JP2001036069A - diode - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はダイオードに関し、
特に、第1の導電型の第1半導体層と、第1半導体層と
接合している第2の導電型の第2半導体層と、を備えた
ダイオードに関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a diode,
In particular, the present invention relates to a diode including a first semiconductor layer of a first conductivity type and a second semiconductor layer of a second conductivity type joined to the first semiconductor layer.
【0002】[0002]
【背景技術及び発明が解決しようとする課題】例えば、
pn接合型のダイオードのように、第1の導電型の第1
半導体層と、第1半導体層と接合している第2の導電型
の第2半導体層と、を備えたダイオードはパワーエレク
トロニクスの分野でも使用されている。この分野におい
ては、素子の耐圧向上が命題となっている。BACKGROUND ART Problems to be solved by the invention
Like the pn junction type diode, the first conductivity type first
Diodes having a semiconductor layer and a second semiconductor layer of the second conductivity type joined to the first semiconductor layer are also used in the field of power electronics. In this field, improvement of the breakdown voltage of the element has been a proposition.
【0003】本発明はかかる課題を解決するためになさ
れたものであり、耐圧を向上させることができる構造を
したダイオードを提供することである。The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a diode having a structure capable of improving a breakdown voltage.
【0004】[0004]
【課題を解決するための手段】本発明は、第1の導電型
の第1半導体層と、第1半導体層と接合している第2の
導電型の第2半導体層と、を備えたダイオードであっ
て、第1トレンチゲートと第2トレンチゲートとを備
え、第2半導体層は、第1トレンチゲートと第2トレン
チゲートとの間に位置し、ダイオードに逆方向電圧が印
加されている時、第2半導体層には第1トレンチゲート
の方から延びた空乏層と第2トレンチゲートの方から延
びた空乏層とが形成される。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a diode having a first semiconductor layer of a first conductivity type and a second semiconductor layer of a second conductivity type joined to the first semiconductor layer. A first trench gate and a second trench gate, wherein the second semiconductor layer is located between the first trench gate and the second trench gate, and when a reverse voltage is applied to the diode. In the second semiconductor layer, a depletion layer extending from the first trench gate and a depletion layer extending from the second trench gate are formed.
【0005】上記構成による本発明に係るダイオードは
以下に説明する作用効果を有する。本発明に係るダイオ
ードにおいて、第2半導体層は、第1トレンチゲートと
第2トレンチゲートとの間に位置し、ダイオードに逆方
向電圧が印加されている時、第2半導体層には第1トレ
ンチゲートの方から延びた空乏層と第2トレンチゲート
の方から延びた空乏層とが形成される。これらの空乏層
により、第1半導体層と第2半導体層との接合部以外の
領域にも電界のピークを位置させることが可能となる。
この場合、複数の電界のピークのうち、最大値のピーク
が位置する領域の絶縁破壊電界がダイオードの絶縁破壊
電界となる。ピークが複数に分散されることにより、ピ
ークが一つの場合に比べて、電界のピークの最大値が下
がる。よって、本発明に係るダイオードよれば、さらに
高い逆方向電圧を印加することができるので、本発明に
係るダイオードは従来に比べて耐圧の向上したダイオー
ドとなる。なお、第1半導体層と第2半導体層との接合
部以外の領域にも電界のピークを位置させることが可能
なことは、発明の実施の形態の第3の実施の形態で詳細
に説明する。[0005] The diode according to the present invention having the above configuration has the following operation and effects. In the diode according to the present invention, the second semiconductor layer is located between the first trench gate and the second trench gate, and when a reverse voltage is applied to the diode, the second semiconductor layer has a first trench. A depletion layer extending from the gate and a depletion layer extending from the second trench gate are formed. These depletion layers make it possible to locate the peak of the electric field in a region other than the junction between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer.
In this case, of the plurality of electric field peaks, the dielectric breakdown electric field in a region where the peak of the maximum value is located is the dielectric breakdown electric field of the diode. By dispersing a plurality of peaks, the maximum value of the peak of the electric field is reduced as compared with the case where the number of peaks is one. Therefore, according to the diode of the present invention, a higher reverse voltage can be applied, so that the diode of the present invention has a higher breakdown voltage than the conventional one. The fact that the peak of the electric field can be located in a region other than the junction between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer will be described in detail in the third embodiment of the present invention. .
【0006】なお、第2半導体層に第1トレンチゲート
の方から延びた空乏層及び第2トレンチゲートの方から
延びた空乏層を形成するのは、第2半導体層がp型の場
合、第1及び第2トレンチゲートに0もしくは正電圧を
印加する。第2半導体層がn型の場合、第1及び第2ト
レンチゲートに0もしくは負電圧を印加する。The depletion layer extending from the first trench gate and the depletion layer extending from the second trench gate are formed in the second semiconductor layer when the second semiconductor layer is p-type. 0 or a positive voltage is applied to the first and second trench gates. When the second semiconductor layer is n-type, 0 or a negative voltage is applied to the first and second trench gates.
【0007】本発明に係るダイオードにおいて、第2半
導体層中の不純物濃度、第1トレンチゲートと第2トレ
ンチゲートとの間の距離、第1トレンチゲートのゲート
絶縁膜の厚み及び第2トレンチゲートのゲート絶縁膜の
厚み、の組み合わせは、ダイオードに逆方向電圧が印加
されている時、第1トレンチゲートの方から延びた空乏
層の縁部の少なくとも一部と第2トレンチゲートの方か
ら延びた空乏層の縁部の少なくとも一部とが第2半導体
層でつながる、組み合わせである、のが好ましい。これ
によれば、第1半導体層と第2半導体層との接合部以外
の領域にも電界のピークを位置させることがより確実と
なる。In the diode according to the present invention, the impurity concentration in the second semiconductor layer, the distance between the first trench gate and the second trench gate, the thickness of the gate insulating film of the first trench gate, and the thickness of the second trench gate The combination of the thickness of the gate insulating film is such that when a reverse voltage is applied to the diode, at least part of the edge of the depletion layer extending from the first trench gate and extending from the second trench gate. It is preferable that at least a part of the edge of the depletion layer is connected to the second semiconductor layer, and that the combination is a combination. According to this, it is more reliable to locate the peak of the electric field also in a region other than the junction between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer.
【0008】上記パラメータのうち、第1及び第2トレ
ンチゲートのゲート絶縁膜について説明する。第1及び
第2トレンチゲートのゲート絶縁膜の厚みは0.1〜1.
2μmが好ましい。0.1μmより小さいとダイオード
使用時、ゲート絶縁膜が容易に破壊してしまうからであ
る。1.2μmより大きいと空乏層の延びが十分でな
く、隣りの空乏層とつながりにくくなるからである。第
1及び第2トレンチゲートのゲート絶縁膜の厚みとして
は、さらに0.1〜1.0μmが好ましく、さらに、0.
1〜0.5μmが好ましい。[0008] Of the above parameters, the gate insulating films of the first and second trench gates will be described. The thickness of the gate insulating film of the first and second trench gates is 0.1 to 1.0.
2 μm is preferred. If the thickness is smaller than 0.1 μm, the gate insulating film is easily broken when the diode is used. If the thickness is larger than 1.2 μm, the extension of the depletion layer is not sufficient, and it is difficult to connect to the adjacent depletion layer. The thickness of the gate insulating film of the first and second trench gates is preferably 0.1 to 1.0 μm, and more preferably 0.1 to 1.0 μm.
