JP2003298072A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】逆回復特性を向上させつつ逆回復時の耐量を向
上させたPiNダイオードを実現する。
【解決手段】PiNダイオードにおいて、N- ベース層
1 と、N- ベース層の第1主表面に形成されたPエミッ
タ層3 と、N- ベース層の第2主表面に形成されたPエ
ミッタ層2 と、Pエミッタ層に接してN- ベース層中に
選択的に形成されたN型ピラー層6 と、N- ベース層と
N型ピラー層に接してN- ベース層中に形成されたP型
ピラー層7 とを具備する。
(57) [Problem] To provide a PiN diode having improved reverse recovery characteristics and improved withstand capability during reverse recovery. In a PiN diode, an N- base layer is provided.
1, a P-emitter layer 3 formed on the first main surface of the N- base layer, a P-emitter layer 2 formed on the second main surface of the N- base layer, and an N-base It comprises an N-type pillar layer 6 selectively formed in the layer, and a P-type pillar layer 7 formed in the N- base layer in contact with the N- base layer and the N-type pillar layer.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、整流作用を有する
半導体装置に係り、特に大電力の制御に用いられる高耐
圧ダイオードの構造に関するもので、例えば大型モータ
ー制御用インバータ回路、スイッチング電源などに使用
されるPiNダイオード、ショットキーバリヤダイオー
ド(SBD)などに適用される。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device having a rectifying function, and more particularly, to a structure of a high breakdown voltage diode used for controlling a large amount of electric power, which is used for an inverter circuit for controlling a large motor, a switching power source, etc. It is applied to a PiN diode, a Schottky barrier diode (SBD) and the like.
【0002】[0002]
【従来の技術】大型モーター制御用のインバータ回路
は、GTO等のスイッチング素子と高耐圧ダイオードか
らなるフライホイールダイオードを組み合わせて用いて
いる。2. Description of the Related Art An inverter circuit for controlling a large motor uses a combination of a switching element such as a GTO and a flywheel diode composed of a high breakdown voltage diode.
【0003】図31は、従来のモーター制御用インバー
タ回路を簡略化して示している。FIG. 31 schematically shows a conventional motor control inverter circuit.
【0004】この回路において、Sはスイッチング素
子、Lは負荷、Dはフライホイールダイオードであり、
高耐圧ダイオードが用いられる。In this circuit, S is a switching element, L is a load, D is a flywheel diode,
A high voltage diode is used.
【0005】上記インバータ回路において、スイッチン
グ素子Sをオンして負荷Lに電流を流した後にスイッチ
ング素子Sをオフすると、負荷Lを流れていた電流は図
示のループ104 で還流し始め、ダイオードDに順方向電
流が流れる。In the above inverter circuit, when the switching element S is turned on and a current is passed through the load L and then the switching element S is turned off, the current flowing through the load L begins to flow back in the loop 104 shown in the figure, and is fed to the diode D. Forward current flows.
【0006】その後、スイッチング素子Sを再びオンす
ると、ダイオードDは逆方向電圧が印加されるのでオフ
しようとする。このダイオードDの逆回復動作に際し
て、ダイオードDの内部には、電子および正孔といった
キャリアが多く蓄積しているので、直ぐにはオフでき
ず、瞬間的に大きな逆方向電流がダイオードDを流れ、
その後に蓄積キャリアを吐き出し切ったらダイオードD
はオフ状態に至る。After that, when the switching element S is turned on again, the diode D tries to turn off because a reverse voltage is applied. During the reverse recovery operation of the diode D, many carriers such as electrons and holes are accumulated inside the diode D, so that the diode D cannot be turned off immediately, and a large reverse current instantaneously flows through the diode D.
After that, when the accumulated carriers are completely discharged, the diode D
Is turned off.
【0007】図32は、上記ダイオードDの逆回復動作
時の電流波形の一例を示す。FIG. 32 shows an example of a current waveform during the reverse recovery operation of the diode D.
【0008】図33(a)は、図31中のダイオードD
として用いられる高耐圧高速のPiNダイオードの従来
の構造を模式的に示す断面図である。FIG. 33A shows a diode D in FIG.
FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing a conventional structure of a high breakdown voltage and high speed PiN diode used as a device.
【0009】図33(a)中、101 は低不純物濃度のn
型の半導体基板(N- ベース層)であり、その表面には
Pアノード拡散層(pエミッタ層)102 が形成され、裏
面にはNカソード拡散層(Nエミッタ層)103 が形成さ
れている。In FIG. 33 (a), 101 is a low impurity concentration n.
Type semiconductor substrate (N-base layer), a P anode diffusion layer (p emitter layer) 102 is formed on the front surface thereof, and an N cathode diffusion layer (N emitter layer) 103 is formed on the back surface thereof.
【0010】前記Pアノード層2の表面には第1の主電
極としてアノード電極104 が形成され、前記Nカソード
層3の表面には第2の主電極としてカソード電極105 が
形成されている。なお、Aはアノード端子、Kはカソー
ド端子である。An anode electrode 104 is formed as a first main electrode on the surface of the P anode layer 2, and a cathode electrode 105 is formed as a second main electrode on the surface of the N cathode layer 3. In addition, A is an anode terminal and K is a cathode terminal.
【0011】次に、このPiNダイオードの動作を通電
時と逆回復時に分けて説明する。Next, the operation of the PiN diode will be described separately for energization and reverse recovery.
【0012】まず、通電時の動作について説明する。ア
ノード電極104 とカソード電極105との間に、N- ベー
ス層101 とPエミッタ層102 の間の接合に生じるビルト
イン電圧より大きな正の電圧を印加すると、Pエミッタ
層102 からN- ベース層101中に正孔が注入される。そ
の正孔の注入量に応じてNエミッタ層103 から電子がN
- ベース層101 へ注入され、N- ベース層101 中に注入
されたキャリア(電子および正孔)が蓄積され、N- ベ
ース層101 の抵抗が低下する。First, the operation during energization will be described. When a positive voltage larger than the built-in voltage generated at the junction between the N- base layer 101 and the P-emitter layer 102 is applied between the anode electrode 104 and the cathode electrode 105, the P-emitter layer 102 will be exposed to Holes are injected into. According to the injection amount of the holes, N electrons are emitted from the N emitter layer 103.
The carriers (electrons and holes) injected into the base layer 101 and injected into the N − base layer 101 are accumulated, and the resistance of the N − base layer 101 is reduced.
【0013】次に、逆回復時の動作について説明する。
ダイオードの逆回復動作とは、通電状態のダイオードの
アノード・カソード両電極間に印加されている電圧を反
転させる(アノード電極104 とカソード電極105 との間
に逆方向電圧を印加する)時に生じる動作である。通電
状態において印加電圧を反転させると、N- ベース層10
1 中に蓄積されていた電子および正孔は対応してNエミ
ッタ層103 およびPエミッタ層102 に排出され、N- ベ
ース層101 とPエミッタ層102 の間の接合(主接合)か
ら空乏層が広がり始める。その結果、アノード・カソー
ド間に逆電圧がかかり、ダイオードは逆阻止状態とな
る。Next, the operation at the time of reverse recovery will be described.
The reverse recovery operation of the diode is an operation that occurs when the voltage applied between the anode and cathode electrodes of the diode in the energized state is inverted (the reverse voltage is applied between the anode electrode 104 and the cathode electrode 105). Is. When the applied voltage is reversed in the energized state, the N- base layer 10
The electrons and holes accumulated in 1 are correspondingly discharged to the N emitter layer 103 and the P emitter layer 102, and the depletion layer is removed from the junction (main junction) between the N − base layer 101 and the P emitter layer 102. Begins to spread. As a result, a reverse voltage is applied between the anode and the cathode, and the diode enters the reverse blocking state.
【0014】図33(b)は、同図(a)のPiNダイ
オードの逆回復動作時におけるアノードからカソードへ
の深さ方向の電界強度分布を概略的に示す。なお、この
分布を深さ方向の実寸に応じて表すとほぼ三角形にな
る。FIG. 33B schematically shows the electric field strength distribution in the depth direction from the anode to the cathode during the reverse recovery operation of the PiN diode shown in FIG. It should be noted that when this distribution is represented according to the actual size in the depth direction, it becomes a substantially triangular shape.
【0015】ところで、近年、前述したようなインバー
タ回路などの効率を向上させるために、前記スイッチン
グ素子Sのスイッチング周波数が上昇してきており、前
記ダイオードDの逆回復損失の低減が求められている。By the way, in recent years, in order to improve the efficiency of the above-mentioned inverter circuit and the like, the switching frequency of the switching element S has been increased, and it is required to reduce the reverse recovery loss of the diode D.
【0016】これを満たすためには、N- ベース層101
中に蓄積されるキャリア量を低減させれば良く、そのた
めの有効な手段として、Pエミッタ層102 の不純物濃度
を下げればよい。To satisfy this, the N-base layer 101
It is only necessary to reduce the amount of carriers accumulated therein, and as an effective means therefor, the impurity concentration of the P emitter layer 102 may be lowered.
【0017】しかし、Pエミッタ層102 の表面濃度を下
げることは、Pエミッタ層102 とアノード電極104 との
間のコンタクト抵抗を低く保つ上で好ましくなく、Pエ
ミッタ層102 の厚さを薄くしていく必要があった。そこ
で、Pエミッタ層102 の厚さを薄くしていくと、逆回復
時にかかるパワーによりPiNダイオードが破壊する可
能性が高くなる。However, it is not preferable to reduce the surface concentration of the P emitter layer 102 in order to keep the contact resistance between the P emitter layer 102 and the anode electrode 104 low, and to reduce the thickness of the P emitter layer 102. I had to go. Therefore, if the thickness of the P emitter layer 102 is reduced, the possibility that the PiN diode will be destroyed by the power applied during reverse recovery increases.
【0018】また、近年、前述したようなインバータ回
路が使用される機器の低騒音化や低損失化のために、前
記スイッチング素子Sは高速化しており、このスイッチ
ング素子Sのスイッチング時間に依存して前記ダイオー
ドDの逆回復動作も高速化している。Further, in recent years, the switching element S has been operating at high speed in order to reduce the noise and the loss of the equipment using the above-mentioned inverter circuit, and it depends on the switching time of the switching element S. The reverse recovery operation of the diode D is also accelerated.
【0019】しかし、従来例のPiNダイオードは、逆
回復動作が速くなると、図30中に示したピーク逆回復
電流Irrpが大きくなり、瞬間的にかかるエネルギーも大
きくなり、ある限界値を超えると破壊してしまうという
問題があった。However, in the PiN diode of the conventional example, when the reverse recovery operation becomes faster, the peak reverse recovery current Irrp shown in FIG. 30 becomes larger, the energy applied instantaneously becomes larger, and it is destroyed when it exceeds a certain limit value. There was a problem of doing.
【0020】一方、スイッチング電源、特にDC- DC
コンバータの100V以下の電圧が加わる部分には、低
オン電圧、高速性を有するSBDが使用される。このS
BDの損失は、オン抵抗で決まる導通損と回復時のリカ
バリー損である。上記オン抵抗は、ショットキー接合を
形成するn- 層の不純物濃度で決まるが、このn- 層の
不純物濃度は耐圧にも影響を及ぼすので、SBDのオン
抵抗と耐圧は材料で決まるトレードオフが存在する。On the other hand, switching power supplies, especially DC-DC
An SBD having a low on-voltage and high speed is used in a portion of the converter to which a voltage of 100 V or less is applied. This S
BD loss is a conduction loss determined by ON resistance and a recovery loss at the time of recovery. The on-resistance is determined by the impurity concentration of the n- layer that forms the Schottky junction. Since the impurity concentration of the n- layer also affects the breakdown voltage, there is a trade-off between the on-resistance and the breakdown voltage of the SBD determined by the material. Exists.
【0021】このSBDのトレードオフを改善するため
に、n- 層中に埋め込みp層を形成してn- 層中の電界
を緩和することによって、耐圧を保持したままn- 層不
純物濃度を上げ、低オン抵抗を実現する構造が知られて
いる。In order to improve the trade-off of this SBD, a buried p layer is formed in the n- layer to relax the electric field in the n- layer, thereby increasing the impurity concentration of the n- layer while maintaining the breakdown voltage. A structure that realizes low on-resistance is known.
【0022】図34は、従来のSBDの構造を模式的に
示す断面図である。FIG. 34 is a sectional view schematically showing the structure of a conventional SBD.
【0023】このSBDは、n- ドリフト層(n- 層)
201 の一方の表面にn+ カソード層202 が形成され、こ
のn+ カソード層202 上にはカソード電極203 が形成さ
れている。また、n- 層201 の他方の表面にはpガード
リング層204 が選択的に形成され、n- 層201 中にp埋
め込み層205 が形成されている。このp埋め込み層205
は、電気的に浮遊状態にされている。This SBD has an n- drift layer (n- layer).
An n + cathode layer 202 is formed on one surface of 201, and a cathode electrode 203 is formed on the n + cathode layer 202. A p guard ring layer 204 is selectively formed on the other surface of the n- layer 201, and a p buried layer 205 is formed in the n- layer 201. This p buried layer 205
Are electrically suspended.
【0024】このようなSBDは、逆方向に電圧が印可
されたオフ状態の際に、n- 層201内の電界がp埋め込
み層205 により分割される。例えば、p埋め込み層205
が一層の場合には、n- 層201 の電界は二分割され、耐
圧が100Vの素子を仮定すると、p埋め込み層205 と
の間に必要な耐圧は50Vとなる。In such an SBD, the electric field in the n-layer 201 is divided by the p-embedded layer 205 in the off state in which a voltage is applied in the opposite direction. For example, p buried layer 205
In the case of a single layer, the electric field of the n − layer 201 is divided into two, and assuming a device having a breakdown voltage of 100V, the breakdown voltage required between the n − layer 201 and the p-buried layer 205 is 50V.
