(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一導電型低抵抗層と、
前記第一導電型低抵抗層の第一主面に第二主面が接し、第一の第一導電型領域と第二導電型領域とが前記第一主面に平行方向に繰り返し交互に隣接し、オフ状態で完全に空乏化する並列ｐｎ層と、
前記並列ｐｎ層の第一主面に第二主面が接する第二の第一導電型領域と、
前記第二の第一導電型領域の第一主面側から前記並列ｐｎ層の第二導電型領域に達する溝と、
前記溝に絶縁膜を介して埋め込まれた導電体と、
前記導電体とオーミックに接続し、前記第二の第一導電型領域とショットキー接合する第一主電極と、
前記第一導電型低抵抗層の第二主面とオーミックに接続する第二主電極と、
を備えることを特徴とする半導体素子。
【請求項２】
前記並列ｐｎ層の前記第一の第一導電型領域と前記第二導電型領域の繰り返し方向に前記溝と前記第二の第一導電型領域とが繰り返し交互に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子。
【請求項３】
前記溝は、前記並列ｐｎ層の交互に配置された前記第一の第一導電型領域と前記第二導電型領域の繰り返し方向において、隣り合う前記第二導電型領域に対応して隣り合う前記溝がそれぞれ形成され、前記第二導電型領域と該第二導電型領域の両側に接する前記第一の第一導電型領域に亘って形成されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体素子。
【請求項４】
前記第二の第一導電形領域は、前記並列ｐｎ層の前記第一の第一導電型領域と前記第二導電型領域の繰り返し方向において、前記第一の第一導電形領域と該第一の第一導電型領域の両側に接する前記第二導電型領域に亘って形成されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体素子。
【請求項５】
前記第二導電型領域の第一主面側の所定領域の不純物濃度が、前記第二導電型領域の第二主面側の不純物濃度より高いことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載の半導体素子。
【請求項６】
前記所定領域の不純物濃度は、隣接する前記第一の第一導電型領域の不純物濃度より高いことを特徴とする請求項５に記載の半導体素子。
【請求項７】
前記所定領域の不純物濃度は、隣接する前記第一の第一導電型領域の不純物濃度の二倍以下であることを特徴とする請求項６に記載の半導体素子。
【請求項８】
前記所定領域は、前記溝の底部に接していることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか一つに記載の半導体素子。
【請求項９】
第一導電型低抵抗層と、
前記第一導電型低抵抗層の第一主面に第二主面が接し、第一の第一導電型領域と第二導電型領域とが、前記第一主面に平行方向に繰り返し交互に隣接し、オフ状態で完全に空乏化するストライプ状の並列ｐｎ層と、
前記並列ｐｎ層の第一主面に第二主面が接する第二の第一導電型領域と、
前記第二の第一導電型領域の第一主面側から前記並列ｐｎ層の第二導電型領域に達し、前記並列ｐｎ層に直交するストライプ状の溝と、
前記溝に絶縁膜を介して埋め込まれた導電体と、
前記導電体とオーミックに接続し、前記第二の第一導電型領域とショットキー接合する第一主電極と、
前記第一導電型低抵抗層の第二主面とオーミックに接続する第二主電極と、
を備えることを特徴とする半導体素子。
【請求項１０】
前記溝の底部を覆い、前記並列ｐｎ層の表面層に選択的に形成された、前記第二導電型領域の不純物濃度より高い不純物濃度である第二導電型の補助領域を有し、
前記第二導電型の補助領域はオフ状態で完全に空乏化することを特徴とする請求項９に記載の半導体素子。
【請求項１１】
