JP5726314B2 - ショットキーダイオードを備えた半導体装置 - Google Patents
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Description
本発明は、高電圧用途に適しており、同時に低い順方向電圧と小さいスイッチング損失出力とを有しているショットキーダイオードに関する。
低い順方向電圧を伴う、トレンチ技術における高電圧ショットキーダイオード(STSBD=Super−Trench−Schottky−Barrier−Diode)が提案される。これは高い電流密度で動作可能であり、小さいシャットダウン損失出力を有している。低い順方向電流へのこれまでの制限はこれによって廃棄される。
本発明のSuper−Trench−Schottky−Barrier−Diode(STSBD)は、複数のフローティングショットキーコンタクトをトレンチ壁部に有しているトレンチ構造体である。これによってメサ領域内に、周期的に均一な電界分布およびほぼ線形の電圧分布が形成される。所定の降伏電圧に対するドーピング濃度は例えば、従来の高電圧PNダイオードまたは高電圧ショットキーダイオードよりも係数5乃至10まで高く選択可能である。これによって極めて有利な設計妥協が、降伏電圧と順方向電圧とシャットダウン損失出力との間で得られる。
高電圧PNダイオードと比べて:高い電流密度のもとでの低いまたは比肩可能な順方向電圧、しかし格段に小さいシャットダウン損失出力
高電圧ショットキーダイオードと比べて:高い電流密度のもとでの格段に低い順方向電圧
スーパートレンチショットキーバリアダイオード(Super−Trench−Schottky−Barrier−Diode:STSBD)の本発明に相応する実施例を図1に断面図で示す。STSBDは、n+基板10と、nエピ層20と、メサ領域40と、ショットキーコンタクトとして作用する、チップの表面に設けられている金属層50(アノード電極)と、チップの背面に設けられている金属層60(カソード電極)とさらなるショットキーコンタクト70とから成る。ここでnエピ層20内にエッチングされた溝(トレンチ)30は幅Wtとn+基板10への間隔D_epiを備えており、メサ領域40は幅Wmを備えて、隣接する溝の間にあり、さらなるショットキーコンタクト70は、幅ないしは間隔D_skおよびショットキーコンタクト間の間隔D_gapを備えて、トレンチ壁部に設けられている。金属層50は、トレンチ壁部を深さD_anodeまで覆い、第1のショットキーコンタクト70に対する間隔D_gapを有している。ショットキーコンタクト70は、トレンチ壁部でフローティングされている。最後のフローティングショットキーコンタクトはトレンチ底面を覆っている。
STSBDでは順方向電圧は、高い電流密度の領域において、格段に低い。なぜなら、弱くドーピングされている領域のダイオード濃度が格段に高いからである。
b)従来の高電圧PNダイオードとの比較:
バリヤ金属を適切に選択することによって、STSBDの順方向電圧(低い電圧密度のもとで測定された)を、PNダイオードの比較可能な順方向電圧よりも低く選択することができるので、順方向電圧は電流が高い場合にも低いままである。例えば約100A/cm2の電流密度まで、順方向電圧は0.7を下回り、PN順方向電圧を下回る。
D_anode(トレンチ壁部を覆う、アノード電極としてのショットキーコンタクト50の幅);リーク電流と順方向電圧との間のトレードオフ;
D_sk(トレンチ壁部でのフローティングショットキーコンタクト70の幅):メサにおける個々の周期的な領域の分断に影響を与える;
D_gap(トレンチ壁部でのフローティングショットキーコンタクト70間の間隔):メサ領域における電圧分布の線形性に影響を与える;
Wt(トレンチ領域30の幅)、順方向電圧に影響を与える;
Wm(メサ領域40の幅)、リーク電流と順方向電圧との間のトレードオフ
D_epi(トレンチ底面とn+基板10との間の間隔)降伏時の全降伏電圧と最後のショットキーコンタクトの電圧のトレードオフ
ドーピング濃度:
nエピ層のドーピング濃度=1E16/cm3
n+基板のドーピング濃度=1E19/cm3
D_anode=4μm
D_sk=0.4μm
D_gap=1.0μm
Wt=Wm=0.8μm
D_epi=5μm
Claims (18)
- スーパートレンチショットキーバリアダイオード(Super−Trench−Schottky−Barrier−Diode:STSBD)の半導体装置であって、
n+基板(10)と、nエピ層(20)と、メサ領域(40)と、チップの表面に設けられている金属層(50)と、チップの背面に設けられている金属層(60)とを備え、