【0025】このように耐圧が低くなったことにより、
n- 層201 の不純物濃度を、p埋め込み層205 が無い場
合に比べて2倍にでき、n- 層201 中の電気抵抗を低減
することが可能となるので、素子のオン抵抗を1/2程
度まで低減することが可能となる。Since the breakdown voltage is lowered in this way,
The impurity concentration of the n- layer 201 can be doubled as compared with the case where the p-buried layer 205 is not provided, and the electric resistance in the n- layer 201 can be reduced, so that the ON resistance of the element is reduced to 1/2. It is possible to reduce to a certain degree.
【0026】上記したような従来の構造のSBDは、耐
圧を保持しつつ低オン抵抗とするために高密度で微細な
p埋め込み層205 を形成することが不可欠である。耐圧
を保持するためには、p埋め込み層205 による電界分割
が行われる必要であり、電界を分割するためにp埋め込
み層205 とpガードリング層204 との間で電気力線が終
端するように高密度のp埋め込み層205 が必要である。
この場合、p埋め込み層205 同士間の抵抗が寄生抵抗と
なるので、低オン抵抗とするためには、微細なp埋め込
み層205 が必要である。In the SBD having the conventional structure as described above, it is indispensable to form the high-density and fine p-buried layer 205 in order to maintain the withstand voltage and the low on-resistance. In order to maintain the breakdown voltage, it is necessary to divide the electric field by the p-embedded layer 205, and the electric field lines are terminated between the p-embedded layer 205 and the p-guard ring layer 204 to divide the electric field. A high density p buried layer 205 is required.
In this case, the resistance between the p-embedded layers 205 becomes a parasitic resistance, and therefore the fine p-embedded layer 205 is required to achieve a low on-resistance.
【0027】しかし、p埋め込み層205 を形成する際、
埋め込み結晶成長を行うと、結晶成長中に再拡散が起こ
るので、微細なp埋め込み層を形成することが困難であ
る。However, when forming the p buried layer 205,
When the buried crystal growth is performed, re-diffusion occurs during the crystal growth, so that it is difficult to form a fine p buried layer.
【0028】[0028]
【発明が解決しようとする課題】上記したように従来の
PiNダイオードは、逆回復損失の低減化の要求に対応
するためにPエミッタ層の厚さを薄くしていくと逆回復
時にかかるパワーにより破壊する可能性が高くなるとい
う問題があった。As described above, in the conventional PiN diode, when the thickness of the P emitter layer is reduced in order to meet the demand for reducing the reverse recovery loss, the power applied during the reverse recovery is reduced. There was a problem that the possibility of destruction increases.
【0029】また、従来の高耐圧高速ダイオードは、逆
回復動作が速くなると、ピーク逆回復電流Irrpが大きく
なり、瞬間的にかかるエネルギーも大きくなり、ある限
界値を超えると破壊してしまうという問題があった。Further, in the conventional high breakdown voltage high speed diode, when the reverse recovery operation becomes faster, the peak reverse recovery current Irrp becomes larger, the energy applied instantaneously becomes larger, and the diode is destroyed when it exceeds a certain limit value. was there.
【0030】また、従来のSBDは、耐圧を保持しつつ
低オン抵抗とするために高密度で微細なp型埋め込み層
を形成する必要があるが、微細なp型埋め込み層を形成
することが困難であるという問題があった。Further, in the conventional SBD, it is necessary to form a high-density and fine p-type buried layer in order to maintain a breakdown voltage and a low on-resistance, but it is possible to form a fine p-type buried layer. There was a problem that it was difficult.
【0031】本発明は上記の問題点を解決すべくなされ
たもので、逆回復特性を向上させつつ逆回復時の耐量を
向上させたPiNダイオードを実現可能な半導体装置を
提供することを目的とする。The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of realizing a PiN diode having improved reverse recovery characteristics and improved withstand capacity during reverse recovery. To do.
【0032】また、本発明の他の目的は、逆回復動作時
のダイオードの破壊を抑制し得る高耐圧高速ダイオード
を実現可能な半導体装置を提供することにある。Another object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of realizing a high breakdown voltage high speed diode capable of suppressing the breakdown of the diode during the reverse recovery operation.
【0033】さらに、本発明の他の目的は、微細なp型
埋め込み層を形成可能となり、高耐圧・低オン抵抗とな
るSBDを実現可能な半導体装置を提供することにあ
る。Still another object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of forming a fine p-type buried layer and realizing an SBD having a high breakdown voltage and a low on-resistance.
【0034】[0034]
【課題を解決するための手段】本発明の第1の半導体装
置は、第1導電型ベース層と、前記第1導電型ベース層
の第1主表面に形成された第1導電型エミッタ層と、前
記第1導電型ベース層の第2主表面に形成された第2導
電型エミッタ層と、前記第2導電型エミッタ層に接して
前記第1導電型ベース層中に選択的に形成された第1導
電型ピラー層と、前記第1導電型ベース層と前記第1導
電型ピラー層に接して前記第1導電型ベース層中に形成
された第2導電型ピラー層とを具備したことを特徴とす
る。A first semiconductor device of the present invention comprises a first conductivity type base layer and a first conductivity type emitter layer formed on a first main surface of the first conductivity type base layer. A second conductive type emitter layer formed on the second main surface of the first conductive type base layer, and selectively formed in the first conductive type base layer in contact with the second conductive type emitter layer. A first conductive type pillar layer; a first conductive type base layer; and a second conductive type pillar layer formed in the first conductive type base layer in contact with the first conductive type pillar layer. Characterize.
【0035】本発明の第2の半導体装置は、第1導電型
ベース層と、前記第1導電型ベース層の第1主表面に形
成された第1導電型エミッタ層と、前記第1導電型ベー
ス層の第2主表面に形成された第2導電型エミッタ層
と、前記第1導電型ベース層中に選択的に埋め込み形成
された第2導電型電位固定層とを具備したことを特徴と
する。A second semiconductor device of the present invention is a first conductivity type base layer, a first conductivity type emitter layer formed on a first main surface of the first conductivity type base layer, and the first conductivity type. A second conductive type emitter layer formed on the second main surface of the base layer; and a second conductive type potential fixing layer selectively embedded in the first conductive type base layer. To do.
【0036】本発明の第2の半導体装置は、第1導電型
の第1の半導体層と、前記第1半導体層の一方の表面に
形成された第2導電型の高不純物濃度を有する第2の半
導体層と、前記第1半導体層の他方の表面に形成された
第1導電型の高不純物濃度を有する第3の半導体層と、
前記第1半導体層の表面に前記第2の半導体層より深い
位置に形成された電界緩和用の第2導電型の第4の半導
体層とを具備したことを特徴とする。A second semiconductor device of the present invention comprises a first semiconductor layer of the first conductivity type and a second semiconductor layer of the second conductivity type formed on one surface of the first semiconductor layer and having a high impurity concentration. And a third semiconductor layer having a high impurity concentration of the first conductivity type formed on the other surface of the first semiconductor layer,
A second conductive type fourth semiconductor layer for relaxing an electric field is formed on the surface of the first semiconductor layer at a position deeper than the second semiconductor layer.
【0037】本発明の第4の半導体装置は、第1導電型
の第1の半導体層と、前記第1の半導体層に電気的に接
続された第1の主電極と、前記第1の半導体層の表面に
選択的に形成された第2導電型の第2の半導体層と、前
記第1の半導体層の表面に選択的に形成された溝に埋め
込まれた絶縁物と、前記溝の底部に選択的に形成された
第2導電型の第3の半導体層と、前記第1の半導体層と
第2の半導体層の表面に形成され、前記第1の半導体層
とショットキー接合を形成する第2の主電極とを具備し
たことを特徴とする。A fourth semiconductor device of the present invention is a first semiconductor layer of the first conductivity type, a first main electrode electrically connected to the first semiconductor layer, and the first semiconductor. A second semiconductor layer of the second conductivity type selectively formed on the surface of the layer, an insulator embedded in a groove selectively formed on the surface of the first semiconductor layer, and a bottom of the groove Formed on the surfaces of the third semiconductor layer of the second conductivity type selectively formed on the first semiconductor layer and the second semiconductor layer, and forming a Schottky junction with the first semiconductor layer. And a second main electrode.
【0038】本発明の第5の半導体装置は、第1導電型
の第1の半導体層と、前記第1の半導体層に電気的に接
続された第1の主電極と、前記第1の半導体層の表面に
選択的に形成された溝に埋め込まれた多結晶半導体と、
前記多結晶半導体と電気的に接続された第2導電型の第
2の半導体層と、前記第1の半導体層の表面に選択的に
形成された溝に埋め込まれた絶縁物と、前記溝の底部に
選択的に形成された第2導電型の第3の半導体層と、前
記第1の半導体層と第2の半導体層の表面に形成され、
前記第1の半導体層とショットキー接合を形成する第2
の主電極とを具備したことを特徴とする。According to a fifth semiconductor device of the present invention, a first conductive type first semiconductor layer, a first main electrode electrically connected to the first semiconductor layer, and the first semiconductor layer are provided. A polycrystalline semiconductor embedded in a groove selectively formed on the surface of the layer,
A second conductive type second semiconductor layer electrically connected to the polycrystalline semiconductor; an insulator embedded in a groove selectively formed on the surface of the first semiconductor layer; A third semiconductor layer of the second conductivity type selectively formed on the bottom, and formed on the surfaces of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer,
Second forming a Schottky junction with the first semiconductor layer
And a main electrode of.
【0039】[0039]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
【0040】なお、以下の実施形態では、第1導電型を
n型、第2導電型をp型としている。また、図面中、略
同一の機能および構成を有する構成要素については同一
符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。In the following embodiments, the first conductivity type is n type and the second conductivity type is p type. Further, in the drawings, constituent elements having substantially the same functions and configurations are designated by the same reference numerals, and repeated description will be given only when necessary.
【0041】<第1の実施形態>発明者らの研究によれ
ば、耐圧が4.5kV程度のシリコンPiNダイオード
において良い逆回復特性を得るためには、P型エミッタ
層の厚さを5μm以下にする必要があることが判明し
た。<First Embodiment> According to the research conducted by the inventors, in order to obtain good reverse recovery characteristics in a silicon PiN diode having a withstand voltage of about 4.5 kV, the thickness of the P-type emitter layer is 5 μm or less. Turned out to need to.
【0042】しかし、P型エミッタ層の厚さを5μm以
下にすると逆回復時にかかるパワーによりPiNダイオ
ードが破壊する可能性が高くなることが判明した。これ
は、図31(b)に示した従来例の特性のように、最も
高い電界が生じる部分が主接合であり、表面に近い主接
合部分で逆回復電流と高い電界によりアバランシェ現象
が生じるために破壊し易くなると考えられる。However, it has been found that if the thickness of the P-type emitter layer is 5 μm or less, the PiN diode is more likely to be destroyed by the power applied during reverse recovery. This is because, as in the characteristic of the conventional example shown in FIG. 31B, the portion where the highest electric field is generated is the main junction, and the reverse recovery current and the high electric field cause the avalanche phenomenon in the main junction portion near the surface. It is thought to be easily destroyed.
【0043】そこで、第1の実施形態では、逆回復特性
を向上させつつ逆回復時の耐量を向上させたPiNダイ
オードの数例を説明する。Therefore, in the first embodiment, several examples of PiN diodes having improved reverse recovery characteristics and improved withstand capacity during reverse recovery will be described.
【0044】(第1の実施例)図1(a)および(b)
は、本発明の第1の実施例に係る高耐圧PiNダイオー
ドの構造を模式的に示す断面図および逆回復動作時のア
ノードからカソードへの深さ方向の電界強度分布を概略
的に示す特性図である。(First Embodiment) FIGS. 1A and 1B.
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the high breakdown voltage PiN diode according to the first embodiment of the present invention and a characteristic diagram schematically showing the electric field strength distribution in the depth direction from the anode to the cathode during the reverse recovery operation. Is.
【0045】このダイオードは、図33(a)を参照し
て前述した従来例のダイオードと同様に、N- ベース層
1上にPエミッタ層2が形成され、反対側にはNエミッ
タ層3が形成されている。Pエミッタ層2上にはアノー
ド電極4が形成され、Nエミッタ層3上にはカソード電
極5が形成されている。さらに、N- ベース層1とPエ
ミッタ層2の間に、Nピラー層6およびPピラー層7が
挿入されている。In this diode, a P emitter layer 2 is formed on an N- base layer 1 and an N emitter layer 3 is formed on the opposite side, similarly to the conventional diode described with reference to FIG. 33 (a). Has been formed. An anode electrode 4 is formed on the P emitter layer 2, and a cathode electrode 5 is formed on the N emitter layer 3. Furthermore, an N pillar layer 6 and a P pillar layer 7 are inserted between the N − base layer 1 and the P emitter layer 2.
【0046】ここで、Nピラー層6の不純物濃度はN-
ベース層1よりも例えば高濃度に設定されているが、同
程度に設定されてもよい。また、Pピラー層7の不純物
濃度はNピラー層6と略同程度に設定されている。ま
た、各ピラー層6、7は、その深さと幅の比(アスペク
ト比)が5〜7に設定されている。Here, the impurity concentration of the N pillar layer 6 is N-.
Although the concentration is set to be higher than that of the base layer 1, the concentration may be set to the same level. The impurity concentration of the P pillar layer 7 is set to be approximately the same as that of the N pillar layer 6. The pillar layers 6 and 7 have a depth-width ratio (aspect ratio) set to 5 to 7.
【0047】上記構成のダイオードは、N- ベース層1
とPエミッタ層2との間に、Nピラー層6およびPピラ
ー層7を構成することにより、逆阻止状態で空乏層が広
がると、不純物イオンによって生じる電荷がNピラー層
6とPピラー層7との間で打ち消し合って実効的な不純
物濃度は低下する。したがって、Pピラー層7の不純物
濃度をNピラー層6より規定量高く設定することによっ
て低濃度のP型不純物層を作り出すことができる。The diode having the above-mentioned structure is the N-base layer 1
When the depletion layer spreads in the reverse blocking state by forming the N pillar layer 6 and the P pillar layer 7 between the N pillar layer 6 and the P emitter layer 2, the charge generated by the impurity ions causes the N pillar layer 6 and the P pillar layer 7 to be charged. And the effective impurity concentration decreases. Therefore, by setting the impurity concentration of the P pillar layer 7 higher than that of the N pillar layer 6 by a specified amount, a low concentration P-type impurity layer can be created.