前記第二導電型補助領域の不純物濃度は、隣接する前記第一の第一導電型領域の不純物濃度の二倍以下であることを特徴とする請求項１０に記載の半導体素子。
【請求項１２】
第一導電型低抵抗層と、
前記第一導電型低抵抗層の第一主面に第二主面が接し、第一の第一導電型領域と第二導電型領域とが前記第一主面に平行方向に繰り返し交互に隣接し、オフ状態で完全に空乏化する並列ｐｎ層と、
前記並列ｐｎ層の第一主面に第二主面が接する第二の第一導電型領域と、
前記第二の第一導電型領域の第一主面側に形成された溝と、
前記溝に絶縁膜を介して埋め込まれた導電体と、
前記導電体とオーミックに接続し、前記第二の第一導電型領域とショットキー接合する第一主電極と、
前記第一導電型低抵抗層の第二主面とオーミックに接続する第二主電極と、
を備えることを特徴とする半導体素子。
【請求項１３】
前記並列ｐｎ層の前記第一の第一導電型領域と前記第二導電型領域の繰り返し方向において、
前記並列ｐｎ層の交互に配置された前記第一の第一導電型領域と前記第二導電型領域の繰り返しピッチと、
前記並列ｐｎ層の交互に配置された前記第一の第一導電型領域と前記第二導電型領域の繰り返し方向における前記溝のピッチとが異なることを特徴とする請求項１２に記載の半導体素子。
【請求項１４】
第二導電型領域の第一主面側の所定領域の不純物濃度が、前記第二導電型領域の第二主面側の不純物濃度より高いことを特徴とする請求項１２または１３に記載の半導体素子。
【請求項１５】
前記所定領域の不純物濃度は、隣接する前記第一の第一導電型領域の不純物濃度より高いことを特徴とする請求項１４に記載の半導体素子。
【請求項１６】
前記所定領域の不純物濃度は、前記第二導電型領域の不純物濃度の二倍以下であることを特徴とする請求項１４または１５に記載の半導体素子。
【請求項１７】
逆バイアス電圧印加時は、前記第二導電型領域と接する前記第一の第一導電型領域の電界強度より、前記第二の第一導電型領域の電界強度が低いことを特徴とする請求項１乃至５および請求項９乃至１３のいずれか一つに記載の半導体素子。
【請求項１８】
逆バイアス電圧印加時は、前記第二導電型領域の前記所定領域以外と接する前記第一の第一導電型領域の電界強度より、前記第二の第一導電型領域の電界強度が低いことを特徴とする請求項６乃至８および請求項１４乃至１６のいずれか一つに記載の半導体素子。
【請求項１９】
前記溝の平面形状は、ストライプ状であることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８のいずれか１つに記載の半導体素子。
【請求項２０】
前記並列ｐｎ層の平面形状は、ストライプ状であることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９のいずれか１つに記載の半導体素子。
【請求項２１】
前記並列ｐｎ層の平面形状は前記第二の第一導電型領域と前記第二導電型領域の少なくとも一方が、三方格子、正方格子、六方格子であることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９のいずれか１つに記載の半導体素子。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、逆電圧印加時に空乏化する第二の第一導電型領域と第二導電型領域とを交互に配置した並列ｐｎ層を有する半導体素子について、高耐圧化、大電流容量化を可能にする構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に半導体素子は、片面に電極部をもつ横型素子と、両面に電極をもつ縦型素子とに大別される。縦型半導体素子は、オン時にドリフト電流が流れる方向と、オフ時の逆バイアス電圧による空乏層が延びる方向とが同じである。
【０００３】
例えば、通常のプレーナ型のｎ型ショットキーダイオードにおいて、ｎ型ドリフト領域の部分は、オン状態の時は縦方向にドリフト電流を流す電流経路として働き、オフ状態の時は空乏化して耐圧を高める。