1 to 0.5 μm is preferred.
【0009】なお、上記四つのパラメータの組み合わせ
によっては、第2半導体層全部を空乏化することもでき
る。すなわち、第1トレンチゲートの方から延びた空乏
層の縁部と第2トレンチゲートの方から延びた空乏層の
縁部とが第2半導体層でつながり、第2半導体層全部が
空乏化するのである。第2半導体層の全部が空乏化して
いる場合は、第2半導体層の一部が空乏化している場合
に比べて、第2半導体層の全ての領域が電圧保持領域と
して働くため、より高耐圧化が可能となる。Note that the entire second semiconductor layer can be depleted depending on the combination of the above four parameters. That is, the edge of the depletion layer extending from the first trench gate and the edge of the depletion layer extending from the second trench gate are connected by the second semiconductor layer, and the entire second semiconductor layer is depleted. is there. When the entire second semiconductor layer is depleted, the entire region of the second semiconductor layer functions as a voltage holding region as compared with the case where a part of the second semiconductor layer is depleted. Is possible.
【0010】本発明に係るダイオードにおいて、第2の
導電型の第3半導体層を備え、第3半導体層は第2半導
体層と接触しており、第3半導体層は第1トレンチゲー
トと第2トレンチゲートとの間に位置し、第1半導体層
及び第2半導体層のエネルギーギャップは第3半導体層
のエネルギーギャップより小さく、第3半導体層の絶縁
破壊電界は第1半導体層及び第2半導体層の絶縁破壊電
界より大きい、のが好ましい。The diode according to the present invention includes a third semiconductor layer of a second conductivity type, the third semiconductor layer being in contact with the second semiconductor layer, and the third semiconductor layer being connected to the first trench gate and the second semiconductor layer. The energy gap between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer is smaller than the energy gap of the third semiconductor layer, and the breakdown electric field of the third semiconductor layer is between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer. Is preferably larger than the dielectric breakdown electric field.
【0011】この構成によれば、第3半導体層は第1ト
レンチゲートと第2トレンチゲートとの間に位置するの
で、第3半導体層に電界のピークの最大値を位置させる
ことが可能となる。よって、ダイオードの絶縁破壊電界
を大きくすることができるので、ダイオードの耐圧を向
上させることができる。ダイオードの絶縁破壊電界を大
きくすることができる理由については、発明の実施の形
態の第1の実施の形態で詳細に説明する。 また、こ
の構成によれば、第1半導体層及び第2半導体層のエネ
ルギーギャップがダイオードの順方向電流の立ち上がり
電圧となる。このため、ダイオードの順方向電流の立ち
上がり電圧を小さくすることができる。よって、ダイオ
ードの使用時の電圧を小さくすることができるので、ダ
イオードの使用電力を小さくすることができる。According to this structure, since the third semiconductor layer is located between the first trench gate and the second trench gate, the maximum value of the electric field peak can be located in the third semiconductor layer. . Therefore, the breakdown electric field of the diode can be increased, and the withstand voltage of the diode can be improved. The reason why the dielectric breakdown electric field of the diode can be increased will be described in detail in the first embodiment of the present invention. Further, according to this configuration, the energy gap between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer becomes a rising voltage of a forward current of the diode. Therefore, the rising voltage of the forward current of the diode can be reduced. Therefore, the voltage at the time of use of the diode can be reduced, so that the power consumption of the diode can be reduced.
【0012】このように、この構成によれば、絶縁破壊
電界を大きく、かつ順方向電流の立ち上がり電圧を小さ
くすることができるので、高耐圧かつ低損失電力のダイ
オードを実現することが可能となる。As described above, according to this configuration, the dielectric breakdown electric field can be increased and the rising voltage of the forward current can be reduced, so that a diode with high breakdown voltage and low loss power can be realized. .
【0013】例えば、第1半導体層及び第2半導体層を
シリコン、第3半導体層をシリコンカーバイドとした場
合を考える。このダイオードの順方向電流の立ち上がり
電圧は、シリコンのエネルギーギャップの値である約
0.6Vである。このダイオードの絶縁破壊電界はシリ
コンカーバイドの絶縁破壊電界である約3×106V/
cmとなる。ちなみに、シリコンのみからなるダイオー
ドは、その順方向電流の立ち上がり電圧がシリコンのエ
ネルギーギャップの値である約0.6Vであり、その絶
縁破壊電界はシリコンの絶縁破壊電界である約3×10
5V/cmとなる。また、シリコンカーバイドのみから
なるダイオードは、その順方向電流の立ち上がり電圧が
シリコンカーバイドのエネルギーギャップの値である約
3Vであり、その絶縁破壊電界はシリコンカーバイドの
絶縁破壊電界である約3×106V/cmとなる。よっ
て、本発明に係るシリコン及びシリコンカーバイドから
なるダイオードは耐圧において、シリコンのみからなる
ダイオードより優れ、低損失電力において、シリコンカ
ーバイドのみからなるダイオードより優れている。For example, consider a case where the first and second semiconductor layers are made of silicon and the third semiconductor layer is made of silicon carbide. The rising voltage of the forward current of this diode is about 0.6 V, which is the value of the energy gap of silicon. The dielectric breakdown field of this diode is about 3 × 10 6 V / which is the dielectric breakdown field of silicon carbide.
cm. Incidentally, a diode consisting of silicon only has a rising voltage of a forward current of about 0.6 V, which is the value of the energy gap of silicon, and a dielectric breakdown electric field of about 3 × 10, which is the dielectric breakdown electric field of silicon.
5 V / cm. A diode consisting of silicon carbide alone has a forward voltage rising voltage of about 3 V, which is the value of the energy gap of silicon carbide, and a dielectric breakdown electric field of about 3 × 10 6, which is the dielectric breakdown electric field of silicon carbide. V / cm. Therefore, the diode comprising silicon and silicon carbide according to the present invention is superior in the breakdown voltage to the diode comprising only silicon, and is superior to the diode comprising only silicon carbide in the low loss power.
【0014】また、例えば、第1半導体層及び第2半導
体層をシリコン−ゲルマニウム、第3半導体層をシリコ
ンとした場合を考える。このダイオードの順方向電流の
立ち上がり電圧は、約0.4Vである。このダイオード
の絶縁破壊電界はシリコンの絶縁破壊電界である約3×
105V/cmとなる。ちなみに、シリコン−ゲルマニ
ウムのみからなるダイオードは、その順方向電流の立ち
上がり電圧が0.4Vであり、その絶縁破壊電界はシリ
コン−ゲルマニウムの絶縁破壊電界である約1.5×1
05V/cmとなる。よって、本発明に係るシリコン−
ゲルマニウム及びシリコンからなるダイオードは耐圧に
おいて、シリコン−ゲルマニウムのみからなるダイオー
ドより優れ、低損失電力において、シリコンのみからな
るダイオードより優れている。Further, for example, consider a case where the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are made of silicon-germanium, and the third semiconductor layer is made of silicon. The rising voltage of the forward current of this diode is about 0.4V. The breakdown field of this diode is about 3 × which is the breakdown field of silicon.
It becomes 10 5 V / cm. Incidentally, a diode consisting of silicon-germanium alone has a forward voltage rising voltage of 0.4 V, and its dielectric breakdown electric field is about 1.5 × 1 which is the dielectric breakdown electric field of silicon-germanium.
