(57)【要約】  本発明は、ｎ＋型基板と、ｎ型エピタキシャル層と、当該ｎ型エピタキシャル層に形成された少なくとも２つのｐ型ドープされたトレンチと、隣接する当該トレンチ間のメサ領域と、カソード電極として設けられた金属層と、アノード電極として設けられた別の金属層とを有するショットキーバリアダイオードに関する。前記エピタキシャル層の厚さは、前記トレンチの深さの４倍を上回る。
2015504610.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
・ｎ＋型基板（１０）と、
・厚さ（Ｄ＿ｅｐｉ）を有するｎ型エピタキシャル層（２０）と、
・前記ｎ型エピタキシャル層（２０）に形成された、それぞれ幅（Ｗｔ）および深さ（Ｄｔ）を有する少なくとも２つのトレンチ（７０）と、
・隣接する前記トレンチ（７０）間にある、それぞれ幅（Ｗｍ）を有するメサ領域（８０）と、
を有するショットキーバリアダイオードであって、
・前記ショットキーバリアダイオードの裏側面（Ｒ）にカソード電極として設置された金属層（６０）と、
・前記ショットキーバリアダイオードの表側面（Ｖ）にアノード電極として設置された金属層（５０）と
を有するショットキーバリアダイオードにおいて、
前記トレンチ（７０）の深さ（Ｄｔ）と前記ｎ型エピタキシャル層（２０）の厚さ（Ｄ＿ｅｐｉ）とに対し、以下の関係式
Ｋ・Ｄｔ＜Ｄ＿ｅｐｉ、ただしＫ＞４
が適用されることを特徴とする、ショットキーバリアダイオード。
【請求項２】
前記トレンチ（７０）の深さ（Ｄｔ）と前記メサ領域（８０）の幅（Ｗｍ）との比に対し、以下の関係式
Ｄｔ／Ｗｍ≧２
が適用される、
請求項１記載のショットキーバリアダイオード。
【請求項３】
前記表側面（Ｖ）に設けられた前記金属層（５０）と前記トレンチ（７０）とがオーミックコンタクトを形成し、
前記表側面（Ｖ）に設けられた前記金属層（５０）と前記ｎ型エピタキシャル層（２０）とがショットキー接合を形成する、
請求項１または２記載のショットキーバリアダイオード。
【請求項４】
ｐ型領域（４０ａ）と前記ｎ型エピタキシャル層（２０）とのＰＮ接合の降伏電圧は、前記金属層（５０）と当該ｎ型エピタキシャル層（２０）との間のショットキー接合の降伏電圧より低い、
請求項３記載のショットキーバリアダイオード。
【請求項５】
前記ショットキーバリアダイオードは降伏動作可能である、
請求項１から４までのいずれか１項記載のショットキーバリアダイオード。
【請求項６】
前記トレンチ（７０）には、高濃度ｐ型ドープされたシリコンが、または、高濃度ｐ型ドープされた多結晶シリコンが充填されている、
請求項１から５までのいずれか１項記載のショットキーバリアダイオード。
【請求項７】
前記トレンチ（７０）には、高濃度ドープされた多結晶シリコンが充填されており、
前記表側面（Ｖ）に設けられた前記金属層（５０）は前記多結晶シリコン層にコンタクトしている、
請求項１から８までのいずれか１項記載のショットキーバリアダイオード。
【請求項８】
前記トレンチ（７０）には、ドーパントとしてホウ素が含まれている、
請求項１から５までのいずれか１項記載のショットキーバリアダイオード。
【請求項９】
前記表側面（Ｖ）に設けられた前記金属層（５０）が前記トレンチ（７０）に充填されている、
請求項８記載のショットキーバリアダイオード。
【請求項１０】
前記ショットキーバリアダイオードの降伏電圧は１００Ｖを上回る、
請求項１から９までのいずれか１項記載のショットキーバリアダイオード。
【請求項１１】
前記ショットキーバリアダイオードのすべての層の各導電型を逆にし、アノード電極とカソード電極との名称を逆にした、
請求項１から１０までのいずれか１項記載のショットキーバリアダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高電圧用に適しており、順方向電圧およびリーク電流が小さく、スイッチング損失が小さく、かつ高いロバスト性を有するショットキーバリアダイオードに関する。
