JP2017028150A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
【課題】VF、IRが共に小さく、かつ高いESD耐量を得る。【解決手段】外周領域R2には、溝Tよりも幅の広い外周溝TRが形成されている。外周溝TRの内面には厚い酸化膜(第2絶縁層)51Cが素子領域R1側の側面から底面にかけて形成され、その上に素子領域R1側からアノード電極31が延伸している。溝Tの設定によって、逆バイアス時における溝Tの下部の耐圧が、V0<V2となるように設定される。すなわち、上記の半導体装置10においては、耐圧はV0となり、この場合のブレークダウンは溝Tの下部(素子領域R1)となる。【選択図】図1Both VF and IR are small, and a high ESD tolerance is obtained. An outer peripheral groove TR having a width wider than that of a groove T is formed in the outer peripheral region R2. A thick oxide film (second insulating layer) 51C is formed from the side surface on the element region R1 side to the bottom surface on the inner surface of the outer peripheral groove TR, and the anode electrode 31 extends from the thick oxide film (second insulating layer) 51C on the element region R1 side. By setting the groove T, the breakdown voltage of the lower part of the groove T at the time of reverse bias is set to satisfy V0 <V2. That is, in the semiconductor device 10 described above, the breakdown voltage is V0, and the breakdown in this case is in the lower part of the trench T (element region R1). [Selection] Figure 1
Description
本発明は、大電流で動作するショットキーバリアダイオード(SBD)の構造に関する。 The present invention relates to a structure of a Schottky barrier diode (SBD) that operates with a large current.
順方向電圧降下(VF)が小さく、高速動作が可能なショットキーバリアダイオード(SBD)は、パワー半導体素子として広く用いられている。SBDにおいては、半導体層(n型層)と、これと直接接するバリア電極との間のショットキー接合によって整流動作が行われ、バリア電極側がアノード電極とされ、n型層側におけるバリア金属層と反対側にカソード電極が接続される。動作電流は、アノード電極とカソード電極との間に流される。 A Schottky barrier diode (SBD) having a small forward voltage drop (VF) and capable of high-speed operation is widely used as a power semiconductor element. In SBD, a rectifying operation is performed by a Schottky junction between a semiconductor layer (n-type layer) and a barrier electrode that is in direct contact with the semiconductor layer, the barrier electrode side is an anode electrode, and the barrier metal layer on the n-type layer side is A cathode electrode is connected to the opposite side. The operating current is passed between the anode electrode and the cathode electrode.
また、こうしたSBDにおいては、VFを小さくすると同時に、逆方向電流(IR)を小さくすることが要求される。しかしながら、一般的なショットキー接合においては、VFを小さくすることとIRを小さくすることとはトレードオフの関係にある。このため、SBDとしてこれらを両立させるための構造が提案されている。そのうちの一つとして、例えば、特許文献1に、バリア電極直下のn型層(本来はショットキー接合が設けられる領域)に、複数のトレンチ(溝)を形成する構造が知られている。トレンチの中には、薄い酸化膜を介して導電性の多結晶シリコン層が形成され、この多結晶シリコン層は、バリア電極と接続されている。このため、この多結晶シリコン層はアノード電極の電位によって制御されるフィールドプレートとして機能し、これによって、逆バイアス時においては、n型層中でこのトレンチによっても空乏層が広がりやすくなる。この空乏層に電界がかかるため、ショットキー接合に加わる電界強度をその分だけ低下させることができ、IRを小さくすることができる。これによって、VF、IRを共に小さくすることができる。 Further, in such SBD, it is required to reduce the reverse current (IR) at the same time as reducing VF. However, in a general Schottky junction, reducing VF and reducing IR are in a trade-off relationship. For this reason, the structure for making these compatible as SBD is proposed. As one of them, for example, Patent Document 1 discloses a structure in which a plurality of trenches (grooves) are formed in an n-type layer (originally a region where a Schottky junction is provided) immediately below a barrier electrode. A conductive polycrystalline silicon layer is formed in the trench through a thin oxide film, and this polycrystalline silicon layer is connected to the barrier electrode. For this reason, this polycrystalline silicon layer functions as a field plate controlled by the potential of the anode electrode, and this makes it easy for the depletion layer to spread in the n-type layer by this trench during reverse bias. Since an electric field is applied to this depletion layer, the electric field strength applied to the Schottky junction can be reduced by that amount, and the IR can be reduced. As a result, both VF and IR can be reduced.