0 5 V / cm. Therefore, the silicon according to the present invention
A diode composed of germanium and silicon is superior in a breakdown voltage to a diode composed only of silicon-germanium, and is superior to a diode composed of only silicon in low-loss power.
【0015】本発明に係るダイオードにおいて、第1半
導体層は第1トレンチと第2トレンチとで挟まれている
のが好ましい。[0015] In the diode according to the present invention, the first semiconductor layer is preferably sandwiched between the first trench and the second trench.
【0016】[0016]
【発明の実施の形態】[第1の実施の形態] {構造の説明}図1は、本発明の第1の実施の形態に係
るダイオードの断面図である。ダイオード10は、n+
型シリコンカーバイド基板12上に、n型シリコンカー
バイド層14、n型シリコン層16、p型シリコン層1
8が順に積層された構造をしている。二本のトレンチ2
4がp型シリコン層18、n型シリコン層16、n型シ
リコンカーバイド層14を突き抜け、n+型シリコンカ
ーバイド基板12に到達するように形成されている。ト
レンチ24にはトレンチゲート28が埋め込まれてい
る。トレンチ24の側面とトレンチゲート28との間や
トレンチ24の底面とトレンチゲート28との間には、
ゲート酸化膜26が形成されている。トレンチゲート2
8上には電極30が形成されている。トレンチゲート2
8間に位置するp型シリコン層18上にはアノード電極
22が形成されている。n+型シリコンカーバイド基板
12の表面のうち、n型シリコンカーバイド層14が形
成されている表面と対向する表面上にはカソード電極2
0が形成されている。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS [First Embodiment] {Description of Structure} FIG. 1 is a sectional view of a diode according to a first embodiment of the present invention. The diode 10 has n +
N-type silicon carbide layer 14, n-type silicon layer 16, p-type silicon layer 1
8 are sequentially laminated. Two trenches 2
4 is formed so as to penetrate the p-type silicon layer 18, the n-type silicon layer 16, and the n-type silicon carbide layer 14 and reach the n + -type silicon carbide substrate 12. A trench gate 28 is buried in the trench 24. Between the side surface of the trench 24 and the trench gate 28 or between the bottom surface of the trench 24 and the trench gate 28,
A gate oxide film 26 is formed. Trench gate 2
An electrode 30 is formed on 8. Trench gate 2
An anode electrode 22 is formed on the p-type silicon layer 18 located between them. The cathode electrode 2 is formed on the surface of the n + -type silicon carbide substrate 12 facing the surface on which the n-type silicon carbide layer 14 is formed.
0 is formed.
【0017】{動作の説明}次に、本発明の第1の実施
の形態に係るダイオード10の動作について、図1を用
いて説明する。まず、ON動作について説明する。ダイ
オード10には順方向電圧が印加される。例えば、アノ
ード電極22には2Vの電圧、カソード電極20には0
Vの電圧が、それぞれ印加される。このとき、アノード
電極22からカソード電極20に向けて電流が流れる。
なお、電極30には、アノード電極22と同じ電圧、も
しくはより抵抗を低減させるため、10V程度の電圧を
印加してもよい。{Description of Operation} Next, the operation of the diode 10 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. First, the ON operation will be described. A forward voltage is applied to the diode 10. For example, a voltage of 2 V is applied to the anode electrode 22 and 0 V is applied to the cathode electrode 20.
A voltage of V is applied. At this time, a current flows from the anode electrode 22 to the cathode electrode 20.
The same voltage as that of the anode electrode 22 or a voltage of about 10 V may be applied to the electrode 30 in order to further reduce the resistance.
【0018】次に、OFF動作について説明する。ダイ
オード10には逆方向電圧が印加される。例えば、アノ
ード電極22には0Vの電圧、カソード電極20には6
00〜1000Vの電圧が、それぞれ印加される。電極
30の電圧はアノード電極22の電圧と同じでよい。よ
り良好なオフ特性を得るために、電極30に−10V程
度の電圧を印加してもよい。電極30にこのような電圧
が印加されることにより、一方のトレンチゲート28の
方から延びた空乏層の縁部の少なくとも一部と他方のト
レンチゲート28の方から延びた空乏層の縁部の少なく
とも一部とがn型シリコンカーバイド層14でつなが
る。これにより、逆方向電圧が保持され、ダイオード1
0に電流が流れるのを防ぐ。Next, the OFF operation will be described. A reverse voltage is applied to the diode 10. For example, a voltage of 0 V is applied to the anode electrode 22 and 6 V is applied to the cathode electrode 20.
A voltage of 00 to 1000 V is applied respectively. The voltage of the electrode 30 may be the same as the voltage of the anode electrode 22. In order to obtain better off characteristics, a voltage of about −10 V may be applied to the electrode 30. When such a voltage is applied to the electrode 30, at least a part of the edge of the depletion layer extending from the one trench gate 28 and the edge of the depletion layer extending from the other trench gate 28 are formed. At least a portion is connected by an n-type silicon carbide layer 14. As a result, the reverse voltage is held, and the diode 1
Prevents current from flowing to zero.
【0019】{製造方法の説明}次に、本発明の第1の
実施の形態に係るダイオード10の製造方法について、
図1〜図6を用いて説明する。図2に示すように、n+
型シリコンカーバイド基板12を準備する。n+型シリ
コンカーバイド基板12の厚みは0.5〜1mmであ
り、不純物濃度は1×1019cm-3程度である。不純物
は窒素である。{Description of Manufacturing Method} Next, a method of manufacturing the diode 10 according to the first embodiment of the present invention will be described.
This will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 2, n +
A silicon carbide substrate 12 is prepared. The thickness of n + type silicon carbide substrate 12 is 0.5 to 1 mm, and the impurity concentration is about 1 × 10 19 cm −3 . The impurity is nitrogen.
【0020】図3に示すように、n+型シリコンカーバ
イド基板12上にn型シリコンカーバイド層14をエピ
タキシャル成長により形成する。n型シリコンカーバイ
ド層14の厚みは1〜10μmであり、不純物濃度は1
×1016〜1×1017cm-3である。不純物は窒素であ
る。n型シリコンカーバイド層14上にn型シリコン層
32をエピタキシャル成長により形成する。n型シリコ
ン層32の厚みは5〜10μmであり、不純物濃度は1
×1015〜1×1017cm-3である。不純物はリンであ
る。n型シリコン層32にp型不純物を拡散し、n型シ
リコン層32の上部に、図4に示すようにp型シリコン
層18を形成する。p型シリコン層18の厚みは2〜3
μmであり、不純物濃度は1×1016〜1×1017cm
-3である。不純物はボロンである。なお、n型シリコン
層32の下部をn型シリコン層16とする。As shown in FIG. 3, an n-type silicon carbide layer 14 is formed on an n + -type silicon carbide substrate 12 by epitaxial growth. The thickness of the n-type silicon carbide layer 14 is 1 to 10 μm, and the impurity concentration is 1
× 10 16 to 1 × 10 17 cm −3 . The impurity is nitrogen. An n-type silicon layer 32 is formed on n-type silicon carbide layer 14 by epitaxial growth. The thickness of the n-type silicon layer 32 is 5 to 10 μm, and the impurity concentration is 1
× 10 15 to 1 × 10 17 cm -3 . The impurity is phosphorus. A p-type impurity is diffused into the n-type silicon layer 32, and a p-type silicon layer 18 is formed on the n-type silicon layer 32 as shown in FIG. The thickness of the p-type silicon layer 18 is 2-3
μm and an impurity concentration of 1 × 10 16 to 1 × 10 17 cm
It is -3 . The impurity is boron. The lower portion of the n-type silicon layer 32 is referred to as an n-type silicon layer 16.