【０００２】
従来技術
高電圧用には通常、高電圧ＰＮ接合ダイオードが使用される。有利には、この高電圧ＰＮ接合ダイオードのリーク電流は低く、かつ、ロバスト性が高い。この高電圧ＰＮ接合ダイオードの欠点は、順方向電圧が高く、スイッチング損失電力が高いことである。
【０００３】
この高電圧ＰＮ接合ダイオードでは、電圧は主に、ダイオードに設けられた低濃度ドープ領域が引き受ける。順方向で動作する場合、電子および正孔はこの低濃度ドープ領域へ注入される。電流密度が高いと、この低濃度ドープ領域において高注入が行われ、電子密度および正孔密度は低濃度ドープ領域のドープ濃度より高くなる。このことにより、低濃度ドープ領域の電気伝導度が上昇し、有利には、この電気伝導度の上昇によって順方向電圧が低下する。しかし、高電圧ＰＮダイオードの電流は、室温の場合、順方向電圧ＵＦ＝約０．７Ｖに達しないと流れない。たとえば電流密度が１００Ａ／ｃｍ２を上回る場合等、通常の動作条件下では、順方向電圧ＵＦは、１Ｖを上回る値まで上昇する。このことにより高い不所望の損失電力が生じることになる。高電圧ＰＮ接合ダイオードの低濃度ドープ領域は厚くする必要があるので、電気伝導率を調整しても、この低濃度ドープ領域における順方向電圧降下は比較的大きくなる。
【０００４】
たとえば急峻な電流転流の場合等のスイッチオフ時には、順方向動作時に低濃度ドープ領域に注入されてここで蓄積された電荷担体（電子および正孔）が消失してからでないと、高電圧ＰＮ接合ダイオードに再び逆方向電圧を生じさせることが全くできない。それゆえ、急峻な電流転流時にはまず最初に、蓄積された電荷担体が消失ないしは除去されるまで、電流を逆方向に流す。このプロセスは、つまり、蓄積された電荷担体を消失させるための除去電流の大きさおよび期間は、主に、低濃度ドープ領域に蓄積された電荷担体量によって決定される。除去電流が高くなり、その期間が長くなるということは、スイッチオフ損失電力が高くなるということになる。
【０００５】
ショットキーバリアダイオード（金属‐半導体接合ないしはケイ化物‐半導体接合）は、スイッチング特性を改善することができる。ショットキーバリアダイオードでは順方向の高注入は行われないので、スイッチオフ時に少数キャリアの除去を行う必要が無く、ショットキーバリアダイオードは高速かつほぼ無損失でスイッチングすることができる。しかし、このようなスイッチングによりリーク電流が高くなってしまい、特に高温時には、障壁低下効果により電圧依存性が高くなってしまうことにもなる。さらに、高い逆方向電圧のためにはやはり厚い低濃度ドープ半導体層が必要であるから、高電流の場合には順方向電圧が許容範囲外に高くなってしまう。それゆえ、‐スイッチング特性が良好であるにも関わらず‐シリコン技術の電力用ショットキーバリアダイオードは、約１００Ｖを超える逆方向電圧には適していない。
【０００６】
ＤＥ１９７４０１９５Ｃ２にショットキーバリアダイオードが開示されており、以下、これを低温ＳＢＤとも称する。この低温ＳＢＤでは、ショットキー接触を形成するように、ドープされたｐ型カラムとｎ型カラムとを交互に並べて挿入することにより、抵抗を格段に低下させることができる。このカラム幅を縮小させると、カラムドープ量を増加させることができるのである。このｐ型カラムおよびｎ型カラムのドープ量は、逆方向電圧が印加されたときにすべてのドープ原子がイオン化するように調整される。この原理をスーパージャンクション原理（ＳＪ）とも称する。低温ＳＢＤでは、電流密度が高い順方向動作時に高注入が行われるので、純粋なショットキーダイオードの理想的なスイッチング特性を実現することはできないが、ＰＮ接合ダイオードよりも格段に改善することはできる。しかし、高電流を実現するのと同時に、ＰＮダイオードの低い順方向電圧を実現することはできない。
【０００７】