また、SBDには、逆バイアス時における高い耐圧も要求される。逆バイアス時に形成される空乏層の幅が狭くなった箇所で局所的に電界強度が高くなることによって、逆バイアス時におけるブレークダウンは発生する。一般的なSBDにおいて大きな逆バイアスが印加された際の空乏層の形状を図3に模式的に示す。ここで、基板となり高濃度にn型にドープされたために導電性の高いn+層121の上に、ドリフト層となり低濃度にドープされたn型層(半導体層)122がエピタキシャル成長によって形成されており、図3においては、その厚さ方向の断面が示されている。 Also, the SBD is required to have a high breakdown voltage during reverse bias. A breakdown at the time of reverse bias occurs by locally increasing the electric field strength at a location where the width of the depletion layer formed at the time of reverse bias becomes narrow. FIG. 3 schematically shows the shape of the depletion layer when a large reverse bias is applied in a general SBD. Here, an n-type layer (semiconductor layer) 122 that becomes a drift layer and is lightly doped is formed by epitaxial growth on the n + layer 121 having high conductivity because it becomes the substrate and highly doped n-type. FIG. 3 shows a cross section in the thickness direction.
n型層122の上には、n型層122とショットキー接触をするバリア金属層130がn型層122と直接接するように形成される。バリア金属層130上にはアノード電極131が形成され、これらが組み合わされて一方の主電極(第1主電極)となる。n+層121の裏面側には、n+層121とオーミック接触するカソード電極(第2主電極)132が設けられる。
On the n-
図3において、アノード電極層131とカソード電極132の間に逆バイアスが印加された場合には、空乏層Dはバリア金属層130直下周囲のn型層122中に形成され、空乏層D中の電界は、空乏層Dのn型層22側の端部とバリア金属層30との間に印加される。ここで、空乏層Dの幅は、図中の矢印で示されるように、中央部と端部とでは大きく異なり、特に端部で狭くなる。こうした端部の効果を無視した場合におけるアノード電極131・カソード電極132間の耐圧をV0とすると、実際のアノード電極131・カソード電極132間の耐圧V1は、V0よりも小さくなる。このため、例えば特許文献2に記載されるように、素子領域の外側の領域(外周領域)において、空乏層Dを緩やかに広げ、V1を高める(V0に近づける)ための構造が採用されている。
In FIG. 3, when a reverse bias is applied between the
図4は、特許文献2に記載されたSBD(半導体装置110)の構造を示す断面図であり、実際に動作電流が流される素子領域R1と、上記のように耐圧を向上させるために素子領域R1の周囲に形成された外周領域R2との境界付近の構造が示されている。素子領域R1において、バリア金属層130はn型層122と接するが、素子領域R1におけるn型層122の表面には、複数の溝(トレンチ)Tが形成されている。図4においては、トレンチTの延伸方向は紙面垂直方向であり、各溝Tの延伸方向は平行とされている。このため、バリア金属層130とn型層122とは、素子領域R1において溝Tが形成されない領域においてのみ直接接する。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the structure of the SBD (semiconductor device 110) described in Patent Document 2, in which an element region R1 in which an operating current is actually passed and an element region for improving the breakdown voltage as described above. The structure near the boundary with the outer peripheral region R2 formed around R1 is shown. In the element region R1, the
溝Tの内面には薄い酸化膜(絶縁層)151Aが形成された上で、高濃度にドープされたことによって高い電導率をもつ多結晶シリコン層(シールド電極)152Aが、溝T内を埋め込むように形成されている。多結晶シリコン層152Aは、バリア金属層130と直接接するように形成されているため、アノード電極131の電位によって溝Tの内面と接するn型層122の表面電位を制御するフィールドプレートとして機能する。このため、アノード電極131が大きな負電圧とされた場合(SBDが逆バイアスとされた場合)には、溝Tの内面と接するn型層122は空乏化される。これによって、素子領域R1における空乏層が広がり、この空乏層に電界がかかるために、ショットキー接合界面における電界強度が低下し、逆方向電流IRを低減することができる。こうした素子領域R1における構造は、特許文献1に記載されたものと同様である。
A thin oxide film (insulating layer) 151A is formed on the inner surface of the trench T, and a polycrystalline silicon layer (shield electrode) 152A having a high conductivity by being doped at a high concentration fills the trench T. It is formed as follows. Since the