【0048】このようなダイオードによれば、図1
(b)に示すように最高電界がN- ベース層1とピラー
層6、7との間に生じるので、アバランシェ現象が最も
激しい領域はN- ベース層1とピラー層6、7との境界
部分となる。このようにアバランシェ現象はPエミッタ
層2直下では弱くなるので、ダイオードの破壊を抑える
ことができ、逆回復損失を増大させずに通電損失を低減
させることができる。According to such a diode, as shown in FIG.
As shown in (b), the highest electric field is generated between the N − base layer 1 and the pillar layers 6 and 7, so that the region where the avalanche phenomenon is most severe is the boundary portion between the N − base layer 1 and the pillar layers 6 and 7. Becomes As described above, the avalanche phenomenon is weakened just below the P emitter layer 2, so that the breakdown of the diode can be suppressed, and the conduction loss can be reduced without increasing the reverse recovery loss.
【0049】なお、Nピラー層6およびPピラー層7の
厚さは、アバランシェ現象の起こる領域を考慮すると、
5μm以上であることが望ましい。The thicknesses of the N-pillar layer 6 and the P-pillar layer 7 are set in consideration of the region where the avalanche phenomenon occurs.
It is preferably 5 μm or more.
【0050】また、Pエミッタ層2はN- ベース層1の
表面全体に形成する必要はなく、図29に示すようにN
- ベース層1表面の一部に形成してもよい。この場合、
耐圧を出すために、アノード電極4とNピラー層6およ
びPピラー層7との間のコンタクトはショットキーコン
タクトにする必要がある。図29のように形成すると、
正孔を注入するPエミッタ層2の面積が小さくなり、N
- ベース層1への正孔の注入が抑制され、逆回復特性を
さらに向上させることができる。Further, it is not necessary to form the P emitter layer 2 on the entire surface of the N- base layer 1, and as shown in FIG.
-It may be formed on a part of the surface of the base layer 1. in this case,
The contact between the anode electrode 4 and the N pillar layer 6 and the P pillar layer 7 must be a Schottky contact in order to obtain a withstand voltage. When formed as shown in FIG. 29,
The area of the P emitter layer 2 for injecting holes becomes small, and N
-Injection of holes into the base layer 1 is suppressed, and the reverse recovery characteristic can be further improved.
【0051】(第2の実施例)図2は、本発明の第2の
実施例に係る高耐圧PiNダイオードの構造を模式的に
示す断面図である。(Second Embodiment) FIG. 2 is a sectional view schematically showing the structure of a high breakdown voltage PiN diode according to a second embodiment of the present invention.
【0052】このダイオードは、図1を参照して前述し
たダイオードにおいてPエミッタ層2とN- ベース層と
の接合が終端する接合終端部の領域の外側の構造を変更
したものである。This diode is obtained by modifying the structure outside the region of the junction termination portion where the junction between the P emitter layer 2 and the N-base layer terminates in the diode described with reference to FIG.
【0053】このダイオードは、Pエミッタ層2の周縁
部の電界を緩和するために、N- ベース層1上に絶縁膜
11を介してフィールドプレート8が形成されている。ま
た、チップ周縁端部には、空乏層の広がりを抑制して電
位を安定させるためのN型EQR(Equi-Potential Rin
g) 層9およびEQR電極10が形成される。This diode has an insulating film on the N- base layer 1 in order to relax the electric field at the peripheral portion of the P emitter layer 2.
The field plate 8 is formed via 11. At the edge of the chip, an N-type EQR (Equi-Potential Rin) for suppressing the spread of the depletion layer and stabilizing the potential is provided.
g) Layer 9 and EQR electrode 10 are formed.
【0054】上記構成のダイオードの逆阻止状態では、
フィールドプレート8がアノード電極4と同電位になっ
ており、フィールドプレート8下の等電位面の間隔が広
がるので、電界が緩和され、素子の耐圧を向上させるこ
とができる。In the reverse blocking state of the diode having the above structure,
Since the field plate 8 has the same potential as the anode electrode 4 and the interval between equipotential surfaces under the field plate 8 is widened, the electric field is alleviated and the breakdown voltage of the element can be improved.
【0055】なお、接合終端部のNピラー層6とPピラ
ー層7との間の不純物濃度比は、素子中央部とは異な
り、空乏化を促進するために略同一の濃度に設定されて
いればよい。The impurity concentration ratio between the N pillar layer 6 and the P pillar layer 7 at the junction termination portion is set to be substantially the same in order to promote depletion, unlike the central portion of the element. Good.
【0056】また、Pエミッタ層2はN- ベース層1の
表面全体に形成する必要はなく、図30に示すようにN
- ベース層1表面の一部に形成してもよい。この場合、
耐圧を出すために、アノード電極4とN- ベース層1と
の間のコンタクトはショットキーコンタクトにする必要
がある。図30のように形成すると、正孔を注入するP
エミッタ層2の面積が小さくなり、N- ベース層1への
正孔の注入が抑制され、逆回復特性をさらに向上させる
ことができる。Further, it is not necessary to form the P emitter layer 2 on the entire surface of the N- base layer 1, and as shown in FIG.
-It may be formed on a part of the surface of the base layer 1. in this case,
The contact between the anode electrode 4 and the N- base layer 1 must be a Schottky contact in order to obtain a withstand voltage. When formed as shown in FIG. 30, P for injecting holes is formed.
The area of the emitter layer 2 is reduced, the injection of holes into the N- base layer 1 is suppressed, and the reverse recovery characteristic can be further improved.
【0057】(第3の実施例)図3は、本発明の第3の
実施例に係る高耐圧PiNダイオードの構造を模式的に
示す断面図である。(Third Embodiment) FIG. 3 is a sectional view schematically showing the structure of a high breakdown voltage PiN diode according to a third embodiment of the present invention.
【0058】このダイオードは、図2を参照して前述し
たダイオードにおける接合終端部の外側を2段フィール
ドプレート構造に変更したものである。This diode is obtained by changing the outside of the junction termination portion in the diode described with reference to FIG. 2 into a two-stage field plate structure.
【0059】このように2段フィールドプレート構造に
することによって、図2の1段フィールドプレート構造
よりも電界の緩和効果が高まるので、素子の耐圧が向上
する。By thus forming the two-stage field plate structure, the effect of alleviating the electric field is enhanced as compared with the one-stage field plate structure of FIG. 2, so that the breakdown voltage of the device is improved.
【0060】なお、フィールドプレート8は2段の構造
に限定されるものではなく、2段以上の多段フィールド
プレートとしてもよい。The field plate 8 is not limited to the two-stage structure, and may be a multi-stage field plate having two or more stages.
【0061】(第4の実施例)図4は、本発明の第4の
実施例に係る高耐圧PiNダイオードの構造を模式的に
示す断面図である。(Fourth Embodiment) FIG. 4 is a sectional view schematically showing the structure of a high breakdown voltage PiN diode according to a fourth embodiment of the present invention.
【0062】このダイオードは、図2あるいは図3に示
したダイオードの接合終端部の外側をリサーフ構造に置
き換えたものである。This diode is obtained by replacing the outside of the junction termination portion of the diode shown in FIG. 2 or 3 with a RESURF structure.
【0063】このダイオードは、Pエミッタ層2の周縁
部の外側に、不純物濃度が低いP--リサーフ層12が形成
されており、このP--リサーフ層12は、逆阻止状態にお
いて空乏化する濃度に設定されている。In this diode, a P-- RESURF layer 12 having a low impurity concentration is formed outside the peripheral portion of the P emitter layer 2, and the P-- RESURF layer 12 is depleted in the reverse blocking state. It is set to concentration.
【0064】このようなリサーフ構造にすることによっ
て、逆阻止状態でP--リサーフ層12が空乏化することに
よってP--リサーフ層12の表面部に負の電荷が存在する
ことと同様の状態となるので、図2あるいは図3に示し
たフィールドプレート構造と同様に接合終端部の電界が
緩和され、耐圧が向上する。By adopting such a RESURF structure, the P-- RESURF layer 12 is depleted in the reverse blocking state, so that a negative charge exists on the surface of the P-- RESURF layer 12 in the same state. Therefore, similarly to the field plate structure shown in FIG. 2 or 3, the electric field at the junction termination portion is relaxed and the breakdown voltage is improved.
【0065】(第5の実施例)図5は、本発明の第5の
実施例に係る高耐圧PiNダイオードの構造を模式的に
示す断面図である。(Fifth Embodiment) FIG. 5 is a sectional view schematically showing the structure of a high breakdown voltage PiN diode according to a fifth embodiment of the present invention.
【0066】このダイオードは、図4を参照して前述し
たダイオードにおけるP--リサーフ層12をPエミッタ層
2よりも深く形成するように変更したものである。This diode is modified such that the P--resurf layer 12 in the diode described above with reference to FIG. 4 is formed deeper than the P emitter layer 2.
【0067】このような構造にすることによって、接合
終端部の電界を緩和する作用が強くなり、より耐圧が向
上する。With this structure, the action of relaxing the electric field at the junction termination portion becomes stronger, and the breakdown voltage is further improved.
【0068】(第6の実施例)図4あるいは図5に示し
たダイオードは、P--リサーフ層12が挿入されているの
で、ダイオードの接合終端部に逆回復電流が集中し、ダ
イオードが破壊するおそれがあり、この改善策を以下に
説明する。(Sixth Embodiment) In the diode shown in FIG. 4 or FIG. 5, since the P--resurf layer 12 is inserted, the reverse recovery current is concentrated at the junction termination portion of the diode and the diode is destroyed. There is a possibility that this will occur, and the improvement measures will be described below.
【0069】図6は、本発明の第6の実施例に係る高耐
圧PiNダイオードの構造を模式的に示す断面図であ
る。FIG. 6 is a sectional view schematically showing the structure of a high breakdown voltage PiN diode according to the sixth embodiment of the present invention.
【0070】このダイオードは、図4あるいは図5を参
照して前述したダイオードおける接合終端部の外側を2
段リサーフ構造に変更したものである。This diode has a structure in which the outside of the junction termination portion in the diode described with reference to FIG. 4 or FIG.
It has been changed to a corrugated resurf structure.
【0071】このダイオードは、Pエミッタ層2とP--
リサーフ層12との間に、空乏化しない濃度に設定したP
- リング層13を挿入するように変更したものである。This diode has a P emitter layer 2 and a P--
P with the RESURF layer 12 set to a concentration that does not deplete
-Modified to insert the ring layer 13.
【0072】このような構造にすることによって、接合
終端部の電流集中を緩和して逆回復時の耐量を向上させ
ることができる。With such a structure, it is possible to reduce the current concentration at the junction termination portion and improve the withstand voltage during reverse recovery.
【0073】なお、図6では、P--リサーフ層12をPエ
ミッタ層2と同じ深さで形成しているが、Pエミッタ層
2より深く形成してもよい。また、P- リング層13をP
エミッタ層2より浅く形成することによって、接合終端
部の電流をさらに抑制することができる。Although the P-- RESURF layer 12 is formed at the same depth as the P emitter layer 2 in FIG. 6, it may be formed deeper than the P emitter layer 2. In addition, the P-ring layer 13 is
By forming it shallower than the emitter layer 2, the current at the junction termination portion can be further suppressed.
【0074】なお、図2〜図6では、フィールドプレー
ト構造とリサーフ構造をそれぞれ単独に適用した場合を
例示したが、その他のRFP(Registive Field Plate)
構造を単独に適用したり、これらの構造を組み合わせて
使用してもよい。Although FIGS. 2 to 6 exemplify the case where the field plate structure and the RESURF structure are individually applied, other RFP (Registive Field Plate)
The structures may be applied individually or these structures may be used in combination.
【0075】(第7の実施例)図7は、本発明の第7の
実施例に係る高耐圧PiNダイオードの構造を模式的に
示す断面図である。(Seventh Embodiment) FIG. 7 is a sectional view schematically showing the structure of a high breakdown voltage PiN diode according to a seventh embodiment of the present invention.
【0076】このダイオードは、図1(a)を参照して
前述したダイオードにおいてPピラー層7の幅をNピラ
ー層6の幅よりも広く設定した点が異なる。This diode is different in that the width of the P pillar layer 7 is set wider than the width of the N pillar layer 6 in the diode described above with reference to FIG.
【0077】このような構造にすることによって、Pピ
ラー層7とNピラー層6の不純物濃度比を安定して設定
することができる。With such a structure, the impurity concentration ratio of the P pillar layer 7 and the N pillar layer 6 can be set stably.
【0078】(第8の実施例)図8(a)および(b)
は、本発明の第8の実施例に係る高耐圧PiNダイオー
ドの構造を模式的に示す断面図および逆回復動作時のア
ノードからカソードへの深さ方向の電界強度分布を概略
的に示す特性図である。(Eighth Embodiment) FIGS. 8A and 8B.
FIG. 4A is a cross-sectional view schematically showing the structure of a high breakdown voltage PiN diode according to an eighth embodiment of the present invention and a characteristic view schematically showing the electric field strength distribution in the depth direction from the anode to the cathode during reverse recovery operation. Is.
【0079】このダイオードは、図1(a)を参照して
前述したダイオードと比べて、Nピラー層6およびPピ
ラー層7が省略され、N- ベース層1中にP+ 型の電位
固定層20が挿入されている点が異なる。ここで、P+ 電
位固定層20の不純物濃度は逆阻止状態で空乏化しない濃
度に設定されている。This diode is different from the diode described above with reference to FIG. 1A in that the N-pillar layer 6 and the P-pillar layer 7 are omitted, and a P + type potential fixing layer is formed in the N- base layer 1. The difference is that 20 is inserted. Here, the impurity concentration of the P + potential fixed layer 20 is set to a concentration that does not deplete in the reverse blocking state.