【0021】図5に示すように、フォトリソグラフィ技
術とエッチング技術とにより、複数のトレンチ24をこ
の積層物に形成する。トレンチ24はp型シリコン層1
8、n型シリコン層16、n型シリコンカーバイド層1
4を突き抜け、n+型シリコンカーバイド基板12に到
達するように形成されている。トレンチ24の幅wは
0.5〜2μmである。トレンチ24間の距離d1は0.
5〜5μmである。As shown in FIG. 5, a plurality of trenches 24 are formed in this laminate by photolithography and etching. The trench 24 is a p-type silicon layer 1
8, n-type silicon layer 16, n-type silicon carbide layer 1
4 to reach the n + type silicon carbide substrate 12. The width w of the trench 24 is 0.5 to 2 μm. The distance d 1 between the trenches 24 is 0.
5 to 5 μm.
【0022】図6に示すように、熱酸化により、トレン
チ24の側面及び底面にゲート酸化膜26を形成する。
ゲート酸化膜26の厚みは0.05〜0.2μmである。
トレンチ24がポリシリコン膜で埋まるように、CVD
によりp型シリコン層18上にポリシリコン膜を形成す
る。ポリシリコン膜をエッチバックし、トレンチ24内
にのみポリシリコン膜を残す。このポリシリコンがトレ
ンチゲート28となる。As shown in FIG. 6, a gate oxide film 26 is formed on the side and bottom surfaces of the trench 24 by thermal oxidation.
Gate oxide film 26 has a thickness of 0.05 to 0.2 μm.
CVD so that the trench 24 is filled with the polysilicon film.
To form a polysilicon film on p-type silicon layer 18. The polysilicon film is etched back to leave the polysilicon film only in the trench 24. This polysilicon becomes the trench gate 28.
【0023】図1に示すように、n+型シリコンカーバ
イド基板12上に蒸着法により、金属からなるカソード
電極20を形成する。また、p型シリコン層18上に蒸
着法により、金属層を形成する。この金属層をパターン
ニングし、アノード電極22及び電極30を形成する。
以上により、本発明の第1の実施の形態に係るダイオー
ド10が完成する。As shown in FIG. 1, a cathode electrode 20 made of metal is formed on an n + type silicon carbide substrate 12 by a vapor deposition method. Further, a metal layer is formed on the p-type silicon layer 18 by an evaporation method. The metal layer is patterned to form the anode electrode 22 and the electrode 30.
As described above, the diode 10 according to the first embodiment of the present invention is completed.
【0024】{ダイオードの耐圧が向上する説明}本発
明の第1の実施の形態に係るダイオード10において、
トレンチゲート28により、ダイオード10の耐圧が向
上するのをシミュレーションを用いて説明する。図15
はダイオードに逆方向電圧を印加したときに、ダイオー
ドに流れる電流を示すシミュレーションである。(a)
は図1に示すダイオード10のシミュレーションであ
り、(b)は図1に示すダイオード10からトレンチゲ
ート28を除去した構造のダイオードのシミュレーショ
ンである。{Explanation for Improving Diode Withstand Voltage} In the diode 10 according to the first embodiment of the present invention,
The improvement in the breakdown voltage of the diode 10 by the trench gate 28 will be described using simulation. FIG.
Is a simulation showing a current flowing through the diode when a reverse voltage is applied to the diode. (A)
1 is a simulation of the diode 10 shown in FIG. 1, and (b) is a simulation of a diode having a structure in which the trench gate 28 is removed from the diode 10 shown in FIG.
【0025】(b)に示すトレンチゲートなしのダイオ
ードは約60Vで、電流が急激に流れる現象、すなわ
ち、絶縁破壊現象が現れる。これに対して、(a)に示
すトレンチゲートを備えたダイオードは140Vでも絶
縁破壊現象を起こしていない。このシミュレーションか
らも分かるように、本発明の第1の実施の形態に係るダ
イオード10は、トレンチゲートなしのダイオードに比
べて耐圧が高くなる。In the diode without a trench gate shown in (b), a phenomenon in which a current suddenly flows at about 60 V, that is, a dielectric breakdown phenomenon appears. On the other hand, the diode having the trench gate shown in FIG. As can be seen from this simulation, the diode 10 according to the first embodiment of the present invention has a higher breakdown voltage than the diode without the trench gate.
【0026】次に、本発明の第1の実施の形態に係るダ
イオード10の耐圧が向上する理由を説明する。図16
はトレンチゲートを備えたダイオードに生じる電界のシ
ミュレーションである。トレンチゲートは0Vに接地さ
れ、カソードには140Vが印加され、アノードは0V
が印加されるものとする。縦軸は電界強度を示す。横軸
はp型シリコン層とn型シリコン層との接合部からのダ
イオードの深さ方向の距離を示している。すなわち、横
軸の値2μmがp型シリコン層とn型シリコン層との接
合部の位置と対応している。横軸の値10μmがn型シ
リコン層とn型シリコンカーバイド層との境界の位置と
対応している。横軸の値20μmがn型シリコンカーバ
イド層とn+型シリコンカーバイド基板との境界の位置
と対応している。なお、トレンチゲートの幅は0.4μ
mとし、ゲート酸化膜厚は0.1μmとし、トレンチゲ
ートとこのトレンチゲートと対向するトレンチゲート
(図示せず)との距離は0.2μmとする。Next, the reason why the withstand voltage of the diode 10 according to the first embodiment of the present invention is improved will be described. FIG.
Is a simulation of the electric field generated in a diode with a trench gate. The trench gate is grounded to 0 V, 140 V is applied to the cathode, and the anode is
Is applied. The vertical axis indicates the electric field intensity. The horizontal axis shows the distance in the depth direction of the diode from the junction between the p-type silicon layer and the n-type silicon layer. That is, the value of 2 μm on the horizontal axis corresponds to the position of the junction between the p-type silicon layer and the n-type silicon layer. The value of 10 μm on the horizontal axis corresponds to the position of the boundary between the n-type silicon layer and the n-type silicon carbide layer. The value of 20 μm on the horizontal axis corresponds to the position of the boundary between the n-type silicon carbide layer and the n + -type silicon carbide substrate. The width of the trench gate is 0.4μ.
m, the thickness of the gate oxide film is set to 0.1 μm, and the distance between the trench gate and a trench gate (not shown) facing the trench gate is set to 0.2 μm.
【0027】シミュレーションから分かるように、横軸
の値20μm、すなわち、n型シリコンカーバイド層と
n+型シリコンカーバイド層との境界がダイオードに作
用する電界のピークとなる。このため、シリコンカーバ
イド層の絶縁破壊電界がダイオードの絶縁破壊電界とな
る。As can be seen from the simulation, the value of 20 μm on the horizontal axis, that is, the boundary between the n-type silicon carbide layer and the n + -type silicon carbide layer becomes the peak of the electric field acting on the diode. Therefore, the dielectric breakdown electric field of the silicon carbide layer becomes the dielectric breakdown electric field of the diode.
