JP2008519447A - 半導体装置及びその使用乃至製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、請求項1の上位概念に記載の半導体装置、並びに、その製造方法に関する。
請求項1記載の各要件を具備した本発明によると、特に、所謂「ホット」キャリアの注入を阻止することができるという利点が提供される。この利点は、降伏時に生じる高い電界強度が敏感な酸化層の近傍内に位置しないようにすることによって達成される。と言うのは、集積PNダイオードの降伏電圧は、ショットキーダイオード及びMOS構造の降伏電圧よりも低いからである。従って、本発明により構成された半導体装置は、半導体装置を自動車の搭載電源、殊に、搭載電源の発電機システムで高い信頼度で使用することができる特に大きな頑強性を特徴とする。特に有利には、半導体装置は、数10Vオーダの降伏電圧、数百A/cm2もの電流密度で確実に作動するように使用することができる。特に有利には、半導体装置の第1の変形実施例は、内部にトレンチが形成されているn層が上に設けられた、n+サブストレートを有しており、トレンチは、高々、トレンチの深さの一部分がp領域で充填されている。n+サブストレート及びn層は、各々コンタクト層を有しており、その際、コンタクト層は、トレンチの壁の領域内で、n層の酸化層によって分離されている。
図面
以下、本発明について、図示の実施例を用いて詳細に説明する。
図1は、従来技術のトレンチMOSバリア・ショットキーTMBSダイオードを示す図、
図2は、本発明により構成された半導体装置の第1の実施例を示す図、
図3は、半導体装置の第2の実施例を示す図、
図4は、第1の製造方法の流れ図、
図5は、第2の製造方法の流れ図である。
図1は、公知の半導体装置10、つまり、所謂トレンチMOSバリア・ショットキーTMBSダイオード(以下、短縮して「TMBS」と呼ぶ)を示す。先ず、本発明により達成される効果を一層明瞭に説明するために、そのようなTMBSの構造から説明する。TMBS10は、n+サブストレート1と、このn+サブストレート上に設けられたn層2から形成されている。このn層2内には、溝(通常「トレンチ」とも呼ばれる)であるトレンチ6が形成されている。トレンチ6の基底面及び壁部は、酸化層7で被覆されている。TMBS10の前側上の金属層4は、アノード電極として使われる。TMBS10の後ろ側上の金属層5は、カソード電極として使われる。電気的に視ると、TMBS10は、MOS構造(金属4、酸化層7及びn層2)とショットキーダイオードとの組合せである。その際、ショットキー障壁は、アノードとしての金属層4とカソードとしてのn層2との間に位置している。
2 nドーピング層
3 メサ領域
4 コンタクト層
5 コンタクト層
6 トレンチ
7 酸化層
40 層
41 層
42 層
43 層
44 層
45 層
46 層
47 層
50 層
51 層
52 層
53 層
54 層
55 層
56 層
57 層
BV_mos MOS構造の降伏電圧
BV_pn PNダイオードの降伏電圧
BV_schottky ショットキーダイオードの降伏電圧
Dox 酸化層を有するトレンチの深さ部分
Dp Si又はポリSiを有する各トレンチの深さ部分
Dt 各トレンチの深さ
To 酸化層の厚み
Wm 各トレンチ間の間隔
Wt 各トレンチの幅
Wp0 マスク上のp領域の幅
Claims (27)
- PNダイオードが集積化されたトレンチMOSバリアショットキーダイオードを有することを特徴とする半導体装置(20,30)。
- PNダイオードをクリップ要素として使う請求項1記載の半導体装置。
- ショットキーダイオード、MOS構造及びPNダイオードの組合せを有する半導体装置(20,30)の場合に、前記PNダイオードの降伏電圧(BV_pn)は、前記MOS構造及び前記ショットキーダイオードの降伏電圧(BV_mos,BV_schottky)よりも低い請求項1又は2記載の半導体装置。
- 半導体装置は、遮断作動中、数百A/cm2のオーダ、殊に、400A/cm2〜約600A/cm2のオーダの高電流密度で作動可能である請求項1から3迄の何れか1記載の半導体装置。
- 半導体装置(20)は、n+サブストレート(1)を有しており、前記n+サブストレート(1)上にn層(2)が設けられており、前記n層内にトレンチ(6)が設けられており、前記トレンチ(6)は、高々当該トレンチ(6)の深さ部分がp領域(8)で充填されており、前記n+サブストレート(1)及び前記n層(2)は、各々コンタクト層(4,5)を備えており、前記コンタクト層(4)は、前記トレンチ(6)の各壁の領域内で、酸化層(7)によって前記n層(2)から分離されている請求項1から4迄の何れか1記載の半導体装置。
- p領域(8)は、pドーピングSi又はポリSi製である請求項1から5迄の何れか1記載の半導体装置。
- コンタクト層(4,5)は、金属製である請求項1から6迄の何れか1記載の半導体装置。