一方、外周領域R2には、溝Tよりも幅が充分広い外周溝TRが形成されている。図4においては、一方向(溝T及び外周溝TRと垂直な方向)における断面が示されているが、外周領域R2は素子領域R1を平面視において囲むように形成されており、外周溝TRは、複数の溝Tが形成された素子領域R1を囲むように形成されている。図4においては、外周溝TRにおける素子領域R1側(図中左側)の構造のみが示されている。あるいは、外周溝TRはチップ端部まで達しているために、素子領域R1の外側全域となる外周領域R2が外周溝TRとして掘り下げられた形状とされている。 On the other hand, an outer peripheral groove TR that is sufficiently wider than the groove T is formed in the outer peripheral region R2. FIG. 4 shows a cross section in one direction (a direction perpendicular to the groove T and the outer peripheral groove TR), but the outer peripheral region R2 is formed so as to surround the element region R1 in a plan view, and the outer peripheral groove TR. Is formed so as to surround the element region R1 in which the plurality of trenches T are formed. In FIG. 4, only the structure on the element region R1 side (left side in the figure) in the outer peripheral groove TR is shown. Alternatively, since the outer peripheral trench TR reaches the end of the chip, the outer peripheral region R2 that is the entire outer region of the element region R1 is formed into a shape dug down as the outer peripheral trench TR.
外周溝TRと溝Tは、同一のエッチング工程によって、n型層122の表面に形成することができる。また、外周溝TRにおける少なくとも素子領域R1に近い側の内面には、溝T内と同様に薄い酸化膜(絶縁層)151Bが形成されており、外周溝TRの素子領域R1側の内側面には、溝T内と同様に、多結晶シリコン層(シールド電極)152Bが形成されている。外周溝TRにおける酸化膜151B、多結晶シリコン層152Bは、溝T内における酸化膜151A、多結晶シリコン層152Aとそれぞれ同時に形成することができる。薄い酸化膜151A、151Bは、それぞれ溝T,外周溝TRの内面で露出したn型層122の表面を熱酸化することによって形成することができる。
The outer peripheral groove TR and the groove T can be formed on the surface of the n-
また、バリア金属層130は、素子領域R1から外周領域R2まで延伸して形成され、外周溝TR内における多結晶シリコン層152Bとも接する。このため、多結晶シリコン層152Bの電位もバリア金属層130(アノード電極131)と等しくなり、逆バイアス時には多結晶シリコン層152Bの周囲のn型層122にも空乏層が形成される。すなわち、多結晶シリコン層152A、152Bは、同様にフィールドプレートとして機能する。
Further, the
また、外周溝TR内における多結晶シリコン層152Bの外側には、厚い酸化膜(絶縁層)151Cが形成されている。酸化膜151Cは、酸化膜151A、151Bとは異なり、CVD法等によって厚く形成される。バリア金属層130は、多結晶シリコン層152Bよりも更に外側(図中右側)まで延伸し、この厚い酸化膜151Cの上まで形成されている。このため、多結晶シリコン層152A、152Bと比べてその程度は小さくなるものの、バリア金属層130も、その直下のn型層122の表面電位に対して、多結晶シリコン層152A、152Bと類似の効果を及ぼす。すなわち、酸化膜151Cの上のバリア金属層130も、フィールドプレートとして機能する。
A thick oxide film (insulating layer) 151C is formed outside the
このため、逆バイアス時においては、素子領域R1において形成される空乏層は、外周溝TRの底部に形成された空乏層と緩やかに連結される。外周領域R2における空乏層端部は、フィールドプレートによって緩やかな形状となるため、逆バイアス時における耐圧を高めることができる。このため、図4の構造によって、VF、IRを共に小さくし、かつ逆バイアス時の耐圧を高くすることができる。 Therefore, at the time of reverse bias, the depletion layer formed in the element region R1 is gently connected to the depletion layer formed at the bottom of the outer peripheral trench TR. Since the end of the depletion layer in the outer peripheral region R2 has a gentle shape due to the field plate, the breakdown voltage at the time of reverse bias can be increased. For this reason, with the structure of FIG. 4, both VF and IR can be reduced and the breakdown voltage at the time of reverse bias can be increased.