【0028】次にトレンチゲートを備えないダイオード
に生じる電界のシミュレーションを、図17を用いて説
明する。カソードには60Vが印加され、アノードは0
Vが印加されるものとする。縦軸及び横軸の意味は図1
6に示す縦軸及び横軸の意味と同じである。シミュレー
ションから分かるように、ダイオードに作用する電界の
ピークは二つある。一つは横軸の値2μm、すなわち、
p型シリコン層とn型シリコン層との接合部が電界のピ
ークであり、もう一つは横軸の値10μm、すなわち、
n型シリコン層とn型シリコンカーバイド層との境界が
電界のピークとなる。p型シリコン層とn型シリコン層
との接合部に作用する電界のほうが、n型シリコン層と
n型シリコンカーバイド層との境界に作用する電界より
大きい。このため、p型シリコン層とn型シリコン層と
の接合部、すなわち、シリコン層の絶縁破壊電界が、こ
のダイオードの絶縁破壊電界となる。Next, a simulation of an electric field generated in a diode having no trench gate will be described with reference to FIG. 60 V is applied to the cathode, and 0 V is applied to the anode.
It is assumed that V is applied. Figure 1 shows the meaning of the vertical and horizontal axes
6 has the same meaning as the vertical and horizontal axes. As can be seen from the simulation, there are two peaks of the electric field acting on the diode. One is a value of 2 μm on the horizontal axis, that is,
The junction between the p-type silicon layer and the n-type silicon layer is the peak of the electric field, and the other is the value of 10 μm on the horizontal axis, that is,
The boundary between the n-type silicon layer and the n-type silicon carbide layer becomes the peak of the electric field. The electric field acting on the junction between the p-type silicon layer and the n-type silicon layer is larger than the electric field acting on the boundary between the n-type silicon layer and the n-type silicon carbide layer. Therefore, the junction between the p-type silicon layer and the n-type silicon layer, that is, the dielectric breakdown electric field of the silicon layer becomes the dielectric breakdown electric field of the diode.
【0029】以上、図16及び図17を用いて説明した
ように、本発明の第1の実施の形態に係るダイオード1
0は、トレンチゲートを備えないダイオードより絶縁破
壊電界が大きいので、耐圧が高くなることが分かる。As described above with reference to FIGS. 16 and 17, the diode 1 according to the first embodiment of the present invention
0 indicates that the breakdown voltage is higher because the dielectric breakdown electric field is larger than that of the diode having no trench gate.
【0030】なお、本来、図1に示すトレンチゲート2
8の下端部34間にある領域36が、ダイオード10に
作用している電界の最大値となる領域である。しかしな
がら、下端部34がn+型シリコンカーバイド基板12
まで到達していると、領域36が電界の最大値となる領
域とはならない。これは、n+型シリコンカーバイド基
板12は不純物濃度が高く金属と同様の抵抗値を示すか
らである。よって、本発明の第1の実施の形態に係るダ
イオードにおいては、n型シリコンカーバイド層14と
n+型シリコンカーバイド基板12との境界が電界のピ
ークとなる。The trench gate 2 shown in FIG.
A region 36 between the lower ends 34 of the 8 is a region where the electric field acting on the diode 10 has the maximum value. However, the lower end portion 34 has the n + type silicon carbide substrate 12.
If it has reached, the region 36 does not become the region where the electric field has the maximum value. This is because the n + type silicon carbide substrate 12 has a high impurity concentration and exhibits a resistance value similar to that of metal. Therefore, in the diode according to the first embodiment of the present invention, the boundary between the n-type silicon carbide layer 14 and the n + -type silicon carbide substrate 12 becomes the peak of the electric field.
【0031】{効果の説明}図1に示す本発明の第1の
実施の形態に係るダイオード10において、ダイオード
の順方向電流の立ち上がり電圧は、シリコンのエネルギ
ーギャップの値である約0.6Vであり、ダイオードの
絶縁破壊電界はシリコンカーバイドの絶縁破壊電界であ
る約3×106V/cmとなる。よって、本発明の第1
の実施の形態に係るダイオード10によれば、高耐圧か
つ低損失電力のダイオードを実現することが可能とな
る。{Description of Effect} In the diode 10 according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1, the rising voltage of the forward current of the diode is about 0.6 V which is the value of the energy gap of silicon. In this case, the breakdown electric field of the diode is about 3 × 10 6 V / cm, which is the breakdown electric field of silicon carbide. Therefore, the first of the present invention
According to the diode 10 according to the embodiment, it is possible to realize a diode with high withstand voltage and low loss power.
【0032】[第2の実施の形態]図7は、本発明の第
2の実施の形態に係るダイオードの断面図である。図7
に示すダイオード40の構成要素のうち図1に示すダイ
オード10の構成要素と同一のものについては、同一符
号を付すことにより説明を省略する。ダイオード40が
図1に示すダイオード10と相違する構造は、トレンチ
ゲート28の下端部34の位置である。すなわち、ダイ
オード40のトレンチゲート28の下端部34はn+型
シリコンカーバイド基板12に到達しておらず、n型シ
リコンカーバイド層14中に位置している。[Second Embodiment] FIG. 7 is a sectional view of a diode according to a second embodiment of the present invention. FIG.
The same components as those of the diode 10 shown in FIG. 1 among the components of the diode 40 shown in FIG. The diode 40 differs from the diode 10 shown in FIG. 1 in the position of the lower end 34 of the trench gate 28. That is, the lower end 34 of the trench gate 28 of the diode 40 does not reach the n + -type silicon carbide substrate 12 but is located in the n-type silicon carbide layer 14.
【0033】ダイオード40の動作は、本発明の第1の
実施の形態に係るダイオード10の動作と同様である。
但し、OFF動作のとき、一方のトレンチゲート28の
下端部34と他方のトレンチゲート28の下端部34と
の間にあるn型シリコンカーバイド層14(図7中符号
42で示す領域)おいて、ダイオード10に作用してい
る電界がピークとなる。The operation of the diode 40 is the same as the operation of the diode 10 according to the first embodiment of the present invention.
However, at the time of the OFF operation, in the n-type silicon carbide layer 14 (the area indicated by reference numeral 42 in FIG. 7) between the lower end 34 of one trench gate 28 and the lower end 34 of the other trench gate 28 The electric field acting on the diode 10 has a peak.
【0034】ダイオード40の製造方法が図1に示すダ
イオード10の製造方法と相違する点は、トレンチ24
の形成工程である。すなわち、ダイオード40の製造方
法においては、図5に示す工程でトレンチ24の底部が
n型シリコンカーバイド層14に位置するようにする。The manufacturing method of the diode 40 is different from the manufacturing method of the diode 10 shown in FIG.
Is a forming process. That is, in the method of manufacturing diode 40, the bottom of trench 24 is located in n-type silicon carbide layer 14 in the step shown in FIG.
【0035】図7に示す本発明の第2の実施の形態に係
るダイオード40は図1に示すダイオード10と同様の
効果を有する他、以下の効果を有する。すなわち、下端
部34間にある領域を、ダイオード40に作用している
電界の最大値となる領域にすることができるので、トレ
ンチの深さのみで最大電界領域を設定できる。このため
デバイス構造の設計の自由度が増す。The diode 40 according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 7 has the following effects in addition to the same effects as the diode 10 shown in FIG. That is, since the region between the lower ends 34 can be a region where the electric field acting on the diode 40 has the maximum value, the maximum electric field region can be set only by the depth of the trench. This increases the degree of freedom in designing the device structure.