【０００４】
そのｎ型ドリフト領域の電流経路を短くすることは、ｎ型ドリフト領域の抵抗分が低くなるので、実質的なオン電圧を下げる効果に繋がる。しかし一方バリア金属とｎ型ドリフト領域との間のショットキー接合から進行するアノード−カソード間空乏層が広がる幅が狭く、シリコンの臨界電界強度に速く達するため、耐圧が低下してしまう。逆に耐圧の高い半導体装置では、ｎ型ドリフト領域が厚くなるため、必然的にオン電圧が大きくなり、損失が増すことになる。
【０００５】
すなわちオン電圧と耐圧との間にトレードオフ関係がある。このトレードオフ関係は、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、バイポーラトランジスタ、ｐｎダイオード等の半導体素子においても同様に成立することが知られている。また、この問題は、オン時にドリフト電流が流れる方向と、オフ時の逆バイアスによる空乏層の延びる方向が異なる横型半導体素子についても共通である。
【０００６】
このオン電圧と耐圧とのトレードオフ関係の問題に対する解決法として、ドリフト領域を、不純物濃度を高めたｎ型の領域とｐ型の領域を交互に配置した並列ｐｎ層で構成し、オフ状態の時は空乏化して耐圧を負担するようにした構造の半導体装置が、特許文献１〜５に開示されている。
【０００７】
図１１はそのような新しい構造のショットキーバリアダイオードの一例の断面図である。
通常のプレーナ型のｎ型ショットキーバリアダイオードとの構造上の違いは、ドリフト部が一様、単一の導電型でなく、縦形層状のｎ型ドリフト領域１ａと縦形層状のｐ型仕切領域１ｂとを交互に繰り返して接合した並列ｐｎ層１が配置されている点である。アノード電極５がｎ型ドリフト領域１ａとショットキーバリアを形成している。またカソード電極６はｎ+ カソード領域４とオーミックな接触をしている。
並列ｐｎ層１の不純物濃度が高くても、オフ状態では並列ｐｎ層１の縦方向に配向する各ｐｎ接合から空乏層がその横方向双方に拡張し、ドリフト領域全体を空乏化するため、高耐圧化を図ることができる。
【０００８】
なお、本発明の発明者らは、オン状態では電流を流すとともに、オフ状態では空乏化する並列ｐｎ層からなるドリフト層を備える半導体素子を超接合半導体素子と称することとする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】欧州特許出願公開第００５３８５４号明細書
【特許文献２】米国特許第５２１６２７５号明細書
【特許文献３】米国特許第５４３８２１５号明細書
【特許文献４】特開平９−２６６３１１号公報
【特許文献５】特開２０００−４０８２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図１１の超接合ショットキーバリアダイオードでは、ｎ型ドリフト領域１ａ、ｐ型仕切り領域１ｂともアノード電極５とショットキー接合を成しているため、逆電圧印加時におけるｎ型ドリフト領域１ａの表面電界は必然的に高められてしまう。この高電界はバリア金属であるアノード電極５とｎ型ドリフト領域１ａとの間のバリアハイトを低下させる方向に働くため、高耐圧は得られるものの漏れ電流が大きくなる問題が生じる。漏れ電流が大き過ぎると逆電圧印加時の発生損失が増加するだけでなく、熱暴走で素子が破壊に至る恐れがある。
【００１１】
また、アルミニウムなどのｎ型半導体に対するバリアハイトの高いバリア金属を使用した場合（ｐ型半導体に対してはバリアハイトは低くなる）、順電圧印加時にアノード電極５からｐ型仕切り領域１ｂを通しｎ型ドリフト領域１ａに正孔が注入されるため、逆回復時のスイッチングが遅くなってしまう問題がある。
【００１２】
この正孔の注入を回避するための構造が提案されている。図１２は、その対策を施した超接合ショットキーバリアダイオードの断面図である。
ｐ型仕切り領域１ｂとバリア金属であるアノード電極５との間に挟まれたｎ型表面領域３が両者を分離している。