【0080】このダイオードの逆阻止状態では、Pエミ
ッタ層2とP+ 電位固定層20との間に空乏層が広がる
と、N- ベース層1の不純物濃度で規定される電位に固
定され、より大きな電圧が印加されると、P+ 電位固定
層20から空乏層が広がり始め、図8(b)に示すような
電位分布となる。In the reverse blocking state of this diode, when the depletion layer spreads between the P emitter layer 2 and the P + potential fixing layer 20, it is fixed to the potential defined by the impurity concentration of the N- base layer 1, When a large voltage is applied, the depletion layer begins to spread from the P + potential fixed layer 20 and the potential distribution becomes as shown in FIG. 8 (b).
【0081】この場合、P+ 電位固定層20をN- ベース
層1の厚さの半分よりもPエミッタ層2に近い側に形成
することによって、最大電界領域が生じる部分をP+ 電
位固定層20の直下に設定することができる。In this case, by forming the P + potential fixing layer 20 on the side closer to the P emitter layer 2 than half the thickness of the N- base layer 1, the portion where the maximum electric field region occurs is the P + potential fixing layer. It can be set directly under 20.
【0082】このような構造にすることによって、最大
電界領域が主接合から離れて生成されるので、図1
(a)に示したダイオードと同様に逆回復耐量が向上す
る。With such a structure, the maximum electric field region is generated away from the main junction.
As with the diode shown in (a), the reverse recovery withstand capability is improved.
【0083】(第9の実施例)図9は、本発明の第9の
実施例に係る高耐圧PiNダイオードの構造を模式的に
示す断面図である。(Ninth Embodiment) FIG. 9 is a sectional view schematically showing the structure of a high breakdown voltage PiN diode according to a ninth embodiment of the present invention.
【0084】このダイオードは、図8(a)を参照して
前述したダイオードに接合終端構造を形成したものであ
る。This diode is obtained by forming a junction termination structure on the diode described above with reference to FIG.
【0085】このダイオードにおいて、接合終端領域に
は電界を緩和するためにP+ ガードリング層21が形成さ
れている。そして、接合終端部上には絶縁膜11が形成さ
れている。また、素子周縁端部にはN型EQR層9およ
びEQR電極10が形成されている。In this diode, a P + guard ring layer 21 is formed in the junction termination region in order to relax the electric field. Then, the insulating film 11 is formed on the junction terminal portion. Further, an N-type EQR layer 9 and an EQR electrode 10 are formed on the peripheral edge of the element.
【0086】このような構造にすることによって、ダイ
オードの逆阻止状態では、P+ ガードリング層21の電位
が空乏層に広がりに応じて電位が固定されるので、電界
が緩和され、ダイオードの耐圧を向上させることができ
る。With such a structure, in the reverse blocking state of the diode, the potential of the P + guard ring layer 21 is fixed according to the spread to the depletion layer, so that the electric field is relaxed and the breakdown voltage of the diode is reduced. Can be improved.
【0087】なお、接合終端部におけるP+ 電位固定層
20の間隔は、電界の集中を緩和するために必要な間隔で
形成される。通常は、Pエミッタ層2に近い部分(電界
が大きい部分)には密に、Pエミッタ層2から遠い部分
(電界が比較的小さい部分)には疎に形成することによ
って、電界の集中を緩和することができる。The P + potential fixing layer at the junction termination portion
The 20 intervals are formed as necessary to reduce the concentration of the electric field. Usually, the concentration of the electric field is relaxed by densely forming the portion close to the P emitter layer 2 (the portion where the electric field is large) and sparsely forming the portion far from the P emitter layer 2 (the portion where the electric field is relatively small). can do.
【0088】(第10の実施例)図10は、本発明の第
10の実施例に係る高耐圧PiNダイオードの構造を模
式的に示す断面図である。(Tenth Embodiment) FIG. 10 is a sectional view schematically showing the structure of a high breakdown voltage PiN diode according to a tenth embodiment of the present invention.
【0089】このダイオードは、図9のダイオードのP
+ ガードリング層21とP+ 電位固定層20を接するように
変更したものである。このような構造にすることによっ
て、P+ ガードリング層21とP+ 電位固定層20が同電位
となるので、P+ 電位固定層20の電位が安定し、耐圧を
安定させることができる。This diode corresponds to the P of the diode of FIG.
The + guard ring layer 21 and the P + potential fixed layer 20 are changed to be in contact with each other. With such a structure, since the P + guard ring layer 21 and the P + potential fixed layer 20 have the same potential, the potential of the P + potential fixed layer 20 is stabilized and the breakdown voltage can be stabilized.
【0090】なお、図9および図10においては、接合
終端構造としてガードリング構造を例示したが、接合終
端構造はガードリング構造に限らず、図2および図3に
例示したフィールドプレート構造、図4乃至図6に例示
したリサーフ構造、その他のRFP構造やこれらの組み
合わせ構造等を適用することができる。Although the guard ring structure is illustrated as the junction termination structure in FIGS. 9 and 10, the junction termination structure is not limited to the guard ring structure, and the field plate structure illustrated in FIGS. 2 and 3 and FIG. It is possible to apply the RESURF structure illustrated in FIGS. 6A to 6C, other RFP structures, a combination of these structures, and the like.
【0091】<第2の実施形態>第2の実施形態では、
n- 型基板1に主たるpn接合を持つダイオード、例え
ば"Comparison of High Voltage Power Rectifier Stru
ctures" 1993 IEEE pp.199-204に開示されているような
各種の高耐圧パワーダイオードに本発明を適用した数例
を説明する。<Second Embodiment> In the second embodiment,
A diode having a main pn junction on the n- type substrate 1, for example, "Comparison of High Voltage Power Rectifier Stru"
Several examples in which the present invention is applied to various high breakdown voltage power diodes as disclosed in ctures "1993 IEEE pp.199-204 will be described.
【0092】(第11の実施例)図11(a)は、本発
明の第11の実施例に係る高耐圧PiNダイオードの構
造を模式的に示す断面図である。(Eleventh Embodiment) FIG. 11A is a sectional view schematically showing the structure of a high breakdown voltage PiN diode according to an eleventh embodiment of the present invention.
【0093】このPiNダイオードは、第1導電型の半
導体基板21の一方の表面に第2導電型の高濃度不純物層
22が形成され、他方の表面に第1導電型の高濃度不純物
層23が形成されており、さらに、半導体基板の一方の表
面に第2導電型の不純物層26が形成されており、この2
導電型の不純物層26の単位面積当りの不純物総量が2×
1012cm-2以下であることを特徴とするものである。This PiN diode has a high-concentration impurity layer of the second conductivity type on one surface of the semiconductor substrate 21 of the first conductivity type.
22 is formed, a high-concentration impurity layer 23 of the first conductivity type is formed on the other surface, and an impurity layer 26 of the second conductivity type is further formed on one surface of the semiconductor substrate.
The total amount of impurities per unit area of the conductivity type impurity layer 26 is 2 ×
It is characterized in that it is 10 12 cm −2 or less.
【0094】即ち、図11(a)において、21は高抵抗
(低不純物濃度)のn型の半導体層(n- ベース層、n
- 層)であり、その一方の表面には10μm程度以下の
浅い高不純物濃度のp型のアノード層(p+ アノード
層)22および60μm程度の深い低不純物濃度のp型の
ウエル層(p- well)26が形成されている。That is, in FIG. 11A, 21 is a high-resistance (low impurity concentration) n-type semiconductor layer (n-base layer, n-type).
-Layer), and on one surface thereof is a shallow high impurity concentration p-type anode layer (p + anode layer) 22 of about 10 μm or less and a deep low impurity concentration p-type well layer (p− of about 60 μm). well) 26 is formed.
【0095】上記n- 層21の他方の表面には、n+ カソ
ード層23が形成されている。p+ アノード層22の表面に
は第1の主電極としてアノード電極24が形成され、n+
カソード層23の表面には第2の主電極としてカソード電
極25が形成されている。An n + cathode layer 23 is formed on the other surface of the n − layer 21. An anode electrode 24 is formed as a first main electrode on the surface of the p + anode layer 22, and n +
On the surface of the cathode layer 23, a cathode electrode 25 is formed as a second main electrode.
【0096】このダイオードに順方向電圧を印加する
と、p+ アノード層22からp- well26を通して正孔がn
- 層21に注入され、n+ カソード層23から電子がn- 層
21に注入され、n- 層21には高濃度の電子・正孔対が蓄
積する。When a forward voltage is applied to this diode, holes are n-typed from the p + anode layer 22 through the p-well 26.
-Injected into the layer 21, electrons from the n + cathode layer 23 are n- layers
The electron-hole pairs of high concentration are accumulated in the n − layer 21 by being injected into the n − layer 21.
【0097】次に、このダイオードに逆方向電圧を印加
して逆回復動作させると、n- 層21に蓄積している電子
はn+ カソード層23に、正孔はp+ アノード層22に移動
するので、p- well26とn- 層21との接合から空乏層が
広がっていく。Next, when a reverse voltage is applied to the diode to perform a reverse recovery operation, the electrons accumulated in the n- layer 21 move to the n + cathode layer 23 and the holes move to the p + anode layer 22. Therefore, the depletion layer expands from the junction between the p-well 26 and the n-layer 21.
【0098】なお、前記p- well26の拡散深さは、アノ
ード電極24とカソード電極25との間、つまり、p+ アノ
ード層22とn+ カソード層23との間にPiNダイオード
の定格耐圧電圧を印加した時に、n- 層21とp+ アノー
ド層22との接合付近に形成される空乏層幅の5%以上で
あることが望ましい。The diffusion depth of the p-well 26 is the rated withstand voltage of the PiN diode between the anode electrode 24 and the cathode electrode 25, that is, between the p + anode layer 22 and the n + cathode layer 23. When applied, it is preferably 5% or more of the width of the depletion layer formed in the vicinity of the junction between the n- layer 21 and the p + anode layer 22.
【0099】図11(b)は、図11(a)のダイオー
ドの逆回復動作時のアノードからカソードへの深さ方向
の電界強度分布を概略的に示す。ここで、ハッチング表
示部S1、S2の面積はそれぞれ対応してp- well26、
n- 層21にかかる電圧を示す。FIG. 11 (b) schematically shows the electric field strength distribution in the depth direction from the anode to the cathode during the reverse recovery operation of the diode of FIG. 11 (a). Here, the areas of the hatched display portions S1 and S2 correspond to p-well 26,
The voltage applied to the n-layer 21 is shown.
【0100】本例のダイオードの逆回復動作時にかかる
電圧と従来例のダイオードの逆回復動作時にかかる電圧
が等しい場合、図11(b)の特性中のS1+S2の面
積と図32に示した従来例の特性中のS3の面積とが等
しく、次式が成り立つ。When the voltage applied during the reverse recovery operation of the diode of this example is equal to the voltage applied during the reverse recovery operation of the diode of the conventional example, the area of S1 + S2 in the characteristic of FIG. 11 (b) and the conventional example shown in FIG. The area of S3 in the characteristic is equal, and the following equation is established.
【0101】S1+S2=S3 ここで、 S2=W・Emax/2 S3=W´・Emax´/2 であるから、 S1+W・Emax/2=W´・Emax´/2 …(1) となる。S1 + S2 = S3 here, S2 = W · Emax / 2 S3 = W '· Emax' / 2 Therefore, S1 + W · Emax / 2 = W ′ · Emax ′ / 2 (1) Becomes
【0102】また、本例のダイオードと従来例のダイオ
ードに流れる電流も等しい場合、n- 層21中の電界強度
およびn- 基板101 中の電界強度の傾きが等しくなるの
で、次式(2)が成り立つ。When the currents flowing through the diode of the present example and the diode of the conventional example are also equal, the electric field strengths in the n- layer 21 and the electric field strength in the n- substrate 101 are equal, and therefore the following equation (2) Holds.
【0103】 Emax/W=Emax´/W´ …(2) 上式(1)、(2)を解くと、次式(3)が得られる。[0103] Emax / W = Emax '/ W' (2) By solving the above equations (1) and (2), the following equation (3) is obtained.
【0104】
{1−(W/W´)}=2S1{1+(W/W´)}/Emax´…(3)
ここで、全ての変数は正の値であるので
{1−(W/W´)}≧0 …(4)
となり、前記式(4)、(2)を解くと、次式(5)が
得られる。{1- (W / W ')} = 2S1 {1+ (W / W')} / Emax '... (3) Here, since all variables are positive values, {1- (W / W ′)} ≧ 0 (4), and by solving the equations (4) and (2), the following equation (5) is obtained.
【0105】
Emax´>Emax …(5)
上式(5)は、本例のダイオードの最大電界の方が従来
例のダイオードの最大電界よりも常に小さい、即ち、ダ
イオード内の最大電界がp- well26によって緩和される
ことを示している。Emax ′> Emax (5) In the above expression (5), the maximum electric field of the diode of this example is always smaller than the maximum electric field of the diode of the conventional example, that is, the maximum electric field in the diode is p− It shows that it is alleviated by well26.
【0106】このようにダイオード内の最大電界が緩和
されると、ダイオード内部で局所的に発生する電力損密
度P=ExJが緩和されるので、ダイオードの破壊耐量
が改善される。When the maximum electric field in the diode is relaxed in this way, the power loss density P = ExJ locally generated in the diode is relaxed, so that the breakdown resistance of the diode is improved.
【0107】即ち、上記第11の実施例の高耐圧PiN
ダイオードは、逆回復動作時に完全に空乏化する深い拡
散のp- well26を形成したことにより、逆回復動作時に
ダイオード内部に発生する最大電界を緩和することがで
き、逆回復動作時のダイオードの破壊を抑制することが
できる。That is, the high breakdown voltage PiN of the eleventh embodiment described above.
Since the diode forms a deep diffusion p-well 26 that is fully depleted during reverse recovery operation, the maximum electric field generated inside the diode during reverse recovery operation can be relaxed, and the diode is destroyed during reverse recovery operation. Can be suppressed.