このような公知の低温ＳＢＤの一例を図１に示す。この低温ＳＢＤはｎ＋型基板１０を有し、このｎ＋型基板１０上に、厚さＤ＿ｅｐｉおよびドープ濃度ＮＤのｎ型エピタキシャル層２０が配置されている。ｎ型エピタキシャル層２０にはエッチングによりトレンチ（Trench）３０が形成されており、このトレンチ３０には、ドープ濃度ＮＡのｐ型ドープされたシリコンが充填されているか、ないしは、ｐ＋型ドープされたシリコンがトレンチ３０の上部領域４０に充填されている。隣接するトレンチ３０間のｎ型エピタキシャル層の幅はＷｎであり、トレンチ３０の幅はＷｐである。最大限の電圧が印加されたときにこれらの領域が空乏層になるように、ドープ量および幅は調整されている（スーパージャンクション原理）。このことはたとえば、ＮＡ・Ｗｐ＝ＮＤ・Ｗｎ＝１０１２ｃｍ−２の場合に当てはまる。有利にはチップとして実現された低温ＳＢＤの表側Ｖにおいて、ｎ型ドープ領域２０とｐ＋型ドープ領域４０とが一続きの金属層５０により被覆されており、この金属層５０とｎ型ドープ領域２０とがショットキー接合を形成し、金属層５０とｐ＋型ドープ領域４０とがオーミックコンタクトを形成する。金属層５０は低温ＳＢＤのアノード電極となる。金属５０を適切に選択することにより、ショットキーバリアダイオード５０〜２０の障壁高さを調整することができる。たとえば、金属層５０としてニッケルまたはＮｉＳｉを用いることができる。場合によっては、表面をたとえばはんだ付け可能またはボンディング可能にするため、この機能層５０上にさらに‐図示されていない別の金属層を‐設けることもできる。チップ裏側面Ｒにも金属層または金属積層体６０が設けられており、この金属層または金属積層体６０は、高濃度ｎ＋型ドープされた基板１０とオーミックコンタクトを形成する。通常、このような層ないしは積層体には、はんだ付け実装または他の実装法を施すことができる。前記層または積層体は、たとえばＣｒ／ＮｉＶとＡｇとを配列して構成することができる。前記金属積層体６０は、低温ＳＢＤのカソード端子となる。
【０００８】
上述の構成体は、ショットキーバリアダイオードとＰＮ接合ダイオードとを並列接続したものと見なすことができる。この構成では、金属コンタクト５０とｎ型ドープされたカラム２０とがショットキーバリアダイオードを構成し、ＰＮ接合構造は、ｐ＋型領域４０とｐ型領域３０と基板１０とから構成されてｐ＋／ｐ／ｎ＋構造を成す積層体により実現される。
【０００９】
逆方向電圧を印加すると、ｐ型ドープされたカラムおよびｎ型ドープされたカラムが空乏化する。幅ＷｐおよびＷｎが小さくなるほど、ドープ量を‐少なくとも、低電圧で既に両空乏層がぶつかることにより定まるある程度の限界まで‐増加させることができる。このようにドープ量を増加させることにより、順方向においてショットキーバリアダイオード５０−２０−１０のバルク抵抗が低下する。このようにして、逆方向電圧が等しい場合にはドープ量が少なくなる簡単なショットキーバリアダイオードよりも、順方向電圧が低くなる。さらに、順方向にはＰＮ接合ダイオードにも幾らか電流が流れる。このことにより、特に電流密度が高い場合、順方向電圧がさらに低下する。しかし、スイッチオフ時にスイッチング時間に悪影響を及ぼす少数キャリアを除去しなければならない。
【００１０】
発明の開示
請求項１に記載した構成を有するショットキーバリアダイオードは高電圧用であり、有利には順方向電圧が低く、リーク電流が低く、スイッチング損失が小さく、かつ、ロバスト性が高い。これらの利点は、本発明のショットキーバリアダイオードが、ｎ＋型基板と、厚さを有するｎ型エピタキシャル層と、当該ｎ型エピタキシャル層に形成された、それぞれ幅および深さを有する少なくとも２つのトレンチと、隣り合ったトレンチ間にあるメサ領域とを有し、前記メサ領域はそれぞれ幅を有し、かつ、カソード電極として機能する金属層を当該ショットキーバリアダイオードの裏側面に有し、アノード電極として機能する金属層を当該ショットキーバリアダイオードの表側面に有し、前記トレンチの深さと前記ｎ型エピタキシャル層の厚さとについて以下の関係式
Ｋ・Ｄｔ＜Ｄ＿ｅｐｉ
が成り立ち、ここでＤｔは前記トレンチの深さであり、Ｄ＿ｅｐｉは前記ｎ型エピタキシャル層の厚さであり、Ｋは係数であり、Ｋについて以下の関係式