- コンタクト層(4,5)は、多層構造である請求項1から7迄の何れか1記載の半導体装置。
- コンタクト層(4)は、p領域(8)に対してオーミックコンタクトを形成し、n層(2)に対してショットキーコンタクトを形成し、それと同時にMOS構造用にゲート電極として使われる請求項1から8迄の何れか1記載の半導体装置。
- トレンチ(6)は、U字形又は矩形の横断面を有している請求項1から9迄の何れか1記載の半導体装置。
- トレンチ(6)は、高々当該トレンチ(6)の深さ部分に亘ってpドーピングSi又はポリSi(p領域8)で充填されている請求項1から10迄の何れか1記載の半導体装置。
- 半導体装置は、PNダイオードの降伏の場合に、該降伏は、有利に、トレンチ(6)の底部の領域内で生じる請求項1から11迄の何れか1記載の半導体装置。
- 半導体装置は、n+サブストレート(1)を有しており、該n+サブストレート(1)上に、n層(2)が設けられており、該n層(2)内にトレンチ(6)が設けられており、該トレンチ(6)の壁は酸化層(7)で完全に被覆されているが、前記トレンチ(6)の底部は、高々部分的に酸化層(7)で被覆されているに過ぎず、前記トレンチ(6)の下側位置の前記n層(2)内にp領域(8)が設けられており、前記n+サブストレート(1)及び前記n層(2)は、コンタクト層(4,5)を有している請求項1から12迄の何れか1記載の半導体装置。
- トレンチ(6)の下側に位置しているp領域(8)は、前記トレンチ(6)の底部をドーピング物質で被覆し、該被覆に続いて拡散処理することによって形成され、前記トレンチ(6)の前記底部を部分的にのみ被覆している酸化層はマスクとして機能する請求項1から13迄の何れか1記載の半導体装置。
- トレンチ(6)の下側に位置しているp領域(8)は、降伏状態で作動している間、半導体装置の降伏電圧が、p領域(8)及びn層(2)によって形成されたPNダイオードの降伏電圧(BV_pn)によって決められる請求項1から14迄の何れか1記載の半導体装置。
- 降伏状態で作動している間、トレンチ(6)の下側に位置しているp領域(8)の範囲内で降伏が生じる請求項1から15迄の何れか1記載の半導体装置。
- n層(2)によって支持されたコンタクト層(4)は、トレンチ(6)を完全に充填する請求項1から16迄の何れか1記載の半導体装置。
- トレンチ(6)は、ストリップ状又は島状に形成されている請求項1から17迄の何れか1記載の半導体装置。
- 請求項1から17迄の何れか1記載の半導体装置のZダイオードとしての使用。
- 請求項1から17迄の何れか1記載の半導体装置の、自動車の搭載電源、殊に、自動車の発電システムでの使用。
- 半導体装置は、10V〜30V、殊に、15V〜25Vの降伏電圧を有している請求項1から20迄の何れか1記載の半導体装置。
- 請求項1から21迄の何れか1記載の半導体装置(20)の製造方法において、n+サブストレート上にn層を堆積し、該n層(2)内にトレンチ(6)を形成し、該トレンチ(6)は、酸化層(7)で被覆され、該酸化層(7)から取り除かれた前記トレンチ(6)の部分を、p領域(8)を形成するためにpドーピングSi又はポリSiで充填し、n+サブストレート(1)及びn層(2)をコンタクト層(4,5)で被覆し、前記p領域(8)で充填されていない前記トレンチ(6)の領域を完全に前記コンタクト層(4)の材料で充填することを特徴とする半導体装置の製造方法。
- n+サブストレート(1)上にn層(2)を堆積し、該n層(2)内にトレンチ(6)を形成し、該トレンチ(6)を酸化層(7)で被覆し、該酸化層(7)を、前記トレンチ(6)の底部から局部的に取り除き、前記トレンチ(6)の前記底部の、酸化層を取り除かれた部分を、ドーピング物質で被覆し、続いて、前記トレンチ(6)の下側に位置しているp領域(8)を形成するために拡散プロセスを実行し、前記nサブストレート(1)及び前記n層(2)をコンタクト層(4,5)で被覆し、前記トレンチ(6)を完全にコンタクト層(4)の材料で充填する請求項1から22迄の何れか1記載の半導体装置の製造方法。
- トレンチ(6)の底部を、所定のドーピング物質を用いて、気体相から前記ドーピング物質を析出することによって被覆する請求項1から23迄の何れか1記載の半導体装置の製造方法。
- トレンチ(6)の底部を、所定のドーピング物質を用いて、イオンインプランテーションによって被覆する請求項1から24迄の何れか1記載の半導体装置の製造方法。
- ドーピング物質としてホウ素乃至ホウ素イオンを使用することを特徴とする請求項1から25迄の何れか1記載の半導体装置の製造方法。
- n+サブストレート(1)上に位置しているn層(2)を、エピタキシャル方法を用いて製造する請求項1から26迄の何れか1記載の半導体装置の製造方法。
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