【0108】なお、ここで、p- well26の不純物総量を
2×1012cm-2以下とする根拠について説明する。こ
の数値は、pn接合(ここではp- well26とn- 層21の
接合)がアバランシェ降伏を起こす前にp- well26が完
全に空乏化するための条件である。Here, the reason why the total amount of impurities in the p-well 26 is set to 2 × 10 12 cm -2 or less will be described. This value is a condition for the p-well 26 to be completely depleted before the pn junction (here, the junction between the p-well 26 and the n-layer 21) undergoes avalanche breakdown.
【0109】p- well26に空乏層が広がっている場合、
半導体の基本方程式であるポアソンの式を解くことによ
って、その最大電界Emax(V/cm)と空乏化した
領域の不純物総量Q(cm-2)の間に次のような関係が
あることが分かる。When the depletion layer extends in p-well 26,
By solving Poisson's equation, which is the basic equation for semiconductors, it is found that there is the following relationship between the maximum electric field Emax (V / cm) and the total amount of impurities Q (cm -2 ) in the depleted region. .
【0110】
Emax=(q/εSi)Q …(6)
ここで、qは電子の素電荷量であり1.6×10
-19 (C)、εSiはシリコンの誘電率1.05×10
-12(F/cm)である。Emax = (q / ε Si ) Q (6) Here, q is the amount of elementary charge of electrons and is 1.6 × 10 5.
-19 (C), ε Si is the dielectric constant of silicon 1.05 × 10
-12 (F / cm).
【0111】pn接合がアバランシェ降伏を起こす前に
p- well26が完全に空乏化するためには、アバランシェ
降伏が起こる臨界電界強度EcよりもEmaxが小さけ
ればよい。つまり、
Emax<Ec …(7)
である。In order for the p-well 26 to be completely depleted before the avalanche breakdown occurs in the pn junction, it is sufficient that Emax is smaller than the critical electric field strength Ec at which avalanche breakdown occurs. That is, Emax <Ec (7).
【0112】一般にEcは2〜3×105 (V/cm)
であるから、上記(6)、(7)式を解くと、
Q=εSi・Ec/q≦2×1012(cm-2) …(8)
の条件が得られる。ただし、この数値は素子構造に依存
するため、厳密な臨界条件でない。Generally, Ec is 2 to 3 × 10 5 (V / cm)
Therefore, by solving the above equations (6) and (7), the condition of Q = ε Si · Ec / q ≦ 2 × 10 12 (cm −2 ) (8) is obtained. However, this value is not a strict critical condition because it depends on the device structure.
【0113】(第12の実施例)図12は、本発明の第
12の実施例に係る高耐圧P- iNダイオードの構造を
模式的に示す断面図である。(Twelfth Embodiment) FIG. 12 is a sectional view schematically showing the structure of a high breakdown voltage P-iN diode according to a twelfth embodiment of the present invention.
【0114】このP- iNダイオードは、図11(a)
を参照して前述したPiNダイオードと比べて、p+ ア
ノード層22に代えて、p- アノード層22a がn- 層21の
表面に形成される点が異なり、その他は同じである。This P-iN diode is shown in FIG.
Compared with the PiN diode described above with reference to FIG. 3, a p- anode layer 22a is formed on the surface of the n- layer 21 instead of the p + anode layer 22, and the other points are the same.
【0115】上記p- アノード層22a は、図11(a)
中のp+ アノード層22と比べて、単位面積当りの不純物
総量が少なく、その拡散深さが浅く、2〜4μmであ
る。The p- anode layer 22a is formed as shown in FIG.
Compared with the inside p + anode layer 22, the total amount of impurities per unit area is small, and the diffusion depth thereof is shallow, which is 2 to 4 μm.
【0116】(第13の実施例)図13は、本発明の第
13の実施例に係る高耐圧MPS(Merged P-i-N/Schott
ky) ダイオードの構造を模式的に示す断面図である。(Thirteenth Embodiment) FIG. 13 shows a high breakdown voltage MPS (Merged PiN / Schott) according to a thirteenth embodiment of the present invention.
ky) is a sectional view schematically showing the structure of a diode.
【0117】このMPSダイオードは、図11(a)を
参照して前述したPiNダイオードと比べて、n- 層21
の表面にp+ アノード層22が選択的に形成されており、
アノード電極24とシリコン領域の接触面にオーミック接
触面とショットキー接触面を持つ点が異なり、その他は
同じである。This MPS diode is different from the PiN diode described with reference to FIG.
P + anode layer 22 is selectively formed on the surface of
They are the same except that they have an ohmic contact surface and a Schottky contact surface on the contact surface between the anode electrode 24 and the silicon region.
【0118】(第14の実施例)図14は、本発明の第
14の実施例に係る高耐圧SSD(Static Shielding Di
ode)ダイオードの構造を模式的に示す断面図である。(Fourteenth Embodiment) FIG. 14 shows a high breakdown voltage SSD (Static Shielding Dielectric) according to a fourteenth embodiment of the present invention.
(ode) is a cross-sectional view schematically showing the structure of a diode.
【0119】このSSDダイオードは、図13を参照し
て前述したMPSダイオードと比べて、アノード電極24
のショットキー接触面に単位面積当りの不純物総量が少
なく、かつ、拡散深さが0.2〜1μm程度の非常に浅
いp- アノード層22a を持つ点が異なり、その他は同じ
である。Compared with the MPS diode described above with reference to FIG. 13, this SSD diode has an anode electrode 24
The other points are the same, except that the Schottky contact surface has a small total amount of impurities per unit area and has a very shallow p-anode layer 22a having a diffusion depth of about 0.2 to 1 μm.
【0120】(第15の実施例)図15は、本発明の第
15の実施例に係る高耐圧SPEED(Self adapting P
-Emitter Efficiency Diode)ダイオードの構造を模式的
に示す断面図である。(Fifteenth Embodiment) FIG. 15 shows a high withstand voltage SPEED (Self adapting P) according to a fifteenth embodiment of the present invention.
-Emitter Efficiency Diode) FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a diode.
【0121】このSPEEDダイオードは、図14を参
照して前述したSSDダイオードと比べて、p- アノー
ド層22a の代わりに、p+ アノード層22を囲むように注
入効率の異なるpアノード層22b を持つ点が異なり、そ
の他は同じである。Compared to the SSD diode described above with reference to FIG. 14, this SPEED diode has a p-anode layer 22b different in injection efficiency so as to surround the p + anode layer 22 instead of the p- anode layer 22a. The points are different, and the others are the same.
【0122】(第16の実施例)図16は、本発明の第
16の実施例に係る高耐圧SFD(Soft and Fast recov
erry Diode) ダイオードの構造を模式的に示す断面図で
ある。(Sixteenth Embodiment) FIG. 16 shows a high breakdown voltage SFD (Soft and Fast recov) according to a sixteenth embodiment of the present invention.
(erry Diode) is a cross-sectional view schematically showing the structure of a diode.
【0123】このSFDダイオードは、図14を参照し
て前述したSSDダイオードと比べて、アノード電極24
のショットキー接触面がAl-Si-Alloy 27で形成されてい
る点が異なり、その他は同じである。Compared with the SSD diode described above with reference to FIG. 14, this SFD diode has an anode electrode 24
The difference is that the Schottky contact surface of is formed of Al-Si-Alloy 27, and the other is the same.
【0124】(第17の実施例)図17は、本発明の第
17の実施例に係る高耐圧TMBSダイオードの構造を
模式的に示す断面図である。(Seventeenth Embodiment) FIG. 17 is a sectional view schematically showing the structure of a high breakdown voltage TMBS diode according to a seventeenth embodiment of the present invention.
【0125】このTMBSダイオードは、図13を参照
して前述したMPSダイオードと比べて、p+ アノード
層22の代わりに、トレンチ溝中に酸化膜28を介してアノ
ード電極24が形成されている点が異なり、その他は同じ
である。This TMBS diode is different from the MPS diode described with reference to FIG. 13 in that an anode electrode 24 is formed in the trench groove via an oxide film 28 instead of the p + anode layer 22. , But the others are the same.
【0126】<第3の実施形態>第3の実施形態では、
電力用SBDに本発明を適用した数例を説明する。<Third Embodiment> In the third embodiment,
Several examples in which the present invention is applied to a power SBD will be described.
【0127】(第18の実施例)図18は、本発明の第
18の実施例に係る電力用SBDの構造を模式的に示す
断面図である。(Eighteenth Embodiment) FIG. 18 is a sectional view schematically showing the structure of a power SBD according to an eighteenth embodiment of the present invention.
【0128】このSBDは、第1の半導体層であるn-
層31の一方の表面に高不純物濃度の半導体層(例えばn
+ カソード層)32が形成され、このn+ カソード層32上
には第1の主電極(カソード電極)33が形成されてい
る。This SBD is n − which is the first semiconductor layer.
A semiconductor layer having a high impurity concentration (for example, n
+ Cathode layer) 32 is formed, and a first main electrode (cathode electrode) 33 is formed on the n + cathode layer 32.
【0129】上記n- 層31の他方の表面には、第2の半
導体層として複数のpガードリング層34が互いに間隔を
おいて選択的、且つ、平面ストライプ状に拡散形成さ
れ、さらに、溝(トレンチ)が形成されて絶縁物37で埋
め込まれている。上記溝の底部には、第3の半導体層と
してp埋め込み層35が形成されている。そして、n- 層
31とショットキー接合を形成する第2の主電極(アノー
ド電極)36が形成されている。On the other surface of the n-layer 31, a plurality of p-guard ring layers 34 are formed as second semiconductor layers with a space between each other selectively and in a diffused plane stripe pattern. (Trench) is formed and filled with an insulator 37. A p-embedded layer 35 is formed as a third semiconductor layer on the bottom of the groove. And the n- layer
A second main electrode (anode electrode) 36 forming a Schottky junction with 31 is formed.
【0130】図19(a)乃至(f)は、図18のSB
Dの製造工程(プロセスフロー)にしたがってそれぞれ
構造を模式的に示す断面図である。FIGS. 19A to 19F show SBs in FIG.
It is sectional drawing which shows each structure typically according to the manufacturing process (process flow) of D.
【0131】まず、図19(a)に示すように、n+ 層
32上にエピタキシャル成長によりn- 層31が形成された
半導体ウエハ(元基板)を用意する。次に、図19
(b)に示すように、n- 層31の表面に酸化膜(SiO
2 膜)51を形成し、レジスト52のパターンを形成し、n
- 層31に溝53を形成する。First, as shown in FIG. 19A, an n + layer
A semiconductor wafer (original substrate) having an n − layer 31 formed by epitaxial growth on 32 is prepared. Next, FIG.
As shown in (b), an oxide film (SiO 2) is formed on the surface of the n − layer 31.
2 film) 51, a pattern of resist 52 is formed, and n
Forming a groove 53 in the layer 31.
【0132】次に、図19(c)に示すように、溝53の
底部にボロンをイオン注入し、活性化することにより、
図19(d)に示すように、p埋め込み層35を選択的に
形成する。この後、溝53内を絶縁物(SiO2 )37で埋
め込む。その後、図19(e)に示すように、n- 層31
の表面に選択的にpガードリング層34を形成した後、図
19(f)に示すように、アノード電極36とカソード電
極33を形成する。Next, as shown in FIG. 19C, boron is ion-implanted into the bottom of the groove 53 to activate it.
As shown in FIG. 19D, the p-buried layer 35 is selectively formed. After that, the inside of the groove 53 is filled with an insulator (SiO 2 ) 37. Then, as shown in FIG.
After the p guard ring layer 34 is selectively formed on the surface of, the anode electrode 36 and the cathode electrode 33 are formed as shown in FIG.
【0133】このプロセスでは、主な熱工程は、p埋め
込み層35とpガードリング層34の活性化アニールのみと
なり、p埋め込み層35の拡散を抑えることができるの
で、高密度で微細なp埋め込み層35を形成することが可
能となる。In this process, the main heat step is only the activation annealing of the p buried layer 35 and the p guard ring layer 34, and the diffusion of the p buried layer 35 can be suppressed. It is possible to form the layer 35.
【0134】さらに、p埋め込み層35の拡散を抑えるプ
ロセスとして、前記プロセスとは逆に、n- 層31の表面
にpガードリング層34を形成した後に溝を形成してp埋
め込み層35を形成すると、pガードリング層34とは別の
アニール条件でp埋め込み層35を形成できるので、微細
化が可能となる。Further, as a process of suppressing the diffusion of the p-buried layer 35, contrary to the above-mentioned process, after forming the p-guard ring layer 34 on the surface of the n − layer 31, a groove is formed to form the p-buried layer 35. Then, the p-buried layer 35 can be formed under annealing conditions different from those for the p-guard ring layer 34, so that miniaturization is possible.
【0135】ここで、耐圧が100Vのダイオードの一
例として、n- 層31は、不純物濃度が4×1015cm-3
で約9μmの厚さに形成され、n+ カソード層32は、不
純物濃度が約1×1019cm-3で約200μmの厚さに
形成されている。Here, as an example of a diode having a withstand voltage of 100 V, the n − layer 31 has an impurity concentration of 4 × 10 15 cm −3.
The n + cathode layer 32 has an impurity concentration of about 1 × 10 19 cm -3 and a thickness of about 200 μm.
【0136】なお、n+ カソード層32は必要に応じて形
成すればよい。また、絶縁物37で埋め込まれた溝は、幅
0.6μm、深さ4μmで形成され、その底部のp埋め
込み層35は、深さ1μm、幅1.4μm、横方向ピッチ
3μmで形成されている。The n + cathode layer 32 may be formed if necessary. The groove filled with the insulator 37 is formed with a width of 0.6 μm and a depth of 4 μm, and the p-embedded layer 35 at the bottom thereof is formed with a depth of 1 μm, a width of 1.4 μm and a lateral pitch of 3 μm. There is.
【0137】なお、図34に示した従来例のように埋め
込み結晶成長を用いてp埋め込み層205 を形成した場合
には、埋め込み成長時の再拡散によりp埋め込み層205
が深さ2.5μm、幅3μm程度に形成されるので、p
埋め込み層205 間の寄生抵抗が大きくなる。When the p buried layer 205 is formed by using buried crystal growth as in the conventional example shown in FIG. 34, the p buried layer 205 is re-diffused during the buried growth.