Ｋ＞４
が適用された構成により実現される。
【００１１】
図面を参酌した以下の実施例の記載から、本発明の他の有利な構成が明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】公知の低温ＳＢＤの一例を示す図である。
【図２】本発明のショットキーバリアダイオードを示す概略図である。
【図３】本発明の他の択一的な実施形態のショットキーバリアダイオードを示す概略図である。
【図４】順方向特性曲線を示すグラフである。
【図５】電子分布を示すグラフである。
【図６】正孔分布を示すグラフである。
【図７】蓄積電荷分布プロフィールを示すグラフである。
【図８】本発明の他の択一的な実施形態のショットキーバリアダイオードを示す概略図である。
【００１３】
図２は、本発明のショットキーバリアダイオードを示す概略図である。このショットキーバリアダイオードは、有利にはチップとして実現されており、以下、高電圧トレンチ接合ショットキーバリアダイオードないしはＨＶ‐ＴＪＢＳとも称する。
【００１４】
図２に示したＨＶ‐ＴＪＢＳは、ｎ＋型基板１０と、ｎ型エピタキシャル層２０と、当該ｎ型エピタキシャル層２０にエッチングにより形成されたトレンチ（Trench）７０と、チップ表側面Ｖにアノード電極として設けられた金属層５０と、チップ裏側面Ｒにカソード電極として設けられた金属層６０とを有する。トレンチ７０には、高濃度ｐ型ドープされたシリコンまたは多結晶シリコン４０ａが充填されている。金属層５０および６０は、積層された２つ以上の異なる金属層から構成することもできる。概観しやすくするため、図２にはこのような層構成は示していない。電気的に見ると、ＨＶ‐ＴＪＢＳはトレンチＰＮ接合ダイオード（ｐドープされたアノードとしてのトレンチ７０と、カソードとしてのｎ型エピタキシャル層２０とのＰＮ接合）とショットキーバリアダイオード（アノードとしての金属層５０と、カソードとしての、低濃度ドープされたｎ型エピタキシャル層２０との間のショットキー障壁）とを組み合わせたものである。とりわけｎ型エピタキシャル層のドーピングは、順方向の電流が高い動作時に高注入になるように調整される。
【００１５】
まず最初に、順方向に電流がショットキーバリアダイオードにのみ流れる。ＨＶ‐ＴＪＢＳの場合、横方向にｐ型拡散が無いので、順方向電流が流れる有効面積は、トレンチ構造を持たない従来のショットキー接合バリアダイオードより格段に大きくなる。電流が増大するほど、ＰＮ接合部に流れる電流も増大していく。
【００１６】
逆方向では、電圧が上昇するほど空乏層が広がっていき、ＨＶ‐ＴＪＢＳの降伏電圧より低い電圧で、相互に隣接するｐ型トレンチ７０間の領域の中央にて空乏層が相互にぶつかる。このことにより、逆方向電圧が高くなる原因となるショットキー障壁の作用が阻害され、これにより逆方向電流が減少する。このような阻害作用は、構造パラメータＤｔ（トレンチの深さ）とＷｍ（トレンチ間の距離）とに大きく依存する。本発明のＨＶ‐ＴＪＢＳのこの阻害作用の有効性は、トレンチ構造を持たない通常のＪＳＢよりも格段に大きくなる。また、ＨＶ‐ＴＪＢＳの上記の阻害作用は低温ＳＢＤと比較しても格段に強くなる。というのも、ＨＶ‐ＴＪＢＳはｐ型領域とｎ型領域との電荷相殺を有さず、急峻なＰＮ接合部を有するからである。ｐ型領域４０ａのドープ量はｎ型領域２０のドープ量より格段に多くなっており、ここではＳＪ条件（ショットキー接合条件）は満たされておらず、
【数１】
2015504610.tif 000003
が成り立っている。ここで、ＮＡはトレンチ７０内におけるドープ濃度であり、Ｗｔはトレンチ７０の幅であり、ＮＤはｎ型エピタキシャル層２０のドープ濃度であり、Ｗｍはトレンチ７０間のｎ型エピタキシャル層の幅である。
【００１７】
トレンチの深さＤｔは、ｎ型エピタキシャル層２０の厚さＤ＿ｅｐｉより格段に小さくなるように調整される。有利には、
Ｋ・Ｄｔ＜Ｄ＿ｅｐｉ  かつ  Ｋ＞４
が成り立つようにする。
【００１８】
