(57)【要約】      （修正有）【課題】逆方向電圧状態にある時、比較的高い逆方向電圧値を備えるショットキーバリアダイオード構造を提供する。【解決手段】ショットキーバリアダイオード構造は、半導体基層１０、エピタキシャル層２０、高濃度ドーピング層４０、誘電層５０、多結晶シリコン層６０、導体層７０を備える。半導体基層１０は陰極端で、エピタキシャル層２０は半導体基層１０上に結合し、エピタキシャル層２０上にはエッチングにより、複数のトレンチ３０を形成し、高濃度ドーピング層４０は高濃度半導体ドーピングブロックで、トレンチ３０の外周に結合し、これにより高濃度ドーピング層４０表面はエピタキシャル層２０に隣接し、誘電層５０は高濃度ドーピング層４０内面に結合し、多結晶シリコン層６０は誘電層５０内面に結合し、導体層７０はエピタキシャル層２０と各トレンチ３０上端に結合する。【選択図】図１
0003172075.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
半導体基層、エピタキシャル層、少なくとも１個の高濃度ドーピング層、誘電層、多結晶シリコン層、導体層を備え、
前記半導体基層は、陰極端とし、
前記エピタキシャル層は、前記半導体基層上に結合し、前記エピタキシャル層上には、エッチングにより、複数のトレンチを形成し、
前記少なくとも１個の高濃度ドーピング層は、高濃度半導体ドーピングブロックで、前記トレンチの外周に結合し、これにより前記高濃度ドーピング層表面は、前記エピタキシャル層に隣接し、
前記誘電層は、前記高濃度ドーピング層内面に結合し、
前記多結晶シリコン層は、前記誘電層内面に結合し、
前記導体層は、前記エピタキシャル層と前記各トレンチ上端に結合し、前記エピタキシャル層中の各トレンチの高濃度ドーピング層、誘電層、多結晶シリコン層上端に結合し、これにより前記導体層は、陽極端を形成することを特徴とするショットキーバリアダイオード構造。
【請求項２】
前記半導体基層は、N+基材であることを特徴とする請求項１に記載のショットキーバリアダイオード構造。
【請求項３】
前記エピタキシャル層は、低濃度ドーピングN-エピタキシャルであることを特徴とする請求項１に記載のショットキーバリアダイオード構造。
【請求項４】
前記高濃度ドーピング層は、P+半導体ドーピングブロックであることを特徴とする請求項１に記載のショットキーバリアダイオード構造。
【請求項５】
前記誘電層は、酸化シリコンであることを特徴とする請求項１に記載のショットキーバリアダイオード構造。
【請求項６】
前記導体は、チタンであることを特徴とする請求項１に記載のショットキーバリアダイオード構造。
【請求項７】
前記導体は、プラチナであることを特徴とする請求項１に記載のショットキーバリアダイオード構造。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案はショットキーバリアダイオード構造に関し、特にトレンチ中に少なくとも１層の半導体高濃度ドーピング層を結合し、スーパージャンクション効果を形成し、順方向導通の抵抗が低く、逆方向漏れ電流が低いショットキーバリアダイオード構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のショットキーバリアダイオードは、導通電圧が比較的低く、高速スイッチングに適したダイオードであり、ショットキーバリア(Schottky Barrier)特性を利用し構成される電子部品である。
ショットキーバリアダイオードは、金属−半導体ジャンクションをショットキーバリアとして利用し、整流の効果を生じる。
ショットキーバリアの特性は、ショットキーバリアダイオードの導通電圧を比較的低くし、しかもスイッチング速度を速めることができ、交換式パワーサプライ、通信設備など、高速スイッチ切り換えが必要とされる場合に、広く使用されている。
【０００３】
しかし、ショットキーバリアダイオードの最大の欠点は、その逆方向電圧が比較的低いことである。