Is formed with a depth of 2.5 μm and a width of 3 μm, so p
The parasitic resistance between the buried layers 205 increases.
【0138】即ち、上記したように埋め込み結晶成長を
用いずに溝53を形成し、その底部にp埋め込み層35を形
成する際には、プロセス温度を下げ、高密度で微細なp
埋め込み層35を形成することが可能となる。That is, as described above, when the groove 53 is formed without using the buried crystal growth and the p buried layer 35 is formed at the bottom of the groove 53, the process temperature is lowered and a high density and fine p
It becomes possible to form the buried layer 35.
【0139】図20は、本実施例のように溝底部にp埋
め込み層35を形成した場合と、従来例のように埋め込み
結晶成長を用いてp埋め込み層205 を形成した場合のS
BDのオン抵抗/耐圧のトレードオフ関係を説明するた
めに示している。対比のため、p埋め込み層が無いSB
Dの特性も図示している。FIG. 20 shows S in the case where the p-buried layer 35 is formed at the bottom of the groove as in the present embodiment and in the case where the p-buried layer 205 is formed by using buried crystal growth as in the conventional example.
It is shown in order to explain the trade-off relationship of BD on-resistance / breakdown voltage. For comparison, SB without p-embedded layer
The characteristic of D is also illustrated.
【0140】p型埋め込み層が無い場合に比べて、p埋
め込み層が有る場合は、低オン抵抗となる。この場合、
従来例のように埋め込み結晶成長を用いる場合はp埋め
込み層は幅が広いが、本実施例のように溝底部にp埋め
込み層35を形成する場合は微細に形成できるので、本実
施例の方が従来例よりも低オン抵抗となる。特に、耐圧
が100V以下のダイオードでは、従来例のように埋め
込み成長を用いた場合は、p埋め込み層間の寄生抵抗が
無視できなくなり、埋め込み層が無い場合と変わらない
オン抵抗となってしまうが、本実施例では耐圧が100
V以下でもp埋め込み層が無い場合よりも低オン抵抗が
期待できる。Compared to the case where there is no p-type buried layer, the ON resistance becomes lower when the p-type buried layer exists. in this case,
When the buried crystal growth is used as in the conventional example, the p-buried layer is wide, but when the p-buried layer 35 is formed at the bottom of the groove as in the present embodiment, it can be formed finely. Has a lower on-resistance than the conventional example. In particular, in a diode having a withstand voltage of 100 V or less, when the buried growth is used as in the conventional example, the parasitic resistance between the p-buried layers cannot be ignored, and the on-resistance becomes the same as that without the buried layer. In this embodiment, the withstand voltage is 100.
Even if it is V or less, a lower on-resistance can be expected as compared with the case where there is no p buried layer.
【0141】また、本実施例において、溝底部にp埋め
込み層35を形成した後、溝内を絶縁物37で埋め込む前に
斜め方向からのイオン注入や気相拡散などを用いて溝側
壁にp- 層を形成することによってpガードリング層34
とp埋め込み層35を接続すると、逆方向電圧印加時に空
乏化したp埋め込み層35を順回復時に速やかに充電する
ことが可能になるので、高速動作に有利である。Further, in this embodiment, after forming the p-buried layer 35 at the bottom of the groove, before filling the inside of the groove with the insulator 37, the p-side surface of the groove is formed by ion implantation or vapor phase diffusion from an oblique direction. -P-guard ring layer 34 by forming a layer
By connecting the p-embedded layer 35 with the p-embedded layer 35, it is possible to quickly charge the p-embedded layer 35 that has been depleted when a reverse voltage is applied, which is advantageous for high-speed operation.
【0142】(第19の実施例)図21は、本発明の第
19の実施例に係る電力用SBDの構造を模式的に示す
断面図である。(Nineteenth Embodiment) FIG. 21 is a sectional view schematically showing the structure of a power SBD according to a nineteenth embodiment of the present invention.
【0143】このSBDは、図18を参照して前述した
ダイオードと比べて、溝を埋める多結晶半導体(ポリシ
リコン)38と溝周辺のpガードリング層34により二層構
造のpガードリング層34a が形成される点が異なり、そ
の他は同じである。Compared with the diode described above with reference to FIG. 18, this SBD has a two-layered p guard ring layer 34a composed of a polycrystalline semiconductor (polysilicon) 38 filling the groove and a p guard ring layer 34 around the groove. Are the same, and the others are the same.
【0144】このような構造によれば、pガードリング
層34を溝部のみに形成するので、図18に示したダイオ
ードのような熱拡散では得られない、幅が狭く、且つ、
深いpガードリング層34を形成することができる。According to such a structure, since the p guard ring layer 34 is formed only in the groove portion, the width is narrow, which cannot be obtained by thermal diffusion like the diode shown in FIG. 18, and
A deep p guard ring layer 34 can be formed.
【0145】これにより、ショットキー接合のリーク電
流とpガードリング層34間の寄生抵抗を小さくすること
が可能となる。また、溝を用いてpガードリング層34を
形成するプロセスは、pガードリング層34を形成するた
めの熱拡散時間を短くすることが可能であり、pガード
リング層34とp埋め込み層35の拡散を同時に行う場合、
拡散時間が短くなり、微細なp埋め込み層35を形成する
場合に適している。As a result, it is possible to reduce the leakage current of the Schottky junction and the parasitic resistance between the p guard ring layers 34. Further, the process of forming the p-guard ring layer 34 using the groove can shorten the thermal diffusion time for forming the p-guard ring layer 34, and thus the p-guard ring layer 34 and the p-buried layer 35 can be formed. If you do the diffusion at the same time,
The diffusion time is shortened, which is suitable for forming a fine p buried layer 35.
【0146】(第20の実施例)図22は、本発明の第
20の実施例に係る電力用SBDの構造を模式的に示す
断面図である。(Twentieth Embodiment) FIG. 22 is a sectional view schematically showing the structure of a power SBD according to a twentieth embodiment of the present invention.
【0147】このSBDは、図18を参照して前述した
ダイオードと比べて、pガードリング層34とp埋め込み
層35を同じ溝部に形成している点が異なり、その他は同
じである。This SBD is different from the diode described above with reference to FIG. 18 in that the p guard ring layer 34 and the p buried layer 35 are formed in the same groove portion, and the other points are the same.
【0148】図21に示した第19の実施例では、pガ
ードリング層34とp埋め込み層35を別々の溝部に形成し
ているが、まず、溝底部にp埋め込み層35を形成して溝
内に絶縁物37を埋めこんだ後、ウェットエッチングによ
り絶縁物37を掘り下げ、p型ポリシリコン38を埋め込む
ようにすれば、第19の実施例と比べてドライエッチン
グプロセスを1回省略することが可能となる。In the nineteenth embodiment shown in FIG. 21, the p-guard ring layer 34 and the p-embedded layer 35 are formed in separate grooves, but first, the p-embedded layer 35 is formed at the bottom of the groove to form the groove. If the insulator 37 is buried in the inside and then the insulator 37 is dug down by wet etching and the p-type polysilicon 38 is buried, the dry etching process can be omitted once compared with the nineteenth embodiment. It will be possible.
【0149】(第21の実施例)図23は、本発明の第
21の実施例に係る電力用SBDの構造を模式的に示す
断面図である。(Twenty-first Embodiment) FIG. 23 is a sectional view schematically showing the structure of a power SBD according to a twenty-first embodiment of the present invention.
【0150】このSBDは、図18を参照して前述した
ダイオードと比べて、pガードリング層34とp埋め込み
層35がそれぞれ平面ストライプ状に形成され、互いに直
交している点が異なる。This SBD is different from the diode described with reference to FIG. 18 in that the p guard ring layer 34 and the p buried layer 35 are formed in a plane stripe shape and are orthogonal to each other.
【0151】このような構造にすることにより、それぞ
れの周期を独立に制御することが可能である。上記pガ
ードリング層34の周期はショットキー接合リークに影響
し、p埋め込み層35の周期はn- 層31内の電界分割に影
響するので、それぞれを最適化する設計が可能になる。With such a structure, each cycle can be controlled independently. The period of the p-guard ring layer 34 affects the Schottky junction leak, and the period of the p-buried layer 35 affects the electric field division in the n-layer 31, so that it is possible to optimize each design.
【0152】また、pガードリング層34として、前述し
たように溝内にポリシリコンを埋め込む構造にすること
も可能である。Further, the p guard ring layer 34 may have a structure in which polysilicon is embedded in the groove as described above.
【0153】(第22の実施例)図24は、本発明の第
22の実施例に係る電力用SBDの構造を模式的に示す
断面図である。(Twenty-second Embodiment) FIG. 24 is a sectional view schematically showing the structure of a power SBD according to a twenty-second embodiment of the present invention.
【0154】このSBDは、図18を参照して前述した
ダイオードと比べて、p埋め込み層形成用の溝を平面格
子状のパターンとなるように配置することにより、p埋
め込み層35を格子状に形成している点が異なる。Compared with the diode described above with reference to FIG. 18, this SBD has the p-buried layer 35 formed in a grid pattern by arranging the grooves for forming the p-buried layer in a planar grid pattern. The difference is that they are formed.
【0155】また、素子終端部において、アノード側表
面にpガードリング層34を形成することともにn- 層31
中にp埋め込み層35を形成して電界を緩和することによ
り、耐圧低下を抑制している。この場合、素子終端部の
pガードリング層34の周期はp埋め込み層35の周期と異
なっていても実施可能である。Further, in the device termination portion, the p guard ring layer 34 is formed on the surface on the anode side, and the n − layer 31 is formed.
By forming the p-embedded layer 35 therein and relaxing the electric field, a decrease in breakdown voltage is suppressed. In this case, it is possible to implement even if the period of the p guard ring layer 34 at the device termination portion is different from the period of the p buried layer 35.
【0156】このような構造にすることにより、前述し
たようにp埋め込み層35をストライプ状に形成するより
も、p埋め込み層35間の寄生抵抗を低減することがで
き、オン抵抗を下げることが可能になる。With such a structure, the parasitic resistance between the p-buried layers 35 can be reduced and the on-resistance can be lowered, as compared with the case where the p-buried layers 35 are formed in a stripe shape as described above. It will be possible.
【0157】なお、p埋め込み層形成用の溝を、格子パ
ターンをジグザグ状にずらした平面千鳥格子状のパター
ンとなるように配置しても実施可能である。It is also possible to arrange the grooves for forming the p-buried layer so as to form a plane zigzag lattice pattern in which the lattice pattern is shifted in a zigzag pattern.
【0158】(第23の実施例)図25は、本発明の第
23の実施例に係る電力用SBDの構造を模式的に示す
断面図である。(Twenty-third Embodiment) FIG. 25 is a sectional view schematically showing the structure of a power SBD according to a twenty-third embodiment of the present invention.
【0159】このSBDは、図24を参照して前述した
ダイオードと比べて、p埋め込み層形成用の溝を、素子
中央部ではストライプ状に形成し、素子終端部では格子
状に形成している点が異なる。In this SBD, as compared with the diode described with reference to FIG. 24, the groove for forming the p-buried layer is formed in a stripe shape in the central portion of the element and in a lattice shape in the terminal portion of the element. The points are different.
【0160】p埋め込み層35は、素子終端部でも周期的
に形成する必要がある。終端部においてもp埋め込み層
形成用の溝をストライプ状に形成してしまうと、逆方向
電圧印加時に横方向に空乏層が伸びる際に絶縁物37でキ
ャリアが閉じ込められてしまうので、空乏化が妨げられ
て電界が集中し、耐圧が低下してしまう。そこで、終端
部では、p埋め込み層形成用の溝を格子状もしくは千鳥
格子状に形成し、逆方向電圧印加時の空乏化の際にキャ
リアを閉じ込めないようにすることにより、耐圧の低下
を抑制することができる。The p-buried layer 35 needs to be formed periodically even at the device terminal portion. If the groove for forming the p-buried layer is formed in a stripe shape also in the terminal portion, carriers are confined by the insulator 37 when the depletion layer extends in the lateral direction when a reverse voltage is applied, and thus depletion occurs. This is hindered, the electric field is concentrated, and the breakdown voltage is reduced. Therefore, in the terminal portion, the grooves for forming the p-buried layer are formed in a lattice shape or a zigzag lattice shape so as to prevent carriers from being confined during depletion when a reverse voltage is applied, thereby lowering the breakdown voltage. Can be suppressed.
【0161】(第24の実施例)図26は、本発明の第
24の実施例に係る電力用SBDの構造を模式的に示す
断面図である。(Twenty-fourth Embodiment) FIG. 26 is a sectional view schematically showing the structure of a power SBD according to a twenty-fourth embodiment of the present invention.
【0162】このSBDは、横型SBDにおいてp埋め
込み層形成用の溝を用いてp埋め込み層35を形成してい
る。ここで、31はn- 層、32はn+ カソード層、33はカ
ソード電極、34はpガードリング層、35は溝内にポリシ
リコン39を埋め込んだ構造のp埋め込み層、36はアノー
ド電極である。なお、SBD基板となるn- 基板30は、
キャリアが走行するn- 層31よりも低い不純物濃度であ
ることが望ましい。In this SBD, the p-embedded layer 35 is formed using the groove for forming the p-embedded layer in the lateral SBD. Here, 31 is an n- layer, 32 is an n + cathode layer, 33 is a cathode electrode, 34 is a p guard ring layer, 35 is a p buried layer having a structure in which polysilicon 39 is buried in a groove, and 36 is an anode electrode. is there. The n- substrate 30, which is the SBD substrate, is
It is desirable that the impurity concentration is lower than that of the n- layer 31 in which the carriers run.
【0163】また、アノード電極36とカソード電極33と
の間でn- 層31中のp埋め込み層35の数を増やすことで
電界分割数を増やすことにより、n- 層31の濃度を分割
数に比例して増やすことが可能となるので、さらに低オ
ン抵抗化が可能になる。Further, by increasing the number of p-embedded layers 35 in the n − layer 31 between the anode electrode 36 and the cathode electrode 33 to increase the number of electric field divisions, the concentration of the n − layer 31 becomes the number of divisions. Since it can be increased proportionally, the on-resistance can be further reduced.