【００１３】
図１３（ａ），（ｂ）はそれぞれ、図１２の超接合ショットキーバリアダイオードのｎ型表面領域３と並列ｐｎ層１とのＡ−Ａ’線、Ｂ−Ｂ’線に沿った電界強度分布図である。
【００１４】
Ｂ−Ｂ’線に沿った電界強度は、概ね１．７×１０5V/cm 以下であり、最高値に達するのは、ｐ型仕切り領域１ｂとｎ+ カソード層４との境界近傍で、半導体基板の内部であるのに対し、Ａ−Ａ’線に沿った電界強度は、表面近傍で２×１０5V/cm を越える高い電界強度になっている。
【００１５】
このようにｎ型ドリフト領域上方での表面電界は高くなるため、漏れ電流の問題を回避することはできない。
以上の問題に鑑み本発明の目的は、オン状態では電流を流すとともに、オフ状態では空乏化する並列ｐｎ層からなるドリフト層を備える半導体素子の耐圧とオン電圧とのトレードオフ関係を大幅に改善し、高速でありながら漏れ電流の低減が期待できる超接合ショットキーダイオードを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記問題を解決するために、第一導電型低抵抗層と、前記第一導電型低抵抗層の第一主面に第二主面が接し、第一の第一導電型領域と第二導電型領域とが前記第一主面に平行方向に繰り返し交互に隣接し、オフ状態で完全に空乏化する並列ｐｎ層と、前記並列ｐｎ層の第一主面に第二主面が接する第二の第一導電型領域と、前記第二の第一導電型領域の第一主面側から前記並列ｐｎ層の第二導電型領域に達する溝と、前記溝に絶縁膜を介して埋め込まれた導電体と、前記導電体とオーミックに接続し、前記第二の第一導電型領域とショットキー接合する第一主電極と、前記第一導電型低抵抗層の第二主面とオーミックに接続する第二主電極と、を備えるものとする。
【００１７】
前記溝は、前記並列ｐｎ層の交互に配置された前記第一の第一導電型領域と前記第二導電型領域の繰り返し方向において、前記第一の第一導電型領域と該第一の第一導電体領域に隣接する前記第二導電型領域に亘って形成されていても、前記第二導電型領域より幅が狭くても良い。
【００１８】
また、第一導電型低抵抗層と、前記第一導電型低抵抗層の第一主面に第二主面が接し、第一の第一導電型領域と第二導電型領域とが、前記第一主面に平行方向に繰り返し交互に隣接し、オフ状態で完全に空乏化するストライプ状の並列ｐｎ層と、前記並列ｐｎ層の第一主面に第二主面が接する第二の第一導電型領域と、前記第二の第一導電型領域の第一主面側から前記並列ｐｎ層の第二導電型領域に達し、前記並列ｐｎ層に直交するストライプ状の溝と、前記溝に絶縁膜を介して埋め込まれた導電体と、前記導電体とオーミックに接続し、前記第二の第一導電型領域とショットキー接合する第一主電極と、前記第一導電型低抵抗層の第二主面とオーミックに接続する第二主電極と、を備える構造としても良い。

【００１９】
さらに、第一導電型低抵抗層と、前記第一導電型低抵抗層の第一主面に第二主面が接し、第一の第一導電型領域と第二導電型領域とが前記第一主面に平行方向に繰り返し交互に隣接し、オフ状態で完全に空乏化する並列ｐｎ層と、前記並列ｐｎ層の第一主面に第二主面が接する第二の第一導電型領域と、前記第二の第一導電型領域の第一主面側に形成された溝と、前記溝に絶縁膜を介して埋め込まれた導電体と、前記導電体とオーミックに接続し、前記第二の第一導電型領域とショットキー接合する第一主電極と、前記第一導電型低抵抗層の第二主面とオーミックに接続する第二主電極と、を備える構造としても良い。
【００２０】
第二導電型領域の第一主面側の所定領域における不純物濃度が、第二主面に近い部分の第二導電型領域の不純物濃度より高いものとする。
第一主面側に濃度の高い第二導電型の領域を設けることにより、表面電界を緩和しながらも溝の曲率部の電界をも緩和することができるので、高耐圧化が容易となる。
【００２１】
前記第二導電型領域の所定領域における不純物濃度が、隣接する第一導電型領域の不純物濃度より高いものとする。