シリコン及び金属を材料として使用するショットキーバリアダイオードにおいて、その逆方向電圧の規定耐圧は比較的低く、しかも逆方向漏れ電流が比較的大きいだけでなく、それは温度上昇に従い増加し、温度制御不能の問題をまねく恐れがある。
これにより、ショットキーバリアダイオードの実際の使用時においては、逆方向電圧を、その規定値よりかなり小さく制限する必要があり、ショットキーバリアダイオードの応用に制限を加えている。
【０００４】
逆方向電圧が高く、逆方向漏れ電流が高いという上記した問題に対処するため、ショットキーバリアダイオードの構造中にトレンチ構造を加えるものがある。
例えば、特許文献１に示す「トレンチ式ショットキーバリアダイオード」では、典型的な従来のトレンチ式ショットキーバリアダイオードを開示する。
但し、該トレンチ内部外層には、酸化層を形成し、酸化層内にポリシリコンを充填する。
これにより、トレンチ辺縁に生成する不良なビーク効果を改善することはできるが、漏れ電流は、酸化層辺縁に沿って逆流する可能性がある。
しかも、順方向抵抗は低下させられておらず、熱ロスで温度が上昇する状況に対して、有効な改善方法は示せていない。
さらに、逆方向電圧の電圧値が低いという問題にも、顕著な改善は見られない。
【０００５】
また、特許文献２「トレンチショットキー整流器」、特許文献３「二重マスクトレンチショットキー整流器及びその製造方法、特許文献４「SHOTTKY DIODE WITH DIELECTRIC TRENCH」も、類似のトレンチ設計を開示している。
しかし、上記した各設計でも同様に、前記特許文献１の順方向抵抗を効果的に引き下げられない、熱ロスで温度が上昇する状況が未改善、逆方向漏れ電流を効果的に引き下げられない、逆方向電圧の電圧値が低く制限を受けるなどの問題が生じている。
しかも、上記した設計の製造工程は非常に複雑で、少なくとも２種のフォトマスクを使用し、それぞれエッチング処理を行わなければならない。
そのため、製造コストは当然高く、よってコストパフォーマンスが低く、産業上の利用に不利である。
すなわち、従来のショットキーバリアダイオードのトレンチ構造には、構造が複雑で、製造コストが高く、しかも順方向抵抗を効果的に引き下げられない、熱ロスで温度が上昇する状況が未改善、逆方向漏れ電流を効果的に引き下げられない、逆方向電圧の電圧値が低く制限を受けるなどの欠点が存在する。
本考案は、従来のショットキーバリアダイオード構造の上記した欠点に鑑みてなされたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】台湾特許公示第Ｉ２３２５９０号明細書
【特許文献２】中華人民共和国特許公示第ＺＬ０２８１１１４４．３号明細書
【特許文献３】中華人民共和国特許公示第ＺＬ０２８１０５７０．２号明細書
【特許文献４】米国特許公示第６４２６５４２号明細書
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００７】
本考案が解決しようとする課題は、製造コストが低く、しかも順方向電圧時の抵抗が低く、熱ロスを効果的に引き下げることができ、これにより逆方向電圧時の逆方向漏れ電流を低下させられ、比較的高い逆方向電圧値を備えるため、その応用における制限が少ないショットキーバリアダイオード構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本考案は下記のショットキーバリアダイオード構造を提供する。
ショットキーバリアダイオード構造は、半導体基層、エピタキシャル層、少なくとも１個の高濃度ドーピング層、誘電層、多結晶シリコン層、導体層を備え、
該半導体基層は、陰極端で、
該エピタキシャル層は、半導体基層上に結合し、該エピタキシャル層上には、エッチングにより、複数のトレンチを形成し、
該高濃度ドーピング層は、高濃度半導体ドーピングブロックで、該トレンチの外周に結合し、これにより該高濃度ドーピング層表面は、該エピタキシャル層に隣接し、
該誘電層は、該高濃度ドーピング層内面に結合し、
該多結晶シリコン層は、該誘電層内面に結合し、
該導体層は、該エピタキシャル層と該各トレンチ上端に結合し、これにより該導体層は、陽極端を形成し、