上記の構成によって、VF、IRを共に小さくし、かつ耐圧を高めることができるものの、パワー半導体素子としては、高い静電気放電(ESD)耐量も要求される。ESDにおいては、耐圧を超える大きな逆バイアスが短時間で印加され、大きな逆方向電流が流れることによって、素子が熱的に破壊される。ESD耐量は、ESDに際して素子が破壊される際の指針となるが、上記のSBDにおいては、静電気放電時に電流がガードリング周辺を集中的に流れるため、特にガードリング周辺が電流集中によって破壊されやすく、高いESD耐量を得ることが困難であった。 Although the VF and IR can both be reduced and the breakdown voltage can be increased by the above configuration, the power semiconductor element is also required to have a high electrostatic discharge (ESD) resistance. In ESD, a large reverse bias exceeding the breakdown voltage is applied in a short time, and a large reverse current flows, whereby the element is thermally destroyed. The ESD tolerance is a guideline when the element is destroyed during ESD. However, in the SBD, since current flows intensively around the guard ring during electrostatic discharge, the periphery of the guard ring is particularly susceptible to destruction due to current concentration. It was difficult to obtain a high ESD tolerance.
すなわち、VF、IRが共に小さく、かつ高いESD耐量をもつSBDを得ることは困難であった。 That is, it was difficult to obtain an SBD having both a small VF and IR and a high ESD tolerance.
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、上記問題点を解決する発明を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide an invention that solves the above problems.
本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
本発明の半導体装置は、n型のシリコンで構成された半導体層と、前記半導体層の上に設けられ前記半導体層に対してショットキー接触をする第1主電極と、前記半導体層とオーミック接触をする第2主電極と、前記第1主電極直下の前記半導体層において形成された複数の溝と、前記第1主電極と接続され、前記溝の内部において前記溝の内面に形成された第1絶縁層を介して設けられたシールド電極とが、動作電流が流される領域である素子領域において設けられた半導体装置であって、平面視において前記素子領域の外側に設けられた外周領域において、平面視において前記素子領域を囲む環状とされて前記半導体層が掘り下げられた外周溝が前記半導体層の上面側に前記溝よりも広い幅で形成され、前記外周溝の内部における前記素子領域側の側面から底面にかけて、前記第1絶縁層よりも厚い第2絶縁層が形成され、当該第2絶縁層の上に前記第1主電極が形成され、前記第1主電極と前記第2主電極との間に耐圧を超える逆バイアスが印加された際に、前記溝の直下における前記半導体層において電流が流れる構成とされたことを特徴とする。
本発明の半導体装置において、前記第1絶縁層は、厚さが50〜250nmの範囲とされたシリコン酸化膜であることを特徴とする。
本発明の半導体装置において、平面視における前記溝の間隔は2〜4μmとされたことを特徴とする。
本発明の半導体装置において、前記半導体層の厚さは4〜13μm、前記溝の深さは1.0〜2.5μmの範囲とされたことを特徴とする。
本発明の半導体装置において、前記外周溝は前記溝よりも深く形成されたことを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention has the following configurations.
The semiconductor device of the present invention includes a semiconductor layer made of n-type silicon, a first main electrode provided on the semiconductor layer and making a Schottky contact with the semiconductor layer, and an ohmic contact with the semiconductor layer A second main electrode, a plurality of grooves formed in the semiconductor layer immediately below the first main electrode, and a first main electrode connected to the first main electrode and formed on the inner surface of the groove inside the groove. A shield electrode provided via one insulating layer is a semiconductor device provided in an element region that is a region through which an operating current flows, and in an outer peripheral region provided outside the element region in plan view, An outer peripheral groove in which the semiconductor layer is dug down in an annular shape surrounding the element region in plan view is formed on the upper surface side of the semiconductor layer with a width wider than the groove, and the element inside the outer peripheral groove is formed. A second insulating layer thicker than the first insulating layer is formed from the side surface on the region side to the bottom surface, the first main electrode is formed on the second insulating layer, and the first main electrode and the second When a reverse bias exceeding the withstand voltage is applied between the main electrode and the main electrode, a current flows in the semiconductor layer immediately below the groove.
In the semiconductor device of the present invention, the first insulating layer is a silicon oxide film having a thickness in the range of 50 to 250 nm.
In the semiconductor device of the present invention, the interval between the grooves in a plan view is 2 to 4 μm.