前記nエピ層(20)内にエッチングされた複数のトレンチ(30)は幅(Wt)と、前記n+基板(10)への間隔(D_epi)とを有しており、
前記メサ領域(40)は、隣接する前記複数のトレンチ(30)の間にあり、幅(Wm)を有しており、
前記チップの表面に設けられている金属層(50)は、ショットキーコンタクトであり、アノード電極として用いられており、
前記チップの背面に設けられている金属層(60)は、オーミックコンタクトであり、カソード電極として用いられており、
前記トレンチ壁部には複数のショットキーコンタクト(70)が設けられており、当該トレンチ壁部のショットキーコンタクト(70)は、幅(D_sk)と、当該トレンチ壁部のショットキーコンタクト間の間隔(D_gap)と、前記アノード電極として用いられている前記金属層(50)と当該金属層(50)に前記トレンチ(30)の側壁方向において隣り合う前記トレンチ壁部のショットキーコンタクト(70)との間の間隔(D_gap)とを有している、
ことを特徴とする半導体装置。 - 前記トレンチ壁部のショットキーコンタクト(70)の電位は、フローティングされている、請求項1記載の半導体装置。
- ショットキーコンタクトであり、アノード電極として用いられる、チップの表面にある前記金属層(50)は、前記トレンチ壁部を深さ(D_anode)まで覆っている、請求項1記載の半導体装置。
- チップの表面にある前記金属層(50)は、前記トレンチ(30)を深さ(D_anode)まで埋めている、請求項1から3までのいずれか1項記載の半導体装置。
- 前記n+基板(10)に対し垂直方向において最も低い位置にある前記トレンチ壁部のショットキーコンタクトは前記トレンチ底面を覆い、前記n+基板(10)に対して間隔(D_epi)を有している、請求項1から4までのいずれか1項記載の半導体装置。
- 前記STSBD構造体は、前記トレンチ壁部のショットキーコンタクト(70)の均一な幅(D_sk)と、前記トレンチ壁部のショットキーコンタクト(70)間の均一な間隔(D_gap)と、前記アノード電極として用いられている前記金属層(50)と当該金属層(50)に前記トレンチ(30)の側壁方向において隣り合う前記トレンチ壁部のショットキーコンタクト(70)との間の均一な間隔(D_gap)とを有している、請求項1から5までのいずれか1項記載の半導体装置。
- メサ領域における電界分布は、幅(D_sk)+間隔(D_gap)に従って、周期的に繰り返される、請求項1から6までのいずれか1項記載の半導体装置。
- メサ領域における電圧分布は線形である、請求項1から7までのいずれか1項記載の半導体装置。
- 前記トレンチ壁部のショットキーコンタクト(70)は、それぞれ、前記トレンチ領域全体を覆い、前記トレンチ壁部のショットキーコンタクトの間には誘電層が設けられている、請求項1から8までのいずれか1項記載の半導体装置。
- 前記トレンチ壁部のショットキーコンタクト(70)は、それぞれ、前記トレンチ領域全体を覆い、前記トレンチ壁部のショットキーコンタクトの間には、シリコンまたはポリシリコンが設けられている、請求項1から9までのいずれか1項記載の半導体装置。
- 前記エピ層(20)のドーピング濃度は、1×1016/cm3である、請求項1から10までのいずれか1項記載の半導体装置。
- 前記装置は、200V超の領域の降伏電圧を有する、請求項1から11までのいずれか1項記載の半導体装置。
- 前記トレンチ(30)は、長方形の形状またはU字形の形状または類似の形状を有している、請求項1から12までのいずれか1項記載の半導体装置。
- 前記トレンチ(30)は、ストリップアレイでまたはアイランドとして配置されており、ここで前記アイランドは円形または六角形に構成されている、請求項1から13までのいずれか1項記載の半導体装置。
- 前記トレンチ(30)は、エッチングによって前記nエピ層内に作成されている、請求項1から14までのいずれか1項記載の半導体装置。
- デバイスとして構成されており、はんだ付け可能な表面金属化部および背面金属化部を有している、請求項1から15までのいずれか1項記載の半導体装置。
- 前記デバイスは圧入ダイオードとして構成されており、圧入ダイオードケーシング内に取り付けられている、請求項16記載の半導体装置。
- 前記圧入ダイオードは自動車用発電器の整流器内に入れられている、請求項1から17までのいずれか1項記載の半導体装置。
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