(57)【要約】  ＳｉＣ又はＳｉのショットキーダイオード・ダイは、そのエピタキシャルアノード面（アノードコンタクト２５の露出面）がデバイスパッケージ内の最良のヒートシンク（パッケージの金属リードフレーム３０の頂面）に接続させるようにしてマウントされる。これにより、デバイスのサージ電流能力が実質的に増大される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体領域と、該本体領域上のエピタキシャル形成領域とを有する半導体ウェハ；
前記エピタキシャル形成領域上のアノードコンタクト、及び前記本体領域の底面に接するカソード電極；及び
前記ウェハ用の外囲器；
を有するショットキーダイオードであって、
前記外囲器は、表面を有する主ヒートシンクを含み；
前記アノードコンタクトは、前記ウェハのアノード側からの熱の除去を最大化し、それにより当該ダイオードのサージ能力を実質的に向上させるように、前記主ヒートシンクの前記表面に熱的に接続され且つ固定されている；
ダイオード。
【請求項２】
少なくとも前記本体領域はシリコン又は炭化ケイ素から成る、請求項１に記載のダイオード。
【請求項３】
前記アノードコンタクトははんだ付け可能な材料である、請求項２に記載のダイオード。
【請求項４】
前記エピタキシャル形成領域の頂部内にあり、且つ前記アノードコンタクトを取り囲むガードリングの拡散層；及び前記ガードリングと前記主ヒートシンクの前記表面との間の絶縁体リング；を更に含む請求項２に記載のダイオード。
【請求項５】
前記エピタキシャル形成領域の頂部内にあり、且つ前記アノードコンタクトを取り囲むガードリングの拡散層；及び前記ガードリングと前記主ヒートシンクの前記表面との間の絶縁体リング；を更に含む請求項３に記載のダイオード。
【請求項６】
前記主ヒートシンクはリードフレームである、請求項２に記載のダイオード。
【請求項７】
前記主ヒートシンクはリードフレームである、請求項３に記載のダイオード。
【請求項８】
前記主ヒートシンクはリードフレームである、請求項５に記載のダイオード。
【請求項９】
パッケージはダイを受け入れる浅いカップを有するDirectFET型のパッケージであり；且つアノード電極は前記カップの頂部の内面に接続されている、請求項２に記載のダイオード。
【請求項１０】
パッケージはダイを受け入れる浅いカップを有するDirectFET型のパッケージであり；且つアノード電極は前記カップの頂部の内面に接続されている、請求項３に記載のダイオード。
【請求項１１】
パッケージはダイを受け入れる浅いカップを有するDirectFET型のパッケージであり；且つアノード電極は前記カップの頂部の内面に接続されている、請求項５に記載のダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体デバイスに関し、より具体的には、ショットキーダイオードのサージ能力を向上させる構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化ケイ素（ＳｉＣ）ショットキーダイオードは周知であり、シリコン（Ｓｉ）の場合の対応部分と比較して、低いスイッチング損失、高い降伏電圧、及び小容積且つ軽量という特性を有する。故に、このデバイスは、例えばコンバータ／インバータやモータ駆動などの数多くの用途において、Ｓｉショットキーダイオードを置き換えるものである。
【０００３】
しかしながら、例えば定格６００Ｖのような高電圧ＳｉＣショットキーダイオードは、等価なＳｉデバイスよりサージ能力が低い。斯くして、サージ耐性が重要である例えばＡＣ／ＤＣ力率補正回路などの用途において、従来のＳｉＣショットキーダイオードのサージ能力は等価なＳｉショットキーダイオードと比較して１／４に低下してしまっていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、サージ能力が向上されたショットキーダイオードを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に従って、ＳｉＣショットキー・ダイ、又は更にはシリコン（Ｓｉ）ショットキー・ダイは、該ダイの最も熱い側であるエピタキシャルアノード側から熱を一層効率的に除去し、それにより“自己加熱”の影響を抑制するように構成されたパッケージ内に搭載される。この自己加熱はＳｉＣショットキーダイオード及びそれに等価なＳｉショットキーダイオードのサージ能力を低下させる原因であると、本発明の発明者によって認識されたものである。
【０００６】