一般的に超接合半導体素子では、並列ｐｎ層の第一導電型領域と第二導電型領域とは、不純物濃度、領域幅とを等しくするので、その場合は所定領域における第二導電型領域の不純物濃度、幅が、隣接する第一導電型領域の不純物濃度、幅より大きくなる。
【００２２】
特に、溝の底部に接して高不純物濃度の第二導電型領域を有するものとする。
前記第二の第一導電型領域と前記第二導電型領域は平面的にそれぞれストライプ状であるものとする。または、第二の第一導電型領域と第二導電型領域とのうち少なくとも一方が平面的に、三方格子、正方格子、六方格子の格子点上に配置されているものとする。
【００２３】
いずれにしても逆電圧印加時に空乏化するかたちであれば良い。ともにストライプ状とすれば最も単純なパターンである。
溝があるものでは、溝が平面的にストライプ状であれば、最も単純なパターンであり、形成が容易である。
【００２４】
溝が平面的にストライプ状であり、第二の第一導電型領域と前記第二導電型領域がそれぞれストライプ状である場合には、並列ｐｎ層のストライプの方向と前記溝のストライプの方向が異なっていてもよく、直交したものとすることもできる。
【００２５】
その場合はまた、ストライプ状の並列ｐｎ層のピッチと前記ストライプ状の溝のピッチが異なるものとすることができる。
並列ｐｎ層は、逆電圧印加時に空乏化しなければならないという制限があるが、ストライプ状の溝のピッチを並列ｐｎ層のピッチと異なるものとすることができれば、製造上の自由度が増す。
【発明の効果】
【００２６】
以上説明したように本発明によれば、半導体基板の第一と第二の主面にそれぞれ設けられた第一、第二の主電極と、第一主電極とショットキー接合を形成する第一の第一導電型領域と、第二の第一導電型領域と第二導電型領域とを交互に配置した並列ｐｎ層と、第二主電極がオーミック接触する第一導電型低抵抗層とを備え、第一の第一導電型領域と並列ｐｎ層が接し、並列ｐｎ層と第一導電型低抵抗層が接する半導体素子において、少なくとも第一の第一導電型領域の第一主面側に、内面に絶縁膜を形成した溝が設けられていることによって、溝の曲率部における高電界領域により、表面電界が緩和され、逆耐圧時の漏れ電流を低減することが可能となる。さらに、第二導電型領域が第一主電極から分離されているため、順方向バイアス時にｎ 型ドリフト領域への正孔(少数キャリア)の注入がなく、逆回復時のスイッチング速度を高速にすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】（ａ）は参考例１の超接合ショットキーバリアダイオードの部分断面図、（ｂ）は不純物濃度プロファイル図
【図２】（ａ）、（ｂ）は参考例１の超接合ショットキーバリアダイオードの電界強度分布図
【図３】（ａ）は参考例２の超接合ショットキーバリアダイオードの部分断面図、（ｂ）は不純物濃度プロファイル図
【図４】（ａ）は実施例１の超接合ショットキーバリアダイオードの部分断面図、（ｂ）は不純物濃度プロファイル図
【図５】（ａ）、（ｂ）は実施例１の超接合ショットキーバリアダイオードの電界強度分布図
【図６】（ａ）は実施例２の超接合ショットキーバリアダイオードの部分断面図、（ｂ）は不純物濃度プロファイル図
【図７】実施例３の超接合ショットキーバリアダイオードの斜視断面図
【図８】実施例４の超接合ショットキーバリアダイオードの部分断面図
【図９】（ａ）、（ｂ）は実施例４の超接合ショットキーバリアダイオードの電界強度分布図
【図１０】実施例５の超接合ショットキーバリアダイオードの斜視断面図
【図１１】従来の超接合ショットキーバリアダイオードの部分断面図
【図１２】従来の別の超接合ショットキーバリアダイオードの部分断面図
【図１３】（ａ）、（ｂ）は従来の別の超接合ショットキーバリアダイオードの電界強度分布図
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、実施例に基づき本発明の実施の形態を説明する。
