JPH10107299A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH10107299A
JPH10107299A JP8277186A JP27718696A JPH10107299A JP H10107299 A JPH10107299 A JP H10107299A JP 8277186 A JP8277186 A JP 8277186A JP 27718696 A JP27718696 A JP 27718696A JP H10107299 A JPH10107299 A JP H10107299A
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JP
Japan
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semiconductor
region
area
semiconductor device
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JP8277186A
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English (en)
Inventor
Masayoshi Kitamura
昌良 北村
Seiji Koike
誠二 小池
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New Japan Radio Co Ltd
Original Assignee
New Japan Radio Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 パルス状の高電圧が印加されるPIN型構造
の半導体装置を提供する。 【解決手段】 不純物濃度の高いP型半導体領域とN型
半導体領域の間に積層された不純物濃度が非常に低いI
層領域を有し、I層領域とP型あるいはN型半導体領域
との接合面を露出する側面を有する半導体装置におい
て、P型及びN型半導体領域と接触し、I層領域表面に
被覆する薄層を備える。この薄層は、不純物濃度の高い
半導体領域あるいは金属薄膜からなり、かつ薄く形成さ
れることで、P型、N型半導体領域間にパルス状の電圧
が印加されるとき、半導体装置の電流経路となることは
ないが、蓄積された電荷の流出経路として作用し、素子
破壊を防ぐことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、パルス電圧が印加
される半導体装置に関し、特に高電圧のパルス電圧が印
加されるメサ型ダイオード構造等の半導体装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】レーダーシステムでは1つのアンテナを
送信用、受信用に共用しており、発振器から放射された
大電力のマイクロ波が高感度の受信部に入り込んで受信
部のミキサダイオード等を破損する危険があるため、ダ
イオードリミッタを結合させて受信部を保護している。
ダイオードリミッタは、大電力のマイクロ波が入るとイ
ンピーダンスが変化して所定のレベル以上のマイクロ波
を透過させないように動作する。具体的には、PINダ
イオードの両端が導波管に直流的に短絡されていて、P
INダイオードに大電力のマイクロ波が印加すると、P
INダイオードのP層及びN層からI層へキャリアが注
入され、PINダイオードのインピーダンスが小さくな
る。その結果、マイクロ波の反射面を形成することによ
り、リミッティングが行われる。
【0003】ダイオードリミッタを構成するメサ型PI
Nダイオードの断面図を図7に示す。図において、1は
不純物濃度の高いP型領域、2は不純物が添加されてい
ないI層領域、3は不純物濃度の高いN型領域、4はP
型領域1のオーム性接触する金属電極、5はN型領域3
にオーム性接触する金属電極である。
【0004】図に示すように、メサ型PINダイオード
は、メサ部側面にP型領域1とI層領域2の接合面、及
びN型領域3とI層領域2の接合面が露出した形状とな
っている。このような構造のPINダイオードに数KW
から10KW程度の高電力のマイクロ波パルスが印加さ
れると、界面で放電が起こり、バルクの絶縁破壊限界以
下で素子が破壊してしまう。
【0005】このような現象は、マイクロ波電力を印加
する場合に限らず、図8に示すような不純物濃度の高い
P型領域1、不純物濃度の低いI層領域、不純物濃度の
高いN型領域3を積層し、金属電極4及び5間に高電圧
を印加すると同時に、接合面にレーザー光パルスを照射
し、素子を導通させるフォトコンダクティブスイッチ素
子においても生じる。即ち、P型領域1とN型領域3間
に高電圧を印加することにより、素子表面で、フラッシ
ュオーバーと呼ばれる放電に類似した電流が流れ、バル