【0164】なお、p埋め込み層35は、前記したような
溝を用いずに、イオン注入と熱拡散を用いても形成可能
であるが、深くて幅の狭いp埋め込み層35を得るために
は溝を用いて形成することが望ましい。The p-buried layer 35 can be formed by using ion implantation and thermal diffusion without using the groove as described above, but in order to obtain a deep and narrow p-buried layer 35, It is desirable to use grooves.
【0165】なお、図中点線で示すように、n- 層31の
表面にp- 層40を形成し、このp-層40でp埋め込み層3
5とpガードリング層34を接続すると、ダイオードの順
回復時にp- 層40を通して速やかにp埋め込み層35が充
電されるようになり、高速動作に適している。As shown by the dotted line in the figure, the p-layer 40 is formed on the surface of the n-layer 31, and the p-layer 40 is used to form the p-embedded layer 3.
When 5 and the p guard ring layer 34 are connected, the p buried layer 35 is quickly charged through the p- layer 40 during forward recovery of the diode, which is suitable for high speed operation.
【0166】また、カソード電極33とアノード電極36
は、それぞれ溝を用いて形成すると深い電極を形成する
ことが可能となり、キャリアが流れる実効的な電極面積
を大きくすることができるので、チップ面積を広げずに
オン抵抗を下げることが可能になる。In addition, the cathode electrode 33 and the anode electrode 36
Can form a deep electrode when each is formed using a groove, and can increase the effective electrode area through which carriers flow, so that it is possible to reduce the on-resistance without expanding the chip area. .
【0167】(第25の実施例)図27は、本発明の第
25の実施例に係る電力用SBDの構造を模式的に示す
断面図である。(Twenty-fifth Embodiment) FIG. 27 is a sectional view schematically showing the structure of a power SBD according to a twenty-fifth embodiment of the present invention.
【0168】このSBDは、図26を参照して前述した
横型ダイオードと比べて、p埋め込み層35の代わりに、
ショットキーメタル41が埋め込まれている点が異なる。This SBD is different from the lateral diode described above with reference to FIG.
The difference is that the Schottky metal 41 is embedded.
【0169】このような構造にすることにより、埋め込
みショットキーメタル41がp埋め込み層35と同じ効果を
発揮するので、電界分割が可能となり、低オン抵抗を実
現できる。With such a structure, the embedded Schottky metal 41 exhibits the same effect as the p-embedded layer 35, so that electric field division can be performed and low on-resistance can be realized.
【0170】なお、アノード電極36と埋め込みショット
キーメタル41は、それぞれ溝を同時に形成し、ショット
キーメタルを同時に埋め込むことにより形成することが
可能である。The anode electrode 36 and the embedded Schottky metal 41 can be formed by forming grooves simultaneously and filling the Schottky metal at the same time.
【0171】また、アノード電極36やショットキーメタ
ル41が埋め込まれる溝の底部や角部にp層を形成した
り、水素アニールやウェットエッチング、ケミカルドラ
イエッチング等を用いて前記溝の角部を丸めるなどの処
理を行うことにより、電界を緩和し、リーク電流を抑制
することが可能である。Further, a p layer is formed at the bottom and corners of the groove in which the anode electrode 36 and the Schottky metal 41 are embedded, and the corners of the groove are rounded by hydrogen annealing, wet etching, chemical dry etching or the like. It is possible to alleviate the electric field and suppress the leak current by carrying out such a treatment.
【0172】また、溝を用いてn+ カソード層32を深く
形成すると、キャリアが走行する面積を広くすることが
可能になり、オン抵抗を低減することができる。Further, if the n + cathode layer 32 is formed deep by using the groove, it is possible to widen the area over which carriers travel, and it is possible to reduce the on-resistance.
【0173】(第26の実施例)図28は、本発明の第
26の実施例に係る電力用SBDの構造を模式的に示す
断面図である。(Twenty-sixth Embodiment) FIG. 28 is a sectional view schematically showing the structure of a power SBD according to a twenty-sixth embodiment of the present invention.
【0174】このSBDは、図26を参照して前述した
横型ダイオードと比べて、p埋め込み層35の代わりに、
溝内に絶縁物42が埋め込まれている点が異なるが、同様
な原理で動作する。This SBD is different from the lateral diode described with reference to FIG.
The insulator 42 is embedded in the groove, but operates on the same principle.
【0175】このような構造にすることにより、埋め込
み絶縁物42がp埋め込み層35と同じ効果を発揮するの
で、電界分割が可能となり、低オン抵抗を実現できる。With such a structure, the embedded insulator 42 exhibits the same effect as the p-embedded layer 35, so that the electric field can be divided and a low on-resistance can be realized.
【0176】なお、絶縁物42の形状を平面U字型にする
ことにより、U字型溝内に電子が蓄積される。前述した
p埋め込み層35のアクセプタイオンも、上記絶縁物42の
界面に蓄積される電子も、どちらもマイナス電荷であっ
て同様に電界分割の役割を有するので、低オン抵抗化に
有効である。また、SBD表面を絶縁物42で覆うと、電
子がトラップされ易くなり、電界分割が容易になる。By making the shape of the insulator 42 into a plane U shape, electrons are accumulated in the U shape groove. Both the acceptor ions of the p-embedded layer 35 and the electrons accumulated at the interface of the insulator 42 are negative charges and similarly have a role of dividing the electric field, which is effective for lowering the on-resistance. Further, when the SBD surface is covered with the insulator 42, electrons are easily trapped and the electric field division is facilitated.
【0177】なお、図28では、アノード電極36とカソ
ード電極33との間のn- 層31中に絶縁物42を二層形成し
たが、この絶縁物42を一層形成した場合でも低オン抵抗
化には有効であり、さらに絶縁物42の層数を増やせば、
より低オン抵抗化が可能である。また、溝を用いてショ
ットキー電極やn+ カソード層32を深く形成すれば、さ
らに低オン抵抗化が可能になる。In FIG. 28, two layers of the insulator 42 are formed in the n − layer 31 between the anode electrode 36 and the cathode electrode 33, but even if one layer of the insulator 42 is formed, the on-resistance is reduced. Is effective, and if the number of layers of the insulator 42 is increased,
A lower on-resistance can be achieved. Further, if the Schottky electrode and the n + cathode layer 32 are deeply formed by using the groove, the on-resistance can be further reduced.
【0178】なお、第3の実施形態に係るSBDは、第
18乃至第26に示した実施例に限定されるものではな
い。例えば、第18乃至第23の実施例では、p埋め込
み層35が一層である構造を説明したが、p埋め込み層35
を二層以上有する構造でも、上記と同様な効果を得るこ
とができる。また、各層の複数のp埋め込み層は、前述
したストライプ状に限らず、メッシュ状に形成してもよ
い。The SBD according to the third embodiment is not limited to the eighteenth to twenty-sixth examples. For example, in the eighteenth to twenty-third embodiments, the structure in which the p buried layer 35 is one layer has been described, but the p buried layer 35 is described.
Even with a structure having two or more layers, the same effect as described above can be obtained. Further, the plurality of p-embedded layers in each layer are not limited to the stripe shape described above, and may be formed in a mesh shape.
【0179】また、半導体としてシリコン(Si)を用
いたSBDを説明したが、半導体としては、例えばシリ
コンカーバイト(SiC)や窒化ガリウム(GaN)、
窒化アルミニウム(AlN)等の化合物半導体やダイア
モンドを用いることができる。Although the SBD using silicon (Si) as the semiconductor has been described, examples of the semiconductor include silicon carbide (SiC) and gallium nitride (GaN).
A compound semiconductor such as aluminum nitride (AlN) or diamond can be used.
【0180】さらに、第3の実施形態は、電位が浮遊し
た埋め込み層を有するSBDで説明したが、電位が浮遊
した層を有するMOSFETやSIT、JFET等のス
イッチング素子やSBDとスイッチング素子の複合もし
くは集積素子においても、上記したSBDに準じて実施
可能である。Further, although the third embodiment has been described with respect to the SBD having the buried layer in which the potential is floating, the switching element such as MOSFET, SIT, JFET or the like having the layer in which the potential is floating, or the combination of the SBD and the switching element or The integrated device can also be implemented according to the SBD described above.
【0181】[0181]
【発明の効果】上述したように本発明の半導体装置によ
れば、逆回復特性を向上させつつ逆回復時の耐量を向上
させたPiNダイオードを実現することができる。As described above, according to the semiconductor device of the present invention, it is possible to realize a PiN diode having improved reverse recovery characteristics and improved withstand capacity during reverse recovery.
【0182】また、本発明の半導体装置によれば、逆回
復動作時のダイオードの破壊を抑制し得る高耐圧高速ダ
イオードを実現することができる。Further, according to the semiconductor device of the present invention, it is possible to realize a high breakdown voltage high speed diode capable of suppressing the breakdown of the diode during the reverse recovery operation.
【0183】また、本発明の半導体装置によれば、、微
細なp型埋め込み層を形成可能となり、高耐圧・低オン
抵抗となるSBDを実現することができる。Further, according to the semiconductor device of the present invention, a fine p-type buried layer can be formed, and an SBD having a high breakdown voltage and a low on-resistance can be realized.
【図1】本発明の第1の実施例に係る高耐圧PiNダイ
オードの構造を模式的に示す断面図および逆回復動作時
のアノードからカソードへの深さ方向の電界強度分布を
概略的に示す特性図。FIG. 1 is a sectional view schematically showing the structure of a high breakdown voltage PiN diode according to a first embodiment of the present invention and schematically showing an electric field strength distribution in the depth direction from an anode to a cathode during a reverse recovery operation. Characteristic diagram.
【図2】本発明の第2の実施例に係る高耐圧PiNダイ
オードの構造を模式的に示す断面図。FIG. 2 is a sectional view schematically showing the structure of a high breakdown voltage PiN diode according to a second embodiment of the present invention.
【図3】本発明の第3の実施例に係る高耐圧PiNダイ
オードの構造を模式的に示す断面図。FIG. 3 is a sectional view schematically showing the structure of a high breakdown voltage PiN diode according to a third embodiment of the present invention.
【図4】本発明の第4の実施例に係る高耐圧PiNダイ
オードの構造を模式的に示す断面図。FIG. 4 is a sectional view schematically showing the structure of a high breakdown voltage PiN diode according to a fourth embodiment of the present invention.
【図5】本発明の第5の実施例に係る高耐圧PiNダイ
オードの構造を模式的に示す断面図。FIG. 5 is a sectional view schematically showing the structure of a high breakdown voltage PiN diode according to a fifth embodiment of the present invention.
【図6】本発明の第6の実施例に係る高耐圧PiNダイ
オードの構造を模式的に示す断面図。FIG. 6 is a sectional view schematically showing the structure of a high breakdown voltage PiN diode according to a sixth embodiment of the present invention.
【図7】本発明の第7の実施例に係る高耐圧PiNダイ
オードの構造を模式的に示す断面図。FIG. 7 is a sectional view schematically showing the structure of a high breakdown voltage PiN diode according to a seventh embodiment of the present invention.
【図8】本発明の第8の実施例に係る高耐圧PiNダイ
オードの構造を模式的に示す断面図および逆回復動作時
のアノードからカソードへの深さ方向の電界強度分布を
概略的に示す特性図。FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a high breakdown voltage PiN diode according to an eighth embodiment of the present invention, and schematically shows an electric field strength distribution in the depth direction from the anode to the cathode during reverse recovery operation. Characteristic diagram.
【図9】本発明の第9の実施例に係る高耐圧PiNダイ
オードの構造を模式的に示す断面図。FIG. 9 is a sectional view schematically showing the structure of a high breakdown voltage PiN diode according to a ninth embodiment of the present invention.
【図10】本発明の第10の実施例に係る高耐圧PiN
ダイオードの構造を模式的に示す断面図。FIG. 10 is a high breakdown voltage PiN according to a tenth embodiment of the present invention.
Sectional drawing which shows the structure of a diode typically.
【図11】本発明の第11の実施例に係る高耐圧PiN
ダイオードの構造を模式的に示す断面図および逆回復動
作時のアノードからカソードへの深さ方向の電界強度分
布を概略的に示す特性図。FIG. 11 is a high breakdown voltage PiN according to an eleventh embodiment of the present invention.
Sectional drawing which shows the structure of a diode typically, and the characteristic view which shows roughly the electric field strength distribution from the anode to the depth direction at the time of reverse recovery operation.
【図12】本発明の第12の実施例に係る高耐圧P- i
Nダイオードの構造を模式的に示す断面図。FIG. 12 is a high breakdown voltage P-i according to a twelfth embodiment of the present invention.
Sectional drawing which shows the structure of N diode typically.
【図13】本発明の第13の実施例に係る高耐圧MPS
(Merged P-i-N/Schottky) ダイオードの構造を模式的に
示す断面図。FIG. 13 is a high breakdown voltage MPS according to a thirteenth embodiment of the present invention.
(Merged PiN / Schottky) Sectional drawing which shows the structure of a diode typically.
【図14】本発明の第14の実施例に係る高耐圧SSD
(Static Shielding Diode)ダイオードの構造を模式的に
示す断面図。FIG. 14 is a high breakdown voltage SSD according to a fourteenth embodiment of the present invention.
(Static Shielding Diode) Sectional drawing which shows the structure of a diode typically.
【図15】本発明の第15の実施例に係る高耐圧SPE
ED(Self adapting P-Emitter Efficiency Diode)ダイ
オードの構造を模式的に示す断面図。FIG. 15 is a high breakdown voltage SPE according to a fifteenth embodiment of the present invention.
Sectional drawing which shows typically the structure of ED (Self adapting P-Emitter Efficiency Diode) diode.
【図16】本発明の第16の実施例に係る高耐圧SFD
(Soft and Fast recoverry Diode) ダイオードの構造を
模式的に示す断面図。FIG. 16 is a high breakdown voltage SFD according to a sixteenth embodiment of the present invention.
(Soft and Fast recoverry Diode) A sectional view schematically showing the structure of a diode.