In the semiconductor device of the present invention, the thickness of the semiconductor layer is 4 to 13 μm, and the depth of the groove is 1.0 to 2.5 μm.
In the semiconductor device of the present invention, the outer peripheral groove is formed deeper than the groove.
本発明は以上のように構成されているので、VF、IRが共に小さく、かつ高いESD耐量をもつSBDを得ることができる。 Since the present invention is configured as described above, it is possible to obtain an SBD having both small VF and IR and high ESD tolerance.
以下、本発明の実施の形態となる半導体装置について説明する。この半導体装置は、バリア金属層と、シリコンで構成された半導体層との間で形成されるショットキー接合によって整流特性を発現するSBDである。このSBDの素子領域においては、逆方向電流IRを低下させるために、複数のトレンチが形成されている。素子領域の外周の外周領域には、特許文献2に記載の技術と同様に、耐圧を向上させるための外周溝が形成されている。ただし、外周溝の内部の構造が特許文献2に記載の技術とは異なる。 Hereinafter, a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described. This semiconductor device is an SBD that exhibits rectification characteristics by a Schottky junction formed between a barrier metal layer and a semiconductor layer made of silicon. In the element region of the SBD, a plurality of trenches are formed in order to reduce the reverse current IR. In the outer peripheral region of the outer periphery of the element region, an outer peripheral groove for improving the withstand voltage is formed as in the technique described in Patent Document 2. However, the structure inside the outer peripheral groove is different from the technique described in Patent Document 2.
図1は、この半導体装置(SBD)10の構造を示す断面図である。この半導体装置10においては、基板となり高濃度にn型にドープされたために導電性の高いn+層21の上に、SBDにおけるドリフト層となり低濃度にドープされたn型層(半導体層)22がエピタキシャル成長によって形成されている。n型層22の上には、n型層22とショットキー接触をするバリア金属層30が、素子領域R1でn型層22と直接接するように形成される。バリア金属層30の材料としては、n型層22との間でショットキー接合を形成するパラジウム(Pd)が用いられる。ただし、Pdは電流を流すための電極材料としては適さないため、アルミニウム(Al)等で構成されたアノード電極31が、このバリア金属層30の上に、バリア金属層30と直接接するように厚く形成される。このため、アノード電極31とバリア金属層30が組み合わされて、動作電流が流される主電極(第1主電極)とされている。アノード電極31とバリア金属層30との間には、拡散防止用のチタン(Ti)層(図示せず)が薄く形成される。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of the semiconductor device (SBD) 10. In this
一方、n+層21の裏面側には、n+層21とオーミック接触するカソード電極(第2主電極)32が設けられる。このため、この半導体装置10は、アノード電極31とカソード電極32間において動作電流が流されるショットキーバリアダイオード(SBD)となる。なお、図1においては、素子領域R1と、その外側(右側)に設けられた外周領域R2との境界付近の構造が示されており、実際には素子領域R1は左側にまで広く延伸し、その左側端部には、図1における外周領域R2と同様の構造が図1とは左右対称に形成されている。素子領域R1においては、複数の溝Tが等間隔で平行に形成されており、図1においては、溝Tの長手方向に垂直な断面が示されている。
On the other hand, on the back side of the n +
溝Tの内面には薄い酸化膜(第1絶縁層)51Aが形成された上で、高濃度にドープされたことによって高い電導率をもつ多結晶シリコン層(シールド電極)52が、溝T内を埋め込むように形成されている。多結晶シリコン層52はその上のバリア金属層30と直接接するように形成されているため、多結晶シリコン層52は、アノード電極31の電位によって溝Tの内面と接するn型層22の表面電位を制御するフィールドプレートとして機能する。このため、アノード電極31に大きな負電圧が印加された場合(SBDが逆バイアスとされた場合)には、溝Tの内面と接するn型層22は空乏化される。これによって、素子領域R1における空乏層が広がり、電界において空乏層に印加される成分が大きくなり、ショットキー接合界面における電界強度が低下するために、逆方向電流IRを低減することができる。この構成は、特許文献1、2に記載されたもの(図4の構成)と同様である。
A thin oxide film (first insulating layer) 51A is formed on the inner surface of the trench T, and a polycrystalline silicon layer (shield electrode) 52 having a high conductivity by being doped at a high concentration is formed in the trench T. Is formed so as to be embedded. Since the
図1において、外周領域R2には、溝Tよりも幅の広い外周溝TRが形成されている。この点についても、特許文献2に記載の技術と同様である。ただし、外周溝TRの内部の構造は特許文献2に記載の技術とは異なる。この半導体装置10においては、外周溝TRの内面には厚い酸化膜(第2絶縁層)51Cが素子領域R1側の側面から底面にかけて形成され、その上に素子領域R1側からアノード電極31が延伸している。このため、図4の構成と同様に、アノード電極31はフィールドプレートとして機能する。ただし、図4の構成においてフィールドプレートとして機能する多結晶シリコン層152Bに相当する構造が形成されず、外周溝TRにおいてフィールドプレートとして機能するのは、アノード電極31のみとなる。