［参考例１］
図１（ａ）は、本発明第一の参考例の超接合ショットキーバリアダイオードの主要部の部分断面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＣ−Ｃ’線、Ｄ−Ｄ’線に沿った不純物濃度プロファイル図である。図示した主要部の他に、主に外周部にガードリング構造や、フィールドプレート構造といった耐圧構造が設けられた部分があるが、他の一般の半導体と同様であるので、省略する。
【００２９】
カソード電極６とアノード電極５との間に、ｎ+ カソード領域４と、ｎ型ドリフト領域１ａとｐ型仕切り領域１ｂとからなる並列ｐｎ層１、ｎ型表面領域３が挟まれている。アノード電極５はｎ型表面領域３とショットキーバリアを形成している。
【００３０】
図１２の従来の超接合ショットキーバリアダイオードと異なる点は、ｐ型仕切り領域１ｂが単一の領域でなく、上部に不純物濃度の高いｐ型補助領域７が形成されている点である。濃度が高いことは図１（ｂ）の濃度プロファイル図からわかる。
【００３１】
なお、本参考例は耐圧が６００V 級であり、各部の寸法及び不純物濃度等は次のような値をとる。ｎ型ドリフト領域１ａの厚さ４０μm 、ｎ型ドリフト領域１ａ及びｐ型仕切り領域１ｂの幅８μm、不純物濃度２．０×１０15cm-3、不純物濃度を高めたｐ型補助領域７の厚さ８μm、不純物濃度４．０×１０15cm-3、ｎ型表面領域３の厚さ４μm、不純物濃度１．０×１０15cm-3、ｎ+ カソード領域４の厚さ３００μm、不純物濃度２．０×１０18cm-3である。並列ｐｎ層１の繰り返しピッチは１６μmであり、アノード電極５はアルミニウムである。
【００３２】
次に漏れ電流低減の動作に関して簡単に説明する。まず、アノード電極５に負の電圧を印加していくと（オフ状態）、アノード電極５とｎ型表面領域３との間のショットキー接合からｎ型表面領域３に空乏層が広がる。空乏層がｐ型補助領域７に到達すると、ｐ型補助領域７内に広がっていく。またｐ型補助領域７およびｐ型仕切り領域１ａとｎ型ドリフト領域１ａとの間のｐｎ接合から、横方向に空乏層が広がる。
【００３３】
さらに負の印加電圧を高くしていくと、ｐ型仕切り領域１ｂとｎ 型ドリフト領域１ａとは完全に空乏化するが、ｐ型補助領域７では、隣接するｎ型ドリフト領域１ａとのチャージバランスが崩れているため、このｐｎ接合部に電界の高い部分が発生する。この高電界領域により、ｎ型ドリフト領域１ａの上方での表面電界が緩和されることになる。
【００３４】
図２（ａ），（ｂ）はそれぞれ、図１（ａ）の超接合ショットキーバリアダイオードのｎ型表面領域４と並列ｐｎ層１とのＥ−Ｅ’線、Ｆ−Ｆ’線に沿ってシミュレーションした電界強度分布図である。
【００３５】
Ｆ−Ｆ線に沿った電界強度は、概ね１．７×１０5V/cm 以下であり、最高値に達するのは、ｐ型仕切り領域１ｂとｎ+ カソード層４との境界近傍で、半導体基板の内部であるのに対し、Ｅ−Ｅ線に沿った電界強度は、表面近傍でも１．５×１０5V/cm 以下と低い電界強度になっており、上記の機構を支持している。
【００３６】
なお、耐圧はｐ型高濃度領域７と隣接するｎ型ドリフト領域１ａとの間のｐｎ接合部の電界、あるいはｐ型仕切り領域１ｂとｎ+ カソード領域４との間のｐｎ接合部の電界のいずれかが臨界電界に達するまで保持される。
【００３７】
表面電界より先に臨界電界に到達する領域を表面付近に形成することにより、表面電界が緩和されることになる。
また、オン状態にするには、アノード電極５に正の電圧を印加すればよい。アノード電極５とｎ型表面領域３とのショットキーバリアが順方向にバイアスされるため、電子がカソード電極６からｎ+ カソード領域４、ｎ型ドリフト領域１ａ、ｎ型表面領域３を経て、アノード電極５に流れ込むことになる。
【００３８】
この場合、ｐ型補助領域７とアノード電極５とが接続していないので、正孔の注入は起きない。従って、逆回復でのスイッチングを高速にすることが可能となる。