【0036】[第3の実施の形態] {構造の説明}図8は、本発明の第3の実施の形態に係
るダイオードの断面図である。図1に示すダイオード1
0との相違は、シリコンカーバイド層を含まず、シリコ
ン層を積層した構造という点である。すなわち、ダイオ
ード50は、n+型シリコン基板52上に、n型シリコ
ン層54、p型シリコン層56が順に積層された構造を
している。二本のトレンチ62がp型シリコン層56、
n型シリコン層54を突き抜け、n+型シリコン基板5
2に到達するように形成されている。各トレンチ62に
はトレンチゲート66が埋め込まれている。各トレンチ
62の側面とトレンチゲート66との間、各トレンチ6
2の底面とトレンチゲート66との間には、ゲート酸化
膜64が形成されている。トレンチゲート66上には電
極68が形成されている。トレンチゲート66間に位置
するp型シリコン層56上にはアノード電極60が形成
されている。n+型シリコン基板52の表面のうち、n
型シリコン層54が形成されている表面と対向する表面
上にはカソード電極58が形成されている。Third Embodiment {Description of Structure} FIG. 8 is a sectional view of a diode according to a third embodiment of the present invention. Diode 1 shown in FIG.
The difference from 0 is that a silicon carbide layer is not included and a silicon layer is stacked. That is, the diode 50 has a structure in which an n-type silicon layer 54 and a p-type silicon layer 56 are sequentially stacked on an n + -type silicon substrate 52. The two trenches 62 form a p-type silicon layer 56,
Through the n-type silicon layer 54, the n + type silicon substrate 5
2 is formed. Each trench 62 has a trench gate 66 embedded therein. Between the side surface of each trench 62 and the trench gate 66, each trench 6
A gate oxide film 64 is formed between the bottom surface of trench 2 and trench gate 66. An electrode 68 is formed on the trench gate 66. An anode electrode 60 is formed on the p-type silicon layer 56 located between the trench gates 66. Of the surface of the n + type silicon substrate 52, n
A cathode electrode 58 is formed on a surface facing the surface on which the mold silicon layer 54 is formed.
【0037】{動作及び効果の説明}次に、本発明の第
3の実施の形態に係るダイオード50の動作について、
図8を用いて説明する。まず、ON動作について説明す
る。ダイオード50には順方向電圧が印加される。例え
ば、アノード電極60には2Vの電圧、カソード電極5
8には0Vの電圧が、それぞれ印加される。このとき、
アノード電極60からカソード電極58に向けて電流が
流れる。なお、電極68には、アノード電極60と同じ
電圧、もしくはより抵抗を低減させるため、10V程度
の電圧を印加してもよい。{Description of Operation and Effect} Next, the operation of the diode 50 according to the third embodiment of the present invention will be described.
This will be described with reference to FIG. First, the ON operation will be described. A forward voltage is applied to the diode 50. For example, a voltage of 2 V is applied to the anode 60,
8, a voltage of 0 V is applied to each. At this time,
A current flows from the anode electrode 60 to the cathode electrode 58. Note that the same voltage as that of the anode electrode 60 or a voltage of about 10 V may be applied to the electrode 68 in order to further reduce the resistance.
【0038】次に、OFF動作について説明する。ダイ
オード50には逆方向電圧が印加される。例えば、アノ
ード電極60には0Vの電圧、カソード電極58には6
00〜1000Vの電圧が、それぞれ印加される。電極
68の電圧はアノード電極60の電圧と同じでよい。よ
り良好なオフ特性を得るために、電極68に−10V程
度の電圧を印加してもよい。電極68にこのような電圧
が印加されることにより、一方のトレンチゲート66の
方から延びた空乏層の縁部の少なくとも一部と他方のト
レンチゲート66の方から延びた空乏層の縁部の少なく
とも一部とがn型シリコン層54でつながる。これによ
り、逆方向電圧が保持され、ダイオード50に電流が流
れるのを防ぐ。このとき、ダイオード50作用する電界
のピークは、p型シリコン層56とn型シリコン層54
との接合部70及びn+型シリコン基板52とn型シリ
コン層54との境界72にも電界のピークを位置させる
ことが可能となる。Next, the OFF operation will be described. A reverse voltage is applied to the diode 50. For example, a voltage of 0 V is applied to the anode electrode 60, and 6 V is applied to the cathode electrode 58.
A voltage of 00 to 1000 V is applied respectively. The voltage of the electrode 68 may be the same as the voltage of the anode electrode 60. In order to obtain better off characteristics, a voltage of about −10 V may be applied to the electrode 68. By applying such a voltage to the electrode 68, at least a part of the edge of the depletion layer extending from the one trench gate 66 and the edge of the depletion layer extending from the other trench gate 66 are formed. At least a portion is connected by an n-type silicon layer 54. As a result, the reverse voltage is maintained, and the current is prevented from flowing through the diode 50. At this time, the peak of the electric field acting on the diode 50 is different between the p-type silicon layer 56 and the n-type silicon layer 54.
The peak of the electric field can also be located at the junction 70 between the n + -type silicon substrate 52 and the boundary 72 between the n + -type silicon substrate 52 and the n-type silicon layer 54.
【0039】このことをシミュレーションで説明する。
図18はダイオード50に生じる電界のシミュレーショ
ンである。縦軸は電界強度を示す。横軸はp型シリコン
層56表面からのダイオード50の深さ方向の距離を示
している。すなわち、0μmはp型シリコン層56表面
を示している。接合部70までの距離は約3.5μmで
あり、境界72までの距離は約17μmである。シミュ
レーションの(a)はn型シリコン層54の不純物濃度
が1E15の場合を示し、(b)はn型シリコン層54
の不純物濃度が2E15の場合を示し、(c)はn型シ
リコン層54の不純物濃度が4E15の場合を示してい
る。図18に示すように、電界のピークは接合部と境界
とに生じている。This will be described with a simulation.
FIG. 18 is a simulation of an electric field generated in the diode 50. The vertical axis indicates the electric field intensity. The horizontal axis indicates the distance in the depth direction of the diode 50 from the surface of the p-type silicon layer 56. That is, 0 μm indicates the surface of the p-type silicon layer 56. The distance to the junction 70 is about 3.5 μm and the distance to the boundary 72 is about 17 μm. (A) of the simulation shows the case where the impurity concentration of the n-type silicon layer 54 is 1E15, and (b)
3C shows the case where the impurity concentration of the n-type silicon layer 54 is 4E15. As shown in FIG. 18, the peak of the electric field occurs at the junction and the boundary.
【0040】この場合、二つのピークのうち、最大値の
ピークが位置するところの絶縁破壊電界がダイオード5
0の絶縁破壊電界となる。ピークが複数に分散されるこ
とにより、電界の最大値が下がる。よって、ダイオード
50よれば、さらに高い逆方向電圧を印加することがで
きるので、ダイオード50は耐圧性に優れたダイオード
となる。In this case, the dielectric breakdown electric field where the peak of the maximum value is located among the two peaks is the diode 5
A dielectric breakdown electric field of 0 results. By dispersing the peaks into a plurality, the maximum value of the electric field decreases. Therefore, according to the diode 50, a higher reverse voltage can be applied, so that the diode 50 is a diode excellent in withstand voltage.
【0041】{製造方法の説明}次に、本発明の第3の
実施の形態に係るダイオード50の製造方法について、
図8〜図13を用いて説明する。図9に示すように、n
+型シリコン基板52を準備する。n+型シリコン基板5
2の厚みは0.5〜1mmであり、不純物濃度は1×1
018〜1×1019cm-3である。不純物はアンチモンも
しくはヒ素である。{Description of Manufacturing Method} Next, a method of manufacturing the diode 50 according to the third embodiment of the present invention will be described.