In FIG. 1, an outer peripheral groove TR having a width wider than the groove T is formed in the outer peripheral region R2. This is also the same as the technique described in Patent Document 2. However, the internal structure of the outer peripheral groove TR is different from the technique described in Patent Document 2. In this
ここで、素子領域R1は、半導体装置10における動作電流が流される領域であるため、動作電流を確保するために、動作電流の設定値に応じてその面積は大きく設定される。一方、外周領域R2は、耐圧を向上させるためにのみ設けられ動作電流は流されないために、耐圧向上の効果を奏する限りにおいてその面積は小さく設定される。
Here, since the element region R1 is a region through which the operating current flows in the
図2は、逆バイアス時における空乏層Dの形状を、従来の半導体装置110(a)、上記の半導体装置10(b)についてそれぞれ模式的に示す図である。前記の通り、従来の半導体装置110(図2(a))においては、素子領域R1において形成された空乏層Dは外周溝TRの直下に形成された空乏層Dと連結されるため、素子領域R1の端部において空乏層Dが局所的に狭くなることが抑制される。ここで、外周溝TR直下における空乏層Dは薄くなるが、この部分では厚い酸化膜151Cにも電界が印加されるため、空乏層Dに印加される電界は小さくなる。特許文献2に記載されるように、この構成によって空乏層Dにおける電界の集中が抑制されるため、IRを小さくすることができる。
FIG. 2 is a diagram schematically showing the shape of the depletion layer D at the time of reverse bias for the conventional semiconductor device 110 (a) and the semiconductor device 10 (b). As described above, in the conventional semiconductor device 110 (FIG. 2A), the depletion layer D formed in the element region R1 is connected to the depletion layer D formed immediately below the outer peripheral trench TR. It is suppressed that the depletion layer D becomes locally narrow at the end of R1. Here, although the depletion layer D immediately below the outer peripheral trench TR is thin, since an electric field is also applied to the
この構造では、逆バイアス時において空乏層D中で局所的に電界が大きくなる箇所が形成されない。前記の通り、端部の効果を無視した場合における素子領域R1における耐圧はV0である。この場合、静電気放電(ESD)時のように、大きな逆バイアスが印加された場合には、図中の矢印で示されるように、外周領域R2における外周溝TRの直下の部分が電流が流れる経路となる。この電流が流れる際の逆バイアス電圧は、前記の耐圧V2であり、V2>V1(V1<<V0)である。 In this structure, a portion where the electric field is locally increased in the depletion layer D at the time of reverse bias is not formed. As described above, the breakdown voltage in the element region R1 when the end effect is ignored is V0. In this case, when a large reverse bias is applied as in electrostatic discharge (ESD), as indicated by an arrow in the figure, a path through which a current flows in a portion immediately below the outer peripheral groove TR in the outer peripheral region R2. It becomes. The reverse bias voltage when this current flows is the withstand voltage V2 and V2> V1 (V1 << V0).
前記の通り、この場合には、ブレークダウンは外周領域R2で発生し、平面視においてこの場合に電流の流れる領域は、図2(a)に示された外周溝TR直下の領域である。更に、実際には外周溝TRやその内部の構造にはわずかな非一様性が存在するために、実際には電流は更にこの領域の一部を流れる。前記の通り、外周領域R2の面積(外周溝TRの面積)は小さく設定されるため、結局、この場合に流れる電流密度は大きくなる。このため、ESDに際しては、外周溝TR直下で局所的に電流密度が高くなり、温度が局所的に上昇し、この部分が破壊されやすい。すなわち、ESD耐量が低くなる。 As described above, in this case, breakdown occurs in the outer peripheral region R2, and the region where current flows in this case in a plan view is the region immediately below the outer peripheral groove TR shown in FIG. Further, in practice, since there is a slight non-uniformity in the outer peripheral groove TR and the structure inside thereof, the current actually flows through a part of this region. As described above, since the area of the outer peripheral region R2 (the area of the outer peripheral groove TR) is set small, the current density flowing in this case is eventually increased. For this reason, during ESD, the current density locally increases directly below the outer peripheral groove TR, the temperature rises locally, and this portion is easily destroyed. That is, the ESD tolerance is reduced.