該高濃度ドーピング層により、該半導体基層陰極端と該導体層陽極端が、順方向電圧状態にある時、順方向導通抵抗を引き下げられ、
該高濃度ドーピング層が形成するスーパージャンクション構造効果により、該半導体基層陰極端と該導体層陽極端が、逆方向電圧状態にある時、その逆方向漏れ電流を引き下げ、比較的高い逆方向電圧値を備える。
【考案の効果】
【０００９】
本考案のショットキーバリアダイオード構造は、高濃度ドーピング層をトレンチの最も外の層に結合することで、半導体基層陰極端と導体層陽極端が、順方向電圧状態にある時には、順方向導通に低抵抗作用を提供でき、熱ロスを効果的に低下させられ、半導体基層陰極端と導体層陽極端が、逆方向電圧状態にある時には、高濃度ドーピング層と半導体基層、エピタキシャル層、誘電層、多結晶シリコン層、導体層間に、スーパージャンクションのような効果を形成するため、逆方向漏れ電流を大幅に引き下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本考案ショットキーバリアダイオード構造の第一実施例模式図である。
【図２】本考案ショットキーバリアダイオード構造の最適応用例模式図である。
【図３】図２の断面図に類似し、導体層と半導体基層が逆方向電圧操作にある状態を示す模式図である。
【図４】本考案ショットキーバリアダイオード構造の第二実施例模式図である。
【図５】本考案ショットキーバリアダイオード構造の第三実施例模式図である。
【図６】本考案ショットキーバリアダイオード構造の順方向電圧状態にある時の実際のテスト曲線図である。
【図７】本考案ショットキーバリアダイオード構造の逆方向電圧状態にある時の実際のテスト曲線図である。
【図８】本考案ショットキーバリアダイオード構造が、順方向電圧状態にある時の各トレンチの高濃度ドーピング層において、順方向電圧が生じる空間電荷の分布図である。
【考案を実施するための形態】
【００１１】
以下に図面を参照しながら本考案を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
【実施例】
【００１２】
本考案ショットキーバリアダイオード構造１００の第一実施例模式図である図１に示すように、ショットキーバリアダイオード構造１００は、半導体基層１０を備える。
【００１３】
半導体基層１０は、N+基材で、陰極端とする。
エピタキシャル層２０は、低濃度ドーピングN-エピタキシャルを半導体基層１０上に結合する。
エピタキシャル層２０上には、エッチングにより、複数のトレンチ３０を形成する。
トレンチ３０の形状には制限がなく、第一実施例中では、矩形槽を例とする。
【００１４】
少なくとも１個の高濃度ドーピング層４０は、高濃度P+半導体ドーピングブロックで、トレンチ３０の外周に結合する。
これにより、高濃度ドーピング層４０表面は、エピタキシャル層２０に隣接する。
【００１５】
誘電層５０は、高濃度ドーピング層４０内面に結合する。
誘電層５０は、酸化シリコン(SiO2)などの酸化物により構成する。
【００１６】
多結晶シリコン層６０は、誘電層５０内面に結合する。
【００１７】
導体層７０は、エピタキシャル層２０と各トレンチ３０上端に結合し、エピタキシャル層２０中の各トレンチ３０の高濃度ドーピング層４０、誘電層５０、多結晶シリコン層６０上端に結合する。
これにより、導体層７０は、陽極端を形成する。
導体層７０は、ショットキー金属(Schottky metal)で、チタン(Ti)、プラチナ(Pt)などの金属とすることができる。
スパッタリング方式により、エピタキシャル層２０と各トレンチ３０の高濃度ドーピング層４０、誘電層５０、多結晶シリコン層６０の上端に結合する。
【００１８】
本考案ショットキーバリアダイオード構造１００の最適応用例模式図である図２に示すように、導体層７０と半導体基層１０は、順方向電圧の操作状態にある。
この時、P+の高濃度ドーピング層４０は、順方向電流を、別の低抵抗導通ルート(図２に示す各矢印方向など)に提供する。
これにより、順方向電圧全体の抵抗を効果的に引き下げることができ、熱ロスを低下させられ、熱の制御不能現象を回避でき、部品全体の信頼性を確保することができる。