【図17】本発明の第17の実施例に係る高耐圧TMB
Sダイオードの構造を模式的に示す断面図。FIG. 17 is a high breakdown voltage TMB according to a seventeenth embodiment of the present invention.
Sectional drawing which shows the structure of S diode typically.
【図18】本発明の第18の実施例に係る電力用SBD
の構造を模式的に示す断面図。FIG. 18 is a power SBD according to an eighteenth embodiment of the present invention.
Sectional view schematically showing the structure of FIG.
【図19】図18のSBDの製造工程(プロセスフロ
ー)にしたがってそれぞれ構造を模式的に示す断面図。FIG. 19 is a cross-sectional view schematically showing the structure according to the manufacturing process (process flow) of the SBD of FIG.
【図20】図19のSBDと埋め込み結晶成長を用いて
p埋め込み層を形成したSBDとp埋め込み層が無いS
BDのオン抵抗/耐圧のトレードオフ関係を説明するた
めに示す図。20 is an SBD in which a p-buried layer is formed by using the SBD and the buried crystal growth shown in FIG. 19 and an S without the p-buried layer.
The figure shown in order to demonstrate the trade-off relationship of ON resistance / withstand voltage of BD.
【図21】本発明の第19の実施例に係る電力用SBD
の構造を模式的に示す断面図。FIG. 21 is a power SBD according to a nineteenth embodiment of the present invention.
Sectional view schematically showing the structure of FIG.
【図22】本発明の第20の実施例に係る電力用SBD
の構造を模式的に示す断面図。FIG. 22 is a power SBD according to a twentieth embodiment of the present invention.
Sectional view schematically showing the structure of FIG.
【図23】本発明の第21の実施例に係る電力用SBD
の構造を模式的に示す断面図。FIG. 23 is a power SBD according to a twenty-first embodiment of the present invention.
Sectional view schematically showing the structure of FIG.
【図24】本発明の第22の実施例に係る電力用SBD
の構造を模式的に示す断面図。FIG. 24 is a power SBD according to a twenty-second embodiment of the present invention.
Sectional view schematically showing the structure of FIG.
【図25】本発明の第23の実施例に係る電力用SBD
の構造を模式的に示す断面図。FIG. 25 is a power SBD according to a twenty-third embodiment of the present invention.
Sectional view schematically showing the structure of FIG.
【図26】本発明の第24の実施例に係る電力用SBD
の構造を模式的に示す断面図。FIG. 26 is a power SBD according to a twenty-fourth embodiment of the present invention.
Sectional view schematically showing the structure of FIG.
【図27】本発明の第25の実施例に係る電力用SBD
の構造を模式的に示す断面図。FIG. 27 is a power SBD according to a twenty-fifth embodiment of the present invention.
Sectional view schematically showing the structure of FIG.
【図28】本発明の第26の実施例に係る電力用SBD
の構造を模式的に示す断面図。FIG. 28 is a power SBD according to a twenty sixth embodiment of the present invention.
Sectional view schematically showing the structure of FIG.
【図29】本発明の第1の実施例の変形例に係る高耐圧
PiNダイオードの構造を模式的に示す断面図。FIG. 29 is a sectional view schematically showing the structure of a high breakdown voltage PiN diode according to a modification of the first embodiment of the present invention.
【図30】本発明の第2の実施例の変形例に係る高耐圧
PiNダイオードの構造を模式的に示す断面図。FIG. 30 is a sectional view schematically showing the structure of a high breakdown voltage PiN diode according to a modification of the second embodiment of the present invention.
【図31】従来のモーター制御用インバータ回路を簡略
化して示す回路図。FIG. 31 is a circuit diagram showing a simplified conventional motor control inverter circuit.
【図32】高耐圧PiNダイオードの従来例の構造を模
式的に示す断面図および逆回復動作時のアノードからカ
ソードへの深さ方向の電界強度分布を概略的に示す特性
図。FIG. 32 is a sectional view schematically showing the structure of a conventional example of a high breakdown voltage PiN diode, and a characteristic diagram schematically showing the electric field strength distribution in the depth direction from the anode to the cathode during reverse recovery operation.
【図33】従来の高耐圧ダイオードの逆回復動作時にお
けるアノードからカソードへの深さ方向の電界強度分布
を概略的に示す特性図。FIG. 33 is a characteristic diagram schematically showing the electric field strength distribution in the depth direction from the anode to the cathode during the reverse recovery operation of the conventional high breakdown voltage diode.
【図34】従来のSBDの構造を模式的に示す断面図。FIG. 34 is a sectional view schematically showing the structure of a conventional SBD.
1…N- ベース層、 2…Pエミッタ層、 3…Nエミッタ層、 4…アノード電極、 5…カソード電極、 6…Nピラー層、 7…Pピラー層。 1 ... N- base layer, 2 ... P emitter layer, 3 ... N emitter layer, 4 ... Anode electrode, 5 ... Cathode electrode, 6 ... N pillar layer, 7 ... P pillar layer.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 智樹 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝マイクロエレクトロニクスセン ター内 (72)発明者 齋藤 渉 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝マイクロエレクトロニクスセン ター内 (72)発明者 大村 一郎 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝マイクロエレクトロニクスセン ター内 Fターム(参考) 4M104 AA01 AA03 AA04 CC01 CC03 FF10 FF32 GG02 GG03 GG18 HH20 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Tomoki Inoue 1st Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Ceremony Company Toshiba Microelectronics Sen Inside (72) Inventor Wataru Saito 1st Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Ceremony Company Toshiba Microelectronics Sen Inside (72) Inventor Ichiro Omura 1st Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Ceremony Company Toshiba Microelectronics Sen Inside F-term (reference) 4M104 AA01 AA03 AA04 CC01 CC03 FF10 FF32 GG02 GG03 GG18 HH20
Claims (16)
導電型エミッタ層と、 前記第1導電型ベース層の第2主表面に形成された第2
導電型エミッタ層と、 前記第2導電型エミッタ層に接して前記第1導電型ベー
ス層中に選択的に形成された第1導電型ピラー層と、 前記第1導電型ベース層と前記第1導電型ピラー層に接
して前記第1導電型ベース層中に形成された第2導電型
ピラー層とを具備したことを特徴とする半導体装置。1. A first conductivity type base layer, and a first main surface formed on the first main surface of the first conductivity type base layer.
A conductive type emitter layer, and a second conductive layer formed on the second main surface of the first conductive type base layer.
A conductive type emitter layer; a first conductive type pillar layer formed in contact with the second conductive type emitter layer and selectively formed in the first conductive type base layer; the first conductive type base layer; and the first conductive type pillar layer. A semiconductor device comprising: a second conductive type pillar layer formed in the first conductive type base layer in contact with the conductive type pillar layer.
前記第1導電型ピラー層の不純物濃度より大きいことを
特徴とする請求項1記載の半導体装置。2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the impurity concentration of the second conductivity type pillar layer is higher than the impurity concentration of the first conductivity type pillar layer.
導電型ピラー層の幅よりも広いことを特徴とする請求項
1または2記載の半導体装置。3. The width of the second conductive type pillar layer is the first conductive layer.
3. The semiconductor device according to claim 1, which is wider than the width of the conductive pillar layer.
導電型エミッタ層と、 前記第1導電型ベース層の第2主表面に形成された第2
導電型エミッタ層と、 記第1導電型ベース層中に選択的に埋め込み形成された
第2導電型電位固定層とを具備したことを特徴とする半
導体装置。4. A first conductivity type base layer, and a first main surface formed on the first main surface of the first conductivity type base layer.
A conductive type emitter layer, and a second conductive layer formed on the second main surface of the first conductive type base layer.
A semiconductor device comprising: a conductive type emitter layer; and a second conductive type potential fixing layer selectively embedded in the first conductive type base layer.
電型エミッタ層の間の距離が前記第1導電型ベース層の
厚さの半分より小さいことを特徴とする請求項4に記載
の半導体装置。5. The distance between the second conductivity type potential fixing layer and the second conductivity type emitter layer is less than half the thickness of the first conductivity type base layer. Semiconductor device.
電型ベース層との接合が終端する接合終端領域の外側で
前記第1導電型ベース層の第2主表面に選択的に形成さ
れた第2導電型のガードリング層をさらに具備し、前記
第2導電型電位固定層の一部は前記第2導電型のガード
リング層の底部に接していることを特徴とする請求項4
または5に記載の半導体装置。6. The second main surface of the first conductivity type base layer is selectively formed outside a junction termination region where the junction between the second conductivity type emitter layer and the first conductivity type base layer terminates. 5. A guard ring layer of the second conductivity type is further provided, and a part of the potential fixing layer of the second conductivity type is in contact with a bottom portion of the guard ring layer of the second conductivity type.
Alternatively, the semiconductor device according to item 5.
の高不純物濃度を有する第2の半導体層と、 前記第1半導体層の他方の表面に形成された第1導電型
の高不純物濃度を有する第3の半導体層と、 前記第1半導体層の表面に前記第2の半導体層より深い
位置に形成された電界緩和用の第2導電型の第4の半導
体層とを具備したことを特徴とする半導体装置。7. A first semiconductor layer of a first conductivity type, a second semiconductor layer having a high impurity concentration of a second conductivity type formed on one surface of the first semiconductor layer, and the first semiconductor layer. A third semiconductor layer having a high impurity concentration of the first conductivity type formed on the other surface of the semiconductor layer, and an electric field relaxation formed on the surface of the first semiconductor layer at a position deeper than the second semiconductor layer. And a fourth semiconductor layer of the second conductivity type for use in a semiconductor device.
純物総量が2×10 12cm-2以下であることを特徴とす
る請求項7記載の半導体装置。8. The fourth semiconductor layer is formed in a unit area per unit area.
The total amount of pure material is 2 x 10 12cm-2Characterized by
The semiconductor device according to claim 7, wherein
電圧を印加した時に前記第1の半導体層と前記第2の半
導体層との接合付近に形成される空乏層幅の5%以上で
あることを特徴とする請求項7または8記載の半導体装
置。9. The diffusion depth of the fourth semiconductor layer is the same as that of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer when a rated voltage is applied between the second semiconductor layer and the third semiconductor layer. 9. The semiconductor device according to claim 7, wherein the width of the depletion layer formed in the vicinity of the junction with the semiconductor layer is 5% or more.
と、 前記第1の半導体層の表面に選択的に形成された第2導
電型の第2の半導体層と、 前記第1の半導体層の表面に選択的に形成された溝に埋
め込まれた絶縁物と、 前記溝の底部に選択的に形成された第2導電型の第3の
半導体層と、 前記第1の半導体層と第2の半導体層の表面に形成さ
れ、前記第1の半導体層とショットキー接合を形成する
第2の主電極とを具備したことを特徴とする半導体装
置。10. A first semiconductor layer of a first conductivity type, a first main electrode electrically connected to the first semiconductor layer, and selectively formed on a surface of the first semiconductor layer. A second semiconductor layer of the second conductivity type, an insulator embedded in a groove selectively formed on the surface of the first semiconductor layer, and a second semiconductor layer selectively formed at the bottom of the groove. A second conductive type third semiconductor layer; and a second main electrode formed on the surfaces of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer and forming a Schottky junction with the first semiconductor layer. A semiconductor device characterized by the above.
と、 前記第1の半導体層の表面に選択的に形成された溝に埋
め込まれた多結晶半導体と、 前記多結晶半導体と電気的に接続された第2導電型の第
2の半導体層と、 前記第1の半導体層の表面に選択的に形成された溝に埋
め込まれた絶縁物と、 前記溝の底部に選択的に形成された第2導電型の第3の
半導体層と、 前記第1の半導体層と第2の半導体層の表面に形成さ
れ、前記第1の半導体層とショットキー接合を形成する
第2の主電極とを具備したことを特徴とする半導体装
置。11. A first semiconductor layer of a first conductivity type, a first main electrode electrically connected to the first semiconductor layer, and selectively formed on a surface of the first semiconductor layer. A polycrystalline semiconductor embedded in the formed groove, a second conductive type second semiconductor layer electrically connected to the polycrystalline semiconductor, and selectively formed on the surface of the first semiconductor layer. An insulator embedded in the groove, a third semiconductor layer of the second conductivity type selectively formed at the bottom of the groove, and formed on the surfaces of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer, A semiconductor device comprising: the first semiconductor layer and a second main electrode forming a Schottky junction.
と絶縁物で埋めこまれる溝が水平方向において位置が重
なり、前記多結晶半導体は、前記絶縁物に比べて、幅が
広く、深さが浅いことを特徴とする請求項11記載の半
導体装置。12. The trenches filled with the polycrystalline semiconductor layer and the trenches filled with an insulating material are overlapped with each other in the horizontal direction, and the polycrystalline semiconductor is wider and deeper than the insulating material. The semiconductor device according to claim 11, wherein the depth is shallow.
はストライプ状に形成され、互いが直交していることを
特徴とする請求項10乃至12のいずれか1項に記載の
半導体装置。13. The semiconductor device according to claim 10, wherein the second semiconductor layer and the third semiconductor layer are formed in a stripe shape and are orthogonal to each other. .
はそれぞれ水平方向に周期的に形成され、それぞれ異な
る周期を有することを特徴とする請求項10乃至13の
いずれか1項に記載の半導体装置。14. The second semiconductor layer and the third semiconductor layer are cyclically formed in a horizontal direction, respectively, and have different cycles, respectively. Semiconductor device.
半導体層は千鳥状もしくは格子状に配置されていること
を特徴とする請求項10乃至14のいずれか1項に記載
の半導体装置。15. The semiconductor according to claim 10, wherein the trenches embedded with the insulating material and the third semiconductor layer are arranged in a zigzag pattern or a lattice pattern. apparatus.
半導体層は、素子中央部ではストライプ状、素子終端部
では千鳥状もしくは格子状に配置されていることを特徴
とする請求項10乃至14のいずれか1項に記載の半導
体装置。16. The trenches and the third semiconductor layer embedded with the insulating material are arranged in a stripe shape in the central portion of the element and in a zigzag or lattice shape in the terminal portion of the element. The semiconductor device according to any one of 10 to 14.
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