This will be described with reference to FIGS. As shown in FIG.
A + type silicon substrate 52 is prepared. n + type silicon substrate 5
2 has a thickness of 0.5 to 1 mm and an impurity concentration of 1 × 1
0 18 to 1 × 10 19 cm −3 . The impurities are antimony or arsenic.
【0042】図10に示すように、n+型シリコン基板
52上にn型シリコン層74をエピタキシャル成長によ
り形成する。n型シリコン層74の厚みは、10〜10
0μmであり、不純物濃度は1×1014〜1×1016c
m-3である。不純物はリンである。n型シリコン層74
にp型不純物を拡散し、n型シリコン層74の上部に、
図11に示すように、p型シリコン層56を形成する。
p型シリコン層56の厚みは、1〜3μmであり、不純
物濃度は1×1016〜1×1017cm-3である。不純物
はボロンである。なお、n型シリコン層74の下部をn
型シリコン層54とする。As shown in FIG. 10, an n-type silicon layer 74 is formed on an n + -type silicon substrate 52 by epitaxial growth. The thickness of the n-type silicon layer 74 is 10 to 10
0 μm and an impurity concentration of 1 × 10 14 to 1 × 10 16 c
m -3 . The impurity is phosphorus. n-type silicon layer 74
At the top of the n-type silicon layer 74,
As shown in FIG. 11, a p-type silicon layer 56 is formed.
The thickness of the p-type silicon layer 56 is 1 to 3 μm, and the impurity concentration is 1 × 10 16 to 1 × 10 17 cm −3 . The impurity is boron. Note that the lower part of the n-type silicon layer 74 is
Type silicon layer 54.
【0043】図12に示すように、フォトリソグラフィ
技術とエッチング技術とにより、複数のトレンチ62を
この積層物に形成する。トレンチ62はp型シリコン層
56、n型シリコン層54を突き抜け、n+型シリコン
基板52に到達するように形成されている。トレンチ6
2の幅wは0.5〜2μmである。トレンチ62間の距
離d1は0.5〜5μmである。As shown in FIG. 12, a plurality of trenches 62 are formed in this laminate by photolithography and etching. The trench 62 is formed so as to penetrate the p-type silicon layer 56 and the n-type silicon layer 54 and reach the n + -type silicon substrate 52. Trench 6
2 has a width w of 0.5 to 2 μm. The distance d 1 between the trenches 62 is 0.5 to 5 μm.
【0044】図13に示すように、熱酸化により、トレ
ンチ62の側面及び底面にゲート酸化膜64を形成す
る。ゲート酸化膜64の厚みは0.05〜0.2μmであ
る。トレンチ62がポリシリコン膜で埋まるように、C
VDによりp型シリコン層56上にポリシリコン膜を形
成する。ポリシリコン膜をエッチバックし、トレンチ6
2内にのみポリシリコン膜を残す。このポリシリコンが
トレンチゲート66となる。As shown in FIG. 13, a gate oxide film 64 is formed on the side and bottom surfaces of the trench 62 by thermal oxidation. Gate oxide film 64 has a thickness of 0.05 to 0.2 μm. C so that the trench 62 is filled with the polysilicon film.
A polysilicon film is formed on the p-type silicon layer 56 by VD. The polysilicon film is etched back and trench 6 is formed.
The polysilicon film is left only in 2. This polysilicon becomes the trench gate 66.
【0045】図8に示すように、n+型シリコン基板5
2上に蒸着法により、金属からなるカソード電極58を
形成する。また、p型シリコン層56上に蒸着法によ
り、金属層を形成する。この金属層をパターンニング
し、アノード電極60及び電極68を形成する。以上に
より、本発明の第3の実施の形態に係るダイオード50
が完成する。As shown in FIG. 8, the n + type silicon substrate 5
A cathode electrode 58 made of metal is formed on the substrate 2 by an evaporation method. Further, a metal layer is formed on the p-type silicon layer 56 by an evaporation method. This metal layer is patterned to form an anode electrode 60 and an electrode 68. As described above, the diode 50 according to the third embodiment of the present invention is described.
Is completed.
【0046】[第4の実施の形態]図14は、本発明の
第4の実施の形態に係るダイオードの断面図である。図
14に示すダイオード80の構成要素のうち図8に示す
ダイオード50の構成要素と同一のものについては、同
一符号を付すことにより説明を省略する。ダイオード8
0が図8に示すダイオード50と相違する構造は、トレ
ンチゲート66の下端部76の位置である。すなわち、
ダイオード80のトレンチゲート66の下端部76はn
+型シリコン基板52に到達しておらず、n型シリコン
層54中に位置している。[Fourth Embodiment] FIG. 14 is a sectional view of a diode according to a fourth embodiment of the present invention. The same components as those of the diode 50 shown in FIG. 8 among the components of the diode 80 shown in FIG. 14 are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted. Diode 8
8 differs from the diode 50 shown in FIG. 8 in the position of the lower end 76 of the trench gate 66. That is,
The lower end 76 of the trench gate 66 of the diode 80 is n
It does not reach the + -type silicon substrate 52 and is located in the n-type silicon layer 54.
【0047】ダイオード80の動作は、本発明の第3の
実施の形態に係るダイオード50の動作と同様である。
但し、OFF動作のとき、一方のトレンチゲート66の
下端部76と他方のトレンチゲート66の下端部76と
の間にあるn型シリコン層54(図14中符号82で示
す領域)おいて、ダイオード80に作用する電界がピー
クとなる。The operation of diode 80 is the same as the operation of diode 50 according to the third embodiment of the present invention.
However, at the time of the OFF operation, the diode is placed in the n-type silicon layer 54 (the area indicated by reference numeral 82 in FIG. 14) between the lower end 76 of one trench gate 66 and the lower end 76 of the other trench gate 66. The electric field acting on 80 peaks.
【0048】ダイオード80の製造方法が図8に示すダ
イオード50の製造方法と相違する点は、トレンチ62
の形成工程である。すなわち、ダイオード80の製造方
法においては、図12に示す工程でトレンチ62の底部
がn型シリコン層54に位置するようにする。The difference between the method of manufacturing diode 80 and the method of manufacturing diode 50 shown in FIG.
Is a forming process. That is, in the method of manufacturing diode 80, the bottom of trench 62 is located in n-type silicon layer 54 in the step shown in FIG.
【0049】図14に示す本発明の第4の実施の形態に
係るダイオード80は図8に示すダイオード50と同様
の効果を有する。The diode 80 according to the fourth embodiment of the present invention shown in FIG. 14 has the same effect as the diode 50 shown in FIG.
【図1】本発明の第1の実施の形態に係るダイオードの
断面図である。FIG. 1 is a sectional view of a diode according to a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第1の実施の形態に係るダイオードの
製造工程を説明するための第1工程図である。FIG. 2 is a first process chart for describing a manufacturing process of the diode according to the first embodiment of the present invention.
【図3】本発明の第1の実施の形態に係るダイオードの
製造工程を説明するための第2工程図である。FIG. 3 is a second process diagram for describing the manufacturing process of the diode according to the first embodiment of the present invention.
【図4】本発明の第1の実施の形態に係るダイオードの
製造工程を説明するための第3工程図である。FIG. 4 is a third process diagram for describing the manufacturing process of the diode according to the first embodiment of the present invention.