［参考例２］
図３（ａ）は本発明第二の参考例の超接合ショットキーバリアダイオードの主要部の部分断面図、図３（ｂ）は、（ａ）のＧ−Ｇ’線、Ｈ−Ｈ’線に沿った不純物濃度プロファイル図である。
【００３９】
本参考例は参考例１の変形であり、ｐ型領域の不純物濃度、領域幅を除き、参考例1と構成は同じである。
ｐ型補助領域７の不純物濃度はｐ型仕切り領域１ｂのそれと同じである。但しｐ型補助領域７の幅ＬP をｐ型仕切り領域１ｂの幅より例えば４０% 程度大きくして、総不純物量を領域幅で制御した例である。
【００４０】
この例においても、ｐ型補助領域７の近傍で電荷バランスが崩れているので、表面電界は緩和されることになる。
［実施例１］
図４は本発明第一の実施例の超接合ショットキーバリアダイオードの主要部の部分断面図である。
【００４１】
ｎ型表面領域３に溝が形成され、溝の底部がｐ型仕切り領域１ｂとｎ型ドリフト領域１ａまで達している。溝の内側は、酸化膜等の絶縁膜８を介し多結晶シリコン等の導電体９が充填されている。その導電体９はアノード電極５とオーミックに接続している。
【００４２】
耐圧が６００V クラスの超接合ショットキーバリアダイオードの場合、各部の寸法及び不純物濃度等は次のような値をとる。並列ｐｎ層１の厚さ４０μm 、ｎ型ドリフト領域１ａ及びｐ型仕切り領域１ｂの幅各８μm 、不純物濃度２．０×１０15/cm3、ｎ型表面領域３の厚さ４μm 、不純物濃度１．０×１０15/cm3、溝の深さ４μm 、幅１０μm 、溝の内側の酸化膜厚０．１μm、ｎ+ カソード領域４の厚さ３００μm 、不純物濃度２．０×１０18/cm3である。並列ｐｎ層１の繰り返しピッチは１６μm であり、ショットキー接合を形成しているアノード電極５はアルミニウムである。
【００４３】
次に、この場合の漏れ電流低減の動作を以下に説明する。
まず、アノード電極５に負の電圧を印加していくと、アノード電極５とｎ型表面領域３との間のショットキー接合からｎ型表面領域３に空乏層が広がるとともに、アノード電極５とｐ型仕切り領域１ｂとは、溝の酸化膜８を介して接続しているので、ｐ型仕切り領域１ｂとｎ型ドリフト領域１ａの間のｐｎ接合からも横方向に空乏層が広がる。
【００４４】
さらに負の印加電圧を高くしていくと、ｐ型仕切り領域１ｂとｎ型ドリフト領域１ａとは完全に空乏化するが、溝の角部(曲率部)の空乏層は広がり難く、高電界部が形成される。この電界によりｎ型ドリフト領域１ａ上の表面電界は緩和され、漏れ電流が低減される。
【００４５】
図５（ａ），（ｂ）はそれぞれ、図４の超接合ショットキーバリアダイオードのｎ型表面領域４と並列ｐｎ層１とのＩ−Ｉ’線、Ｊ−Ｊ’線に沿ってシミュレーションした電界強度分布図である。
【００４６】
Ｊ−Ｊ’線に沿った電界強度は、概ね１．５×１０5V/cm 以下であり、最高値に達するのは、ｐ型仕切り領域１ｂとｎ+ カソード層４との境界近傍で、半導体基板の内部であるのに対し、Ｉ−Ｉ’線に沿った電界強度は、表面近傍でむしろ低下し、１．０×１０5V/cm 以下と低い電界強度になっている。
【００４７】
先の図１３と比べると、ｎ型ドリフト領域上の表面電界は大幅に低減されており、漏れ電流が低減されることがわかる。
なお、耐圧は溝の角部の曲率付近の電界が臨界電界に達するまで保持される。
【００４８】
また、オン電圧は増加してしまうが、溝の幅を広くし、ｎ型表面領域３の幅を狭くすることによって表面電界はさらに緩和される。
［実施例２］
図６は本発明第二の実施例の超接合ショットキーバリアダイオードの主要部の部分断面図である。
【００４９】
この例は実施例１の変形であり、ｎ型表面領域３内に溝が形成されている点を除き、各部の構成は実施例１と同じである。なお、溝の深さは３μmである。
この場合、溝が浅いため角部(曲率部)の電界による表面電界の緩和効果は実施例１に比べ劣るが、耐圧を高めることが可能となる。また、並列ｐｎ層のピッチと溝のピッチとを個別に設計できる利点がある。