一方、図2(b)に示されるように、上記の半導体装置10においては、溝Tの設定によって、逆バイアス時における溝Tの下部の耐圧が、これによる前記のV0<V2となるように設定される。すなわち、上記の半導体装置10においては、耐圧はV0となり、この場合のブレークダウンは溝Tの下部(素子領域R1)となる。溝Tは素子領域R1中において狭い間隔で一様に形成されているため、結局、この場合の電流は、広い面積の素子領域R1中で一様に流れる。このため、図2(a)の場合と比べて、図2(b)の場合には、この場合に流れる電流密度を低減することができる。このため、ESD耐量を高くすることができる。すなわち、V0<V2(V1<V2)となるように、溝T(素子領域R1)、外周溝TR(外周領域R2)を設定し、この半導体装置10の耐圧をV0に設定することにより、ESD耐量を高めることができる。
On the other hand, as shown in FIG. 2B, in the
具体的には、溝Tの幅は0.7μm、間隔は3〜4μm、深さは1.3〜1.4μmとした。溝T内における酸化膜51Aの厚さを50〜250nmとした。外周トレンチTRの幅は15μm、深さは1.6μmとした。これによって、ESD時における電流経路を素子領域R1とすることができ、ESD耐量を高めることができた。更に、逆バイアス時における溝Tの効果は特許文献1に記載された技術と同様であるため、VFを低下させることができる。この際、図2(b)に示されるように、逆バイアス時における溝T周囲の空乏層Dの形状は、従来(図2(a))と同様とされるため、この空乏層Dによって、ショットキー接合に印加される電界を小さくすることができ、IRを低下させることができる。あるいは、溝Tの間隔を2〜4μm、幅を0.5〜1.2μmの範囲としても、同様である
Specifically, the width of the groove T was 0.7 μm, the interval was 3 to 4 μm, and the depth was 1.3 to 1.4 μm. The thickness of the
また、素子領域R1と外周領域R2で共通に用いられるn型層22の厚さを4〜13μmの範囲、溝Tの深さを1.0〜2.5μmの範囲、n型層22の比抵抗を0.3〜3.5Ω・cmの範囲とすることによって、外周溝TR側に空乏層が延びるようにした上で、素子領域R1における耐圧V0をV0<V2とすることができる。これらの調整は、VFやIRの値も考慮して行うことが好ましい。
Further, the thickness of the n-
また、この半導体装置10においては、素子領域R1における溝Tと外周領域R2における外周溝TRとをn型層22に対してエッチング(例えばドライエッチング)を行うことによって同時に形成することができる。この際、外周溝TRの幅は溝Tよりも広いため、これらのエッチングを同時に行った場合でも、前記の例のように、外周溝TRを溝Tよりも深く形成することができる。図2(b)における空乏層Dの形状より、外周溝TRを溝Tよりも深くした場合には、素子領域R1から外周領域R2にかけて空乏層Dの形状をより緩やかにすることができるため、こうした構成は特に好ましく、こうした構成を特に容易に製造することができる。
In the
なお、素子領域R1、外周領域R2、溝T、外周溝TRの平面形状、構成は、上記の効果を奏する限りにおいて任意である。 The planar shape and configuration of the element region R1, the outer peripheral region R2, the groove T, and the outer peripheral groove TR are arbitrary as long as the above-described effects are exhibited.