【図5】本発明の第1の実施の形態に係るダイオードの
製造工程を説明するための第4工程図である。FIG. 5 is a fourth process diagram for describing the manufacturing process of the diode according to the first embodiment of the present invention.
【図6】本発明の第1の実施の形態に係るダイオードの
製造工程を説明するための第5工程図である。FIG. 6 is a fifth process diagram for describing the manufacturing process of the diode according to the first embodiment of the present invention.
【図7】本発明の第2の実施の形態に係るダイオードの
断面図である。FIG. 7 is a sectional view of a diode according to a second embodiment of the present invention.
【図8】本発明の第3の実施の形態に係るダイオードの
断面図である。FIG. 8 is a sectional view of a diode according to a third embodiment of the present invention.
【図9】本発明の第3の実施の形態に係るダイオードの
製造工程を説明するための第1工程図である。FIG. 9 is a first process chart for describing a diode manufacturing process according to a third embodiment of the present invention.
【図10】本発明の第3の実施の形態に係るダイオード
の製造工程を説明するための第2工程図である。FIG. 10 is a second process chart for describing the manufacturing process of the diode according to the third embodiment of the present invention.
【図11】本発明の第3の実施の形態に係るダイオード
の製造工程を説明するための第3工程図である。FIG. 11 is a third process diagram for describing the manufacturing process of the diode according to the third embodiment of the present invention.
【図12】本発明の第3の実施の形態に係るダイオード
の製造工程を説明するための第4工程図である。FIG. 12 is a fourth process diagram for describing the manufacturing process of the diode according to the third embodiment of the present invention.
【図13】本発明の第3の実施の形態に係るダイオード
の製造工程を説明するための第5工程図である。FIG. 13 is a fifth process diagram for describing the manufacturing process of the diode according to the third embodiment of the present invention.
【図14】本発明の第4の実施の形態に係るダイオード
の断面図である。FIG. 14 is a sectional view of a diode according to a fourth embodiment of the present invention.
【図15】ダイオードに逆方向電圧を印加したときに、
ダイオードに流れる電流のシミュレーションを示す図で
ある。FIG. 15: When a reverse voltage is applied to the diode,
FIG. 4 is a diagram illustrating a simulation of a current flowing through a diode.
【図16】トレンチゲートを備えたダイオードに生じる
電界のシミュレーションを示す図である。FIG. 16 is a diagram showing a simulation of an electric field generated in a diode having a trench gate.
【図17】トレンチゲートを備えていないダイオードに
生じる電界のシミュレーションを示す図である。FIG. 17 is a diagram showing a simulation of an electric field generated in a diode having no trench gate.
【図18】本発明の第3の実施の形態に係るダイオード
に生じる電界のシミュレーションを示す図である。FIG. 18 is a diagram showing a simulation of an electric field generated in a diode according to a third embodiment of the present invention.
10 ダイオード 12 n+型シリコンカーバイド基板 14 n型シリコンカーバイド層 16 n型シリコン層 18 p型シリコン層 20 カソード電極 22 アノード電極 24 トレンチ 26 ゲート酸化膜 28 トレンチゲート 30 電極 32 n型シリコン層 34 下端部 36 領域 38 境界 40 ダイオード 42 領域 50 ダイオード 52 n+型シリコン基板 54 n型シリコン層 56 p型シリコン層 58 カソード電極 60 アノード電極 62 トレンチ 64 ゲート酸化膜 66 トレンチゲート 68 電極 70 接合部 72 境界 74 n型シリコン層 76 境界部 80 ダイオード 82 領域DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Diode 12 n + type silicon carbide substrate 14 n type silicon carbide layer 16 n type silicon layer 18 p type silicon layer 20 cathode electrode 22 anode electrode 24 trench 26 gate oxide film 28 trench gate 30 electrode 32 n type silicon layer 34 lower end 36 region 38 boundary 40 diode 42 region 50 diode 52 n + type silicon substrate 54 n type silicon layer 56 p type silicon layer 58 cathode electrode 60 anode electrode 62 trench 64 gate oxide film 66 trench gate 68 electrode 70 junction 72 boundary 74 n Type silicon layer 76 boundary 80 diode 82 region
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F003 AP00 AP06 BA27 BA91 BB04 BF06 BH06 BJ12 BJ15 BM01 BP11 BP31 BZ01 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 5F003 AP00 AP06 BA27 BA91 BB04 BF06 BH06 BJ12 BJ15 BM01 BP11 BP31 BZ01
Claims (3)
導体層と接合している第2の導電型の第2半導体層と、
を備えたダイオードであって、 第1トレンチゲートと第2トレンチゲートとを備え、 前記第2半導体層は、前記第1トレンチゲートと前記第
2トレンチゲートとの間に位置し、 前記ダイオードに逆方向電圧が印加されている時、前記
第2半導体層には前記第1トレンチゲートの方から延び
た空乏層と前記第2トレンチゲートの方から延びた空乏
層とが形成される、ダイオード。A first semiconductor layer of a first conductivity type; a second semiconductor layer of a second conductivity type joined to the first semiconductor layer;
A diode comprising: a first trench gate and a second trench gate, wherein the second semiconductor layer is located between the first trench gate and the second trench gate, and is opposite to the diode. A diode, wherein a depletion layer extending from the first trench gate and a depletion layer extending from the second trench gate are formed in the second semiconductor layer when a direction voltage is applied.
ートと前記第2トレンチゲートとの間の距離、前記第1
トレンチゲートのゲート絶縁膜の厚み及び前記第2トレ
ンチゲートのゲート絶縁膜の厚み、の組み合わせは、前
記ダイオードに逆方向電圧が印加されている時、前記第
1トレンチゲートの方から延びた空乏層の縁部の少なく
とも一部と前記第2トレンチゲートの方から延びた空乏
層の縁部の少なくとも一部とが前記第2半導体層でつな
がる、組み合わせである、ダイオード。2. The semiconductor device according to claim 1, wherein an impurity concentration in the second semiconductor layer, a distance between the first trench gate and the second trench gate,
The combination of the thickness of the gate insulating film of the trench gate and the thickness of the gate insulating film of the second trench gate is such that a depletion layer extending from the first trench gate when a reverse voltage is applied to the diode. A diode in which at least a part of the edge of the first semiconductor layer and at least a part of the edge of the depletion layer extending from the second trench gate are connected by the second semiconductor layer.
トレンチゲートとの間に位置し、 前記第1半導体層及び前記第2半導体層のエネルギーギ
ャップは前記第3半導体層のエネルギーギャップより小
さく、 前記第3半導体層の絶縁破壊電界は前記第1半導体層及
び前記第2半導体層の絶縁破壊電界より大きい、ダイオ
ード。3. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a third semiconductor layer of a second conductivity type, wherein the third semiconductor layer is in contact with the second semiconductor layer, and wherein the third semiconductor layer is the third semiconductor layer. One trench gate and the second
An energy gap between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer is smaller than an energy gap of the third semiconductor layer, and a breakdown electric field of the third semiconductor layer is the first semiconductor layer. And a diode having a larger electric breakdown field of the second semiconductor layer.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7102207B2 (en) | 2002-12-03 | 2006-09-05 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device having rectifying action |
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-
1999
- 1999-07-21 JP JP20607599A patent/JP4678077B2/en not_active Expired - Fee Related
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