クの絶縁破壊限界以下で素子が破壊してしまう。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、不純物
濃度の高い2つの半導体領域間に不純物濃度の低い半導
体領域が積層された構造の素子にパルス状の電圧を印加
して使用する半導体装置において、印加される電圧が大
きくなると、その接合面で放電し、素子破壊が起こると
いう問題があった。本発明は、上記問題点を解消し、高
耐圧の半導体装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、不純物濃度の高い第1の半導体領域及び第2
の半導体領域の間に積層された不純物濃度の低い第3の
半導体領域を有し、該第3の半導体領域と前記第1及び
第2の半導体領域との接合面を外部に露出する側面を有
する半導体装置において、前記側面に、前記第1及び第
2の半導体領域と接触し、かつ前記第3の半導体領域表
面を被覆する薄層を備え、該薄層は、前記第3の半導体
領域より抵抗率が小さい物質からなり、かつ抵抗値が大
きくなる厚さとし、前記第1及び第2の半導体領域間に
電圧が印加されたとき、前記第3の半導体領域が主電流
経路となり、前記薄層は主電流経路とならないように構
成することにより、パルス状の電圧が印加される半導体
装置の動作には影響を与えることなく、界面に発生した
電荷を放出することができる。
【0008】また、薄層を不純物濃度の高い第4の半導
体領域、あるいは金属薄膜で構成することにより、簡便
な方法で本発明の半導体装置を形成することができる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、PIN型ダイオードを例に取り説明する。シリコン
半導体からなる1019〜1020/cm3オーダーに不純物
が添加され、厚さ2ミクロン程度のP型領域1、不純物
を添加しない厚さ25ミクロン程度のI層領域2及び1
019/cm3オーダーに不純物が添加され、厚さ150ミ
クロン程度のN型領域3が積層された半導体基板を用意
する。P型領域1表面に窒化膜6を堆積させ、通常のホ
トリソグラフ法により、直径が180ミクロン程度の円
形パターンを形成する(図1)。
【0010】窒化膜6をマスクに、N型拡散領域3が露
出するまで、P型拡散領域1及びI層領域2をフッ酸、
硝酸、酢酸の混合液を使ってエッチングし、メサ部を形
成する(図2)。次に、全面にリンを不純物として含む
SOG(スピンオングラス)膜7を塗布し、加熱処理を
行う。この加熱処理は、窒素雰囲気、200℃、30分
間、その後、窒素雰囲気、900℃、30秒間行った。
その結果、メサ部のSOG膜下の半導体基板表面には、
SOG膜6に含まれていた不純物リンが拡散した拡散領
域8が形成される(図3)。
【0011】フッ酸エッチングを行い、SOG膜7をエ
ッチング除去し、半導体表面を露出させる。その後、窒
素雰囲気、1100℃、2時間の熱処理を行うことによ
り、先に形成した拡散領域8の熱拡散を行う。その後、
フッ酸、硝酸、酢酸の混合液でメサ部の半導体基板表面
をスライトエッチングすることで、表面の不純物濃度が
4×1013〜5×1015/cm3で厚さ0.5〜1ミクロ
ン程度の薄層9を形成する(図4)。
【0012】窒化膜6を除去した後、P型領域1表面に
電極4を形成し、N型領域3表面にも電極5を形成した
後、素子を分離し、PINダイオードを完成する(図
5)。
【0013】このように形成した薄層9は、I層領域2
と比較して、不純物濃度が大きいため、抵抗率は低くな
る。しかし、その厚さは薄いため、抵抗が大きくなる。
従って、電極4、5間にパルス状の電圧が印加される
と、I層領域2が電流経路となり、薄層9が電流経路と
なることはない。一方、高電圧が印加され、P型領域あ
るいはN型領域とI層領域の界面に蓄積された電荷は、
印加されるパルス幅に比べて非常に遅い時定数をもっ
て、薄層9を通り接触するP型領域あるいはN型領域に
流出し、放電による素子破壊を防止することができる。
【0014】図6に上記方法により薄層を備えたPIN
ダイオード(本願構造)と薄層の無いPINダイオード
(従来構造)を装着したダイオードリミッタの耐電力試
験結果を示す。○印は素子の破損が無い場合、×印は素
子が破損した場合を示す。試験は、PINダイオードの
両端が導波管に直流的に短絡された構造のダイオードリ
ミッタに、周波数9.4GHz、5kW、8kWのマイ
クロ波を導入して行った。図に示すように、従来構造の
PINダイオードでは、5kWでは20%、8kWでは
50%の素子が破損するのに対し、本願構造のPINダ
イオードは破損が全く見られず、本願発明の効果の大き
いことが確認された。
【0015】薄層9を形成する方法は、SOG膜に含ま
れる不純物を拡散させる方法に限らず、メサエッチング
後、他の熱拡散法やイオン注入法により形成することが
できる。これらの方法はいずれも、通常の半導体装置の
製造手法であるため、再現性や歩留り良く形成すること
ができる。
【0016】また、半導体領域で構成する代わりに、金