10、110 半導体装置(SBD)
21、121 n+層
22、122 n型層(半導体層)
30、130 バリア金属層(第1主電極)
31、131 アノード電極(第1主電極)
32、132 カソード電極(第2主電極)
51A 酸化膜(第1絶縁層)
51C 酸化膜(第2絶縁層)
52、152A、152B 多結晶シリコン層(シールド電極)
151A、151B、151C 酸化膜(絶縁層)
D 空乏層
R1 素子領域
R2 外周領域
T トレンチ(溝)
TR 外周溝
10, 110 Semiconductor device (SBD)
21, 121 n + layer 22, 122 n-type layer (semiconductor layer)
30, 130 Barrier metal layer (first main electrode)
31, 131 Anode electrode (first main electrode)
32, 132 Cathode electrode (second main electrode)
51A oxide film (first insulating layer)
51C oxide film (second insulating layer)
52, 152A, 152B Polycrystalline silicon layer (shield electrode)
151A, 151B, 151C Oxide film (insulating layer)
D Depletion layer R1 Element region R2 Outer peripheral region T Trench (groove)
TR outer peripheral groove
Claims (5)
前記半導体層の上に設けられ前記半導体層に対してショットキー接触をする第1主電極と、
前記半導体層とオーミック接触をする第2主電極と、
前記第1主電極直下の前記半導体層において形成された複数の溝と、
前記第1主電極と接続され、前記溝の内部において前記溝の内面に形成された第1絶縁層を介して設けられたシールド電極とが、動作電流が流される領域である素子領域において設けられた半導体装置であって、
平面視において前記素子領域の外側に設けられた外周領域において、
平面視において前記素子領域を囲む環状とされて前記半導体層が掘り下げられた外周溝が前記半導体層の上面側に前記溝よりも広い幅で形成され、
前記外周溝の内部における前記素子領域側の側面から底面にかけて、前記第1絶縁層よりも厚い第2絶縁層が形成され、当該第2絶縁層の上に前記第1主電極が形成され、
前記第1主電極と前記第2主電極との間に耐圧を超える逆バイアスが印加された際に、前記溝の直下における前記半導体層において電流が流れる構成とされたことを特徴とする半導体装置。 a semiconductor layer composed of n-type silicon;
A first main electrode provided on the semiconductor layer and making a Schottky contact with the semiconductor layer;
A second main electrode in ohmic contact with the semiconductor layer;
A plurality of grooves formed in the semiconductor layer immediately below the first main electrode;
A shield electrode connected to the first main electrode and provided inside the groove via a first insulating layer formed on the inner surface of the groove is provided in an element region where an operating current flows. A semiconductor device,
In the outer peripheral region provided outside the element region in plan view,
An outer peripheral groove in which the semiconductor layer is dug down in an annular shape surrounding the element region in plan view is formed on the upper surface side of the semiconductor layer with a width wider than the groove,
A second insulating layer thicker than the first insulating layer is formed from the side surface to the bottom surface on the element region side in the outer peripheral groove, and the first main electrode is formed on the second insulating layer,
A semiconductor device characterized in that when a reverse bias exceeding a withstand voltage is applied between the first main electrode and the second main electrode, a current flows in the semiconductor layer immediately below the groove. .
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|---|---|---|---|---|
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002050773A (en) * | 2000-07-31 | 2002-02-15 | Shindengen Electric Mfg Co Ltd | Semiconductor device |
| JP2003522413A (en) * | 2000-02-02 | 2003-07-22 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | Trench type Schottky rectifier |
| JP2012109368A (en) * | 2010-11-17 | 2012-06-07 | Fuji Electric Co Ltd | Method of manufacturing semiconductor device |
| JP2014127713A (en) * | 2012-12-27 | 2014-07-07 | Shindengen Electric Mfg Co Ltd | Trench schottky barrier diode and manufacturing method thereof |
-
2015
- 2015-07-24 JP JP2015146822A patent/JP2017028150A/en active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003522413A (en) * | 2000-02-02 | 2003-07-22 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | Trench type Schottky rectifier |
| JP2002050773A (en) * | 2000-07-31 | 2002-02-15 | Shindengen Electric Mfg Co Ltd | Semiconductor device |
| JP2012109368A (en) * | 2010-11-17 | 2012-06-07 | Fuji Electric Co Ltd | Method of manufacturing semiconductor device |
| JP2014127713A (en) * | 2012-12-27 | 2014-07-07 | Shindengen Electric Mfg Co Ltd | Trench schottky barrier diode and manufacturing method thereof |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109065637A (en) * | 2018-07-13 | 2018-12-21 | 张家港意发功率半导体有限公司 | A kind of trench schottky barrier diode and its manufacturing method |
| CN109065637B (en) * | 2018-07-13 | 2021-07-16 | 张家港意发功率半导体有限公司 | A trench Schottky barrier diode and method of making the same |
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