【００１９】
本考案ショットキーバリアダイオード構造１００中の導体層７０と半導体基層１０が逆方向電圧操作にある状態を示す図３に示すように、高濃度ドーピング層４０と半導体基層１０、エピタキシャル層２０、誘電層５０、多結晶シリコン層６０、導体層７０間には、スーパージャンクションに類似の効果が形成される。
これにより、その逆方向漏れ電流を大幅に低下させることができ、比較的高い逆方向電圧値を備えることができる。
【００２０】
図４、５は、本考案ショットキーバリアダイオード構造１００の第二実施例模式図、及び第三実施例模式図である。
図４に示すトレンチ３０の形状は、弾頭形状で、図５に示すトレンチの形状は、台形であるが、同様に、導体層７０と半導体基層１０が、順方向電圧の操作状態にある時、順方向電圧全体の抵抗を大幅に低下させられ、これにより熱ロスを引き下げ、及び逆方向電圧時には、その逆方向漏れ電流を大幅に低下させ、比較的高い逆方向電圧値を備えるなどの効果を達成することができる。
【００２１】
図６、７は、本考案ショットキーバリアダイオード構造１００が、順方向電圧、及び逆方向電圧にある時のテスト曲線図である。
図６、７の座標縦軸は、電流Iで、単位はアンペア／ミクロンで、座標の横軸は電圧Vで、単位はボルトである。
図６に示すように、本考案ショットキーバリアダイオード構造１００を示す第一曲線Ｓ１と、対照組である従来のトレンチを備えるが、高濃度ドーピング層を備えないショットキーバリアダイオード構造を示す第二曲線Ｓ２において、両者を比較したところ、本考案ショットキーバリアダイオード構造１００の第一曲線Ｓ１の順方向抵抗が低く、しかも熱ロスが小さいことが、明らかに見て取れる。
【００２２】
図７に示す逆方向電圧状態下では、本考案ショットキーバリアダイオード構造１００を示す第三曲線Ｓ３と、対照組である従来のトレンチを備えるが、高濃度ドーピング層を備えないショットキーバリアダイオード構造を示す第四曲線Ｓ４において、両者を比較した。
その結果、本考案ショットキーバリアダイオード構造１００は、逆方向電圧状態下において、第三曲線Ｓ３の逆方向漏れ電流が低く、しかもより高い逆方向電圧値を備えることが、明らかに見て取れる。
【００２３】
図８は、本考案ショットキーバリアダイオード構造１００中の各トレンチ３０の高濃度ドーピング層４０が、順方向電圧において生じる空間電荷分布状況を示す。
図８に示すように、各トレンチ３０の高濃度ドーピング層４０外部付近には、２個の高密度電荷区Ｓ５とＳ６が生じていることが、明らかに見て取れる。
すなわちこれによっても、本考案ショットキーバリアダイオード構造１００が、順方向電圧状態にある時、その順方向抵抗が比較低く、熱ロスも低いという長所を備えることが、証明されている。
【００２４】
上記の本考案名称と内容は、本考案技術内容の説明に用いたのみで、本考案を限定するものではない。本考案の精神に基づく等価応用或いは部品（構造）の転換、置換、数量の増減はすべて、本考案の保護範囲に含むものとする。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本考案は実用新案登録の要件である新規性を備え、従来の同類製品に比べ十分な進歩を有し、実用性が高く、社会のニーズに合致しており、産業上の利用価値は非常に大きい。
【符号の説明】
【００２６】
１００  ショットキーバリアダイオード構造
１０  半導体基層
２０  エピタキシャル層
３０  トレンチ
４０  高濃度ドーピング層
５０  誘電層
６０  多結晶シリコン層
７０  導体層
【図１】
0003172075.tif 000003
【図２】
0003172075.tif 000004
【図３】
0003172075.tif 000005
【図４】
0003172075.tif 000006
【図５】
0003172075.tif 000007
【図６】
0003172075.tif 000008
【図７】
0003172075.tif 000009
【図８】
0003172075.tif 000010