属薄膜であっても良い。金属薄膜を形成する場合は、窒
化膜6をマスクにメサエッチングを行った後、全面に金
属薄膜を形成し、窒化膜6をエッチング除去することに
よって、窒化膜6上に形成された金属薄膜を除去するこ
とにより形成することができる。金属薄膜で薄層を形成
する方法は、半導体領域で形成する場合と比較して、形
成する金属膜厚のみを制御すればよいため、製造方法が
より簡便となる。尚、形成する金属膜厚は、金属の抵抗
率によって適宜設定すればよい。
【0017】以上、メサ構造のPIN型ダイオードを例
に説明を行ったが、本発明は、この構造に限定されるも
のではなく、種々変更することができる。例えば、P型
領域の代わりにN型領域を、N型領域の代わりにP型領
域を形成しても良い。即ち、PIN型構造の代わりに、
PIP型、NIN型構造であっても良い。また、I層領
域は、意図的に不純物を添加しないで形成した半導体領
域を示しているが、現実には微小の不純物が混入し、N
型あるいはP型の導電型を示すことになる。従って、不
純物濃度が非常に小さい範囲であれば、いずれかの導電
型を示すものであっても良い。また薄層の導電型は限定
されないが、実験的には、PNN型構造のPINダイオ
ードでは、P型よりN型の拡散領域を形成する方が高耐
圧化することが確かめられた。
【0018】また、マイクロ波用に用いられるダイオー
ドに限らず、フォトコンダクティブスイッチ素子のよう
な高濃度に不純物が添加された2つの領域の間に不純物
濃度の低い領域が積層された構造を有し、高濃度に不純
物が添加された領域間に、パルス状の高電圧が印加され
る構造の素子に対する素子破壊を防止する手段として効
果的である。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、素
子動作に影響を与えることなく、放電等が発生する前
に、発生した電荷を流出させることができるので、素子
破壊を防止することができる。本発明の半導体装置は、
通常の半導体装置の製造手法により、簡便に形成するこ
とができ、再現性や歩留り良く形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体装置の製造方法を説明するため
の断面図である。
【図2】本発明の半導体装置の製造方法を説明するため
の断面図である。
【図3】本発明の半導体装置の製造方法を説明するため
の断面図である。
【図4】本発明の半導体装置の製造方法を説明するため
の断面図である。
【図5】本発明の半導体装置の製造方法を説明するため
の断面図である。
【図6】本発明の半導体装置と従来の半導体装置の耐電
力性を比較する表である。
【図7】従来のPIN型ダイオードの断面図である。
【図8】従来のホトコンダクティブスイッチ素子の斜視
図である。
【符号の説明】
1 P型領域 2 I層領域 3 N型領域 4、5 電極 6 窒化膜 7 SOG膜 8 拡散領域 9 薄層

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 不純物濃度の高い第1の半導体領域及び
    第2の半導体領域の間に積層された不純物濃度の低い第
    3の半導体領域を有し、該第3の半導体領域と前記第1
    及び第2の半導体領域との接合面を外部に露出する側面
    を有する半導体装置において、 前記側面に、前記第1及び第2の半導体領域と接触し、
    かつ前記第3の半導体領域表面を被覆する薄層を備え、 該薄層は、前記第3の半導体領域より抵抗率が小さい物
    質からなり、かつ抵抗値が大きくなる厚さとし、 前記第1及び第2の半導体領域間に電圧が印加されたと
    き、前記第3の半導体領域が主電流経路となり、前記薄
    層は主電流経路とならないことを特徴とする半導体装
    置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の半導体装置において、前
    記薄層は、不純物濃度の高い第4の半導体領域であるこ
    とを特徴とする半導体装置。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の半導体装置において、前
    記薄層は、金属薄膜であることを特徴とする半導体装
    置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007069632A1 (ja) * 2005-12-14 2007-06-21 The Kansai Electric Power Co., Inc. 炭化珪素バイポーラ型半導体装置
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JP2016134386A (ja) * 2015-01-15 2016-07-25 ソニー株式会社 光電変換素子及び撮像装置

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