【００５０】
［実施例３］
図７は本発明第三の実施例の超接合ショットキーバリアダイオードの主要部の斜視断面図である。
【００５１】
この例も実施例１の変形であり、ストライプ状の並列ｐｎ層１とストライプ状の溝とが直交しているものである。
溝の効果は実施例１と同じであるが、並列ｐｎ層１と溝とを直交させることにより、並列ｐｎ層のピッチ( ｐ1)と溝のピッチ( ｐ2)とを個別に設計できる長所がある。
【００５２】
例えば、オン電圧を下げる場合には、不純物濃度を高めるために並列ｐｎ層１のピッチを狭くする必要があるが、この構造ならば、並列ｐｎ層１のピッチに合わせて溝のピッチを狭くする必要はない。
【００５３】
図８は本発明第四の実施例の超接合ショットキーバリアダイオードの主要部の部分断面図である。
【００５４】
この例は、ｎ型表面領域３内に溝を設けているだけでなく、並列ｐｎ層１のｐ型仕切り領域１ｂの上部にｐ型仕切り領域１ｂより不純物濃度の高いｐ型補助領域７を有している。溝の内部は酸化膜８を介して多結晶シリコン等の導電体９が埋め込まれており、その導電体９はアノード電極５とオーミックに接続しているものである。
【００５５】
本実施例は溝の角部(曲率部)と不純物濃度の高いｐ型補助領域７とにより、ｎ型ドリフト領域１ａ上での表面電界の緩和を図ったものである。
図９（ａ），（ｂ）はそれぞれ、図８の超接合ショットキーバリアダイオードのｎ型表面領域４と並列ｐｎ層１とのＫ−Ｋ’線、Ｌ−Ｌ’線に沿ってシミュレーションした電界強度分布図である。
【００５６】
Ｌ−Ｌ’線に沿った電界強度は、表面近傍では低く、その下方で概ね１．７×１０5V/cm 以下であり、最高値に達するのは、ｐ型仕切り領域１ｂとｎ+ カソード層４との境界近傍で、半導体基板の内部である。それに対し、Ｋ−Ｋ’線に沿った電界強度は、表面近傍で低下し、１．０×１０5V/cm 以下と低い電界強度になっている。
【００５７】
先の図１３と比べると、ｎ型ドリフト領域上の表面電界は大幅に低減されており、漏れ電流が低減されることがわかる。
溝の角部の高電界を、不純物濃度の高いｐ型補助領域７の高電界によって緩和させ、耐圧の向上を図るとともに、ｎ型ドリフト領域１ａ上での表面電界を緩和させている。さらに、溝の角部における高電界が緩和されるので、溝内壁の酸化膜へのホットキャリア注入が抑制され、素子の信頼性を向上させることができる利点もある。なお、溝の幅がｐ型補助領域７の幅以上であり、ｎ型ドリフト領域１ａに接する場合であっても同様の効果が得られる。
【００５８】
［実施例５］
図１０は本発明第五の実施例の超接合ショットキーバリアダイオードの主要部の斜視断面図である。この例は実施例４の変形であり、ストライプ状の並列ｐｎ層１とストライプ状の溝とが直交している場合であり、溝の下方にｐ型仕切り領域１ｂより不純物濃度の高いｐ型補助領域７が形成されているものである。
【００５９】
溝の底面が不純物濃度の高いｐ型補助領域７で覆われているため、実施例４と同様の効果が得られる。また、ストライプ状の溝とストライプ状の並列ｐｎ層１とが直交しているので、溝のピッチと並列ｐｎ層のピッチを合わせる必要がなく、製造が容易となる。
【符号の説明】
【００６０】
１    並列ｐｎ層
１ａ  ｎ型ドリフト領域
１ｂ  ｐ型仕切り領域
３    ｎ型表面領域
４    ｎ+ カソード層
５    アノード電極
６    カソード電極
７    ｐ型補助領域
８    絶縁膜
９    導電体
【図１】
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【図２】
0005482701.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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