これは、ダイのアノード側を導電性ヒートシンク面に十分に結合させてダイをマウントすることによって達成される。故に、ＳｉＣダイ又はＳｉダイはその通常の向きから裏返しにされ、アクティブ領域を囲むガードリングは、ガードリングを短絡させることなくアクティブなアノード領域がヒートシンク面にはんだ付け、あるいは導電性接着剤で固定され得るように、十分に絶縁される。支持面はＴＯ−２２０型パッケージ等で使用される従来からのリードフレームであってもよいし、DirectFET（登録商標）型の外囲器の導電性の“缶（can）”の内面であってもよい。このDirectFET（登録商標）型の外囲器又はパッケージは、米国特許第６６２４５２２号明細書に示されている。なお、この特許明細書の開示内容全体は参照することによりここに組み込まれる。
【０００７】
ヒートシンク面へのアノードの良好な電気的且つ／或いは熱的な接続を確保するため、同時継続中の米国特許出願第１１／２５５０２１号（出願日：２００５年１０月２０日）に示されている種類の、はんだ付け可能な頂部金属が、特にはＳｉＣダイである、ダイのアノード面上に形成される。なお、この米国特許出願の開示内容全体は参照することによりここに組み込まれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の発明者によって、ＳｉＣショットキーダイオードの熱解析及び電気解析が行われ、等価なＳｉデバイスに対するサージ能力の低下は、ダイが生成熱を効率的に放散することができないときの、大電流で比較的長いパルス条件下でのダイの“自己発熱”に関係していることが突き止められた。このことは、大電流では正の温度係数がデバイス破壊に至る電圧降下を熱的に低下させるので、順方向導通状態でのデバイス性能に限界をもたらす。
【０００９】
これは、（例えば４Ｈ、３Ｃ、６Ｈ等の様々なポリタイプの何れかを有する）ＳｉＣの特性に起因するものであり、特に、典型的なＳｉＣデバイスの頂部エピタキシャル成長層において通常見受けられるような低濃度にドープされた材料を有するとき、温度に大きく依存する。
【００１０】
故に、図１に示されるように計算とシミュレーションとにより、自己発熱（Ｒｔｈ＝２．５Ｋ／Ｗ）に起因して温度が順電圧及び順電流に強く影響することが本発明の発明者によって認識された。図１において、電流の飽和がはっきりと見て取れる。
【００１１】
この影響は低濃度ドープされた材料（すなわち、アノードのショットキーコンタクトを担持するエピタキシャル層）に強く依存する。故に、この層における移動度は温度とともに、
μ（Ｔ）＝μ０［Ｔ／３００］−２．５
という公式に従って低下する。ここで、μ０＝４００である。
【００１２】
以上より、高い接合部温度Ｔｊでの低い移動度は、高い抵抗率、高い順電圧Ｖｆ、及び乏しいサージ能力をもたらすことが理解される。なお、同じ分析がＳｉＣショットキー・ダイとＳｉショットキー・ダイとに当てはまり、本発明の利益はこれらに同等に適用され得るものである。
【００１３】
本発明に従って、また上記の理解に従って、ダイのエピタキシャルシリコン側（アノード）はダイの最も温度が高い側であるので、このエピタキシャル側の冷却を改善することが極めて重要である。故に、ダイのエピタキシャル側は、該ダイのパッケージ内で利用可能な最良の熱放散面に接触するべきである。この面は、プラスチックパッケージにおけるダイを支持するリードフレームであり、あるいは、DirectFET（登録商標）型パッケージにおける缶内部の頂面である。
【００１４】
このため、ＳｉＣ又はその他のダイは、エピタキシャル層が標準パッケージのカソードの位置に来るように裏返されなければならない。エピタキシャル面の頂部金属は好ましくは、はんだ付け可能なものであり、例えば、先述の米国特許出願第１１／２５５０２１にて開示されているはんだ付け可能な頂部金属が用いられる。ここではダイのカソード側であるデバイスの背面側の金属は、好適な如何なる接合可能な金属であってもよい。
【００１５】
裏返されたダイが用いられるとき、デバイスの終端領域がリードフレームに接触することを防止するために特別な保護が必要である。理解されるように、好適なエポキシ樹脂の保護マスク等が用いられ得る。
【００１６】
続いて、図４を参照するに、従来技術に係るＳｉＣショットキーダイオードデバイス20と該デバイスのパッケージの少なくとも一部とが示されている。ショットキー・ダイはダイ21として示されており、基板22及び頂部エピ層23を有している。ＳｉＣの抵抗率及び厚さは、例えば６００Ｖといった要求遮断電圧に基づく。障壁金属（バリアメタル）界面24はエピ層23の頂面であり、Ａｌ又は何らかの接合可能な金属であり得る好適なアノードコンタクト25を受けている。デバイスのアクティブ領域は、拡散された終端ガードリング26によって終端処理されており、ガードリング26は酸化物とし得る好適な絶縁層27によって保護されている。なお、Ｓｉショットキー・ダイにおいても同様の構造が存在する。
