実
施例ではｐ+ 領域３は正方形の角環状でTi層５は正方
形、図４の実施例ではｐ+ 領域３は円環状でTi層５は円
形である。
【０００９】
【発明の効果】本発明によれば、異なるバリアハイトを
持つ二つの金属層を用いたショットキーバリアとＰＮ接
合とを組合わせ、順方向特性のすぐれた低バリアハイト
の金属のショットキーバリアによる逆方向特性の低下を
ＰＮ接合によって補って高バリアハイトの金属のショッ
トキーバリアによる良好な逆方向特性を生かすことによ
り、順方向立上がり電圧が低く、逆方向降伏電圧の高い
ダイオードを得ることができた。
持つ二つの金属層を用いたショットキーバリアとＰＮ接
合とを組合わせ、順方向特性のすぐれた低バリアハイト
の金属のショットキーバリアによる逆方向特性の低下を
ＰＮ接合によって補って高バリアハイトの金属のショッ
トキーバリアによる良好な逆方向特性を生かすことによ
り、順方向立上がり電圧が低く、逆方向降伏電圧の高い
ダイオードを得ることができた。
【図１】本発明の一実施例のダイオードを示し、(a) は
(b) のＡ−Ａ線断面図、(b) は透視平面図
(b) のＡ−Ａ線断面図、(b) は透視平面図
【図２】図１の断面図と比較例のショットキーバリア断
面図の電流・電圧特性線図
面図の電流・電圧特性線図
【図３】本発明の別の実施例のダイオードのシリコン基
板の平面図
板の平面図
【図４】本発明のさらに別の実施例のダイオードのシリ
コン基板の平面図
コン基板の平面図
１ ｎ+ サブストレート ２ ｎエピタキシャル層 ３ ｐ+ 環状領域 ４ ｐ+ ガードリング ５ チタン層 ６ モリブデン層 ７ 第三金属層
Claims (6)
- 【請求項１】第一導電形の半導体層の表面層に交互に狭
い間隔と広い間隔を介して第二導電形の領域が設けら
れ、狭い間隔の第二導電形領域間に露出する第一導電形
の表面から両側の第二導電形領域の表面にかけて第一金
属よりなる第一電極が接触し、広い間隔の第二導電形領
域間に露出する第一導電形の表面から両側の第二導電形
領域の表面にかけて第二金属よりなり、第一電極と接続
される第二電極が接触し、その場合第一金属と半導体と
の間のバリアハイトが第二金属と半導体との間のバリア
ハイトより低いことを特徴とするダイオード。 - 【請求項２】隣接する第二導電形領域から第一導電形層
内に広がる空乏層が、第二導電形領域の間隔の狭い部分
ではつながるが、広い部分ではつながらないような逆電
圧が第一導電形と第二導電形領域の間に印加される条件
で使用される請求項１記載のダイオード。 - 【請求項３】第二導電形領域の表面積の第一、第二電極
の総接触面積に対する比が５％ないし50％の範囲にある
請求項１あるいは２記載のダイオード。 - 【請求項４】少なくとも第二導電形領域と第一導電形層
との間のＰＮ接合の近傍の部分のライフタイムを短縮す
る処置がとられた請求項１、２あるいは３記載のダイオ
ード。 - 【請求項５】ライフタイムを短縮する処置が重金属の拡
散である請求項４記載のダイオード。 - 【請求項６】ライフタイムを短縮する処置が電子線の照
射である請求項４記載のダイオード。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04297497A JP3099557B2 (ja) | 1992-11-09 | 1992-11-09 | ダイオード |
| US08/149,070 US5371400A (en) | 1992-11-09 | 1993-11-09 | Semiconductor diode structure |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04297497A JP3099557B2 (ja) | 1992-11-09 | 1992-11-09 | ダイオード |
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