【００１７】
基板22のカソード側は、例えばＣｒＮｉＡｇの三層構造又は何らかの好適なはんだ付け可能金属とし得るカソード電極28を受けている。
【００１８】
ダイ21のパッケージは、例えば図４の金属リードフレーム30等のヒートシンク面を含んでいる。パッケージに含まれるその他の如何なる金属層もダイ21の良好なヒートシンクとして機能する。図４において、ダイ22は、良好な熱的接続が得られるように、リードフレーム30にはんだ付けされるか、導電性の接合剤又はエポキシ樹脂によって固定されるかしている。ヒートシンク30は、しばしば、パッケージのカソードコンタクトとしても機能する。
【００１９】
そして、パッケージはダイ21を完全に収容するための何らかの好適手法にて完成される。
【００２０】
上述のように、この構造は予想外に乏しいサージ能力をもたらす。
【００２１】
本発明によれば、図４のダイ21は、該ダイのエピ側23がパッケージの最良のヒートシンク面と接触するように裏返される。
【００２２】
図５において、図４の要素と相等しい要素は同一の参照符号を有している。しかしながら、ガードリング26が不意に金属体30に接触することを防止するため、コンタクト25の端部の周囲と終端保護27の下方とにエポキシ樹脂から成る保護体40が追加されている。また、アノードコンタクト25をヒートシンク30に熱的且つ電気的に接続するため、はんだペースト41が用いられている。
【００２３】
図２は、２５℃にした図４のデバイスに関して、様々な電流値の０．５ｍｓパルスに対する順電圧を時間の関数として示している。図示された複数の曲線は、１５Ａ（最も下の曲線）から４０Ａ（最も上の曲線）までのパルスに対するものであり、中間のパルス電流は１７，２０、２２、２５、２７、３０、３２、３５及び３７Ａである。３７Ａ及び４０Ａのレベルでは急激な順電圧の増加が見られる。
【００２４】
図３は、新規な発明を包含する図５のダイに関して、図２と同様の曲線を示している。順電圧は実質的に低下されており、故に、より大きい電流値のパルスでのダイの加熱が抑制されている。
【００２５】
本発明はその具体的な実施形態に関連して説明されてきたが、この他の数多くの変形及び改良、並びにこの他の適用が当業者には明らかになるであろう。故に、本発明はここで開示された具体例によって限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】様々な温度におけるＳｉＣショットキーダイオードの順電圧及び順電流を示す図である。
【図２】図４の従来技術に係るパッケージで２５℃にした場合の、様々な電流値の０．５ｍｓパルスに対する順電圧の測定値を、時間の関数として示す図である。
【図３】図５に示されるように本発明に従ったショットキー・ダイがマウントされた場合の、順電圧の低下を示す図２と同様の図である。
【図４】アノード層、すなわち、エピタキシャル成長層がパッケージのメインヒートシンクから離れた側にある従来技術に係るＳｉＣショットキーダイオードを示す断面図である。
【図５】図４の構造においてダイが裏返され、より熱い側であるダイのエピ面側が、デバイスのパッケージ又は組立体のメインヒートシンクに面し、且つそれに熱的に結合された構造を示す断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年6月17日(2008.6.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
しかしながら、例えば定格６００Ｖのような高電圧ＳｉＣショットキーダイオードは、等価なＳｉデバイスよりサージ能力が低い。斯くして、サージ耐性が重要である例えばＡＣ／ＤＣ力率補正回路などの用途において、従来のＳｉＣショットキーダイオードのサージ能力は等価なＳｉショットキーダイオードと比較して１／４に低下してしまっていた。
【特許文献１】米国特許第６，６２４，５２２号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００４／００６３２４０Ａ１号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００４／０１０４４８９Ａ１号明細書
【特許文献４】米国特許第４，２０６，５４０Ａ号明細書
【国際調査報告】
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