このような寸法により、ｎ型エピタキシャル層２０の可能な限り大きな領域にキャリアがより多く流れるようになったり、ないしは、可能な限り大きな領域において電荷変調（高注入）が行われるようにすることができる。
【００１９】
本発明のＨＶ‐ＴＪＢＳのクリップ機能により、本発明のＨＶ‐ＴＪＢＳは高いロバスト性を実現することができる。ＰＮ接合ダイオードの降伏電圧ＢＮ＿ｐｎは、ショットキーバリアダイオードの降伏電圧ＢＶ＿ｓｃｈｏｔｔｋｙよりも低く、かつ、降伏がトレンチ７０の底部において生じるように調整される。このようにして、降伏モードでは電流はＰＮ接合部にのみ流れるようになり、順方向モードと降伏モードとはそれぞれ異なる場所で行われ、ひいては幾何学的に分離される。したがって、本発明のＨＶ‐ＴＪＢＳのロバスト性は、高電圧ＰＮ接合ダイオードと同等になる。
【００２０】
降伏電圧が同じである場合、たとえば降伏電圧が６５０Ｖの場合には、本発明のＨＶ‐ＴＪＢＳの室温での逆方向電流は、ＰＮダイオードの逆方向電流に匹敵し、低温ＳＢＤより１桁以上小さくなる。ショットキー接合のリーク電流は温度に依存するので、高温の場合にはＨＶ‐ＴＪＢＳのリーク電流は格段に上昇するが、従前の通り、低温ＳＢＤのリーク電流より格段に小さく抑えられる。
【００２１】
図３は、本発明の他の択一的な実施形態のショットキーバリアダイオードを示す概略図である。この代替的な実施形態でも、ショットキーバリアダイオードはｎ＋型基板１０と、ｎ型エピタキシャル層２０と、当該ｎ型エピタキシャル層２０に形成されたトレンチ７０（Trench）と、チップとして構成された当該ショットキーバリアダイオードの表側面Ｖにアノード電極として設けられた金属層５０と、当該チップとして構成されたショットキーバリアダイオードの裏側面Ｒにカソード電極として設けられた金属層６０とを有する。この実施形態では、金属層５０はトレンチ７０内の表面まで入り込んでおり、金属層５０をトレンチ７０に完全に充填することもできる。
【００２２】
この実施形態では、ショットキーバリアダイオードのＰＮ接合部は扁平な拡散部分により実現されている。こうするためには、ドープ材料であるホウ素をトレンチ７０に被覆した後、ｐ型拡散を扁平に行う。このｐ型拡散は、図３中において符号４０ｂにより示されている。この実施形態では、たとえばトレンチ深さが２μｍである場合にたとえば０．２μｍの侵入深さで扁平な高濃度拡散を行うことにより、ショットキー障壁効果の阻害作用、および阻止性能は、ｐ型ドープされたシリコンまたはｐ型ドープされた多結晶シリコンがトレンチに充填された、図２に示すショットキーバリアダイオードと同等になる。また、この代替的な実施形態でも、高い順方向電流容量と、高いロバスト性とが実現される。
【００２３】
図２に示した実施形態と比較したときの上述の実施形態の利点は、トレンチに被覆した後に拡散を行った場合、トレンチに完全に充填する場合と比較してプロセスが簡略化されることである。
【００２４】
図８に別の択一的な実施形態を示している。この実施形態は、図３に示した実施例に基づいており、金属層５０はトレンチ内部にまで達することなく、トレンチ７０内には、多結晶シリコンに高濃度ｐ型ドープしたものから成る層９０が設けられている点が相違している。
【００２５】
図４は順方向特性曲線を示すグラフであり、同図の横軸には順方向電圧ＶＦを単位Ｖで示しており、縦軸には順方向電流ＩＦを単位Ａで示している。これらの順方向特性曲線は、チップ面積が２６ｍｍ２である６００Ｖ素子を用いて２５℃の温度で求められたものである。特性曲線Ｋ１は、従来のシリコン製の高電圧ＰＮ接合ダイオードの順方向特性曲線である。特性曲線Ｋ２は、シリコンショットキーバリアダイオード（Ｓｉ‐ＳＢＤ）の順方向特性曲線である。特性曲線Ｋ３は、低温ＳＢＤの順方向特性曲線である。特性曲線Ｋ４は、本発明のＨＶ‐ＴＪＢＳの順方向特性曲線である。
【００２６】
同図では、ショットキーバリアダイオード、低温ＳＢＤおよび本発明のＨＶ‐ＴＪＢＳの各障壁高さは０．７２ｅＶである。
【００２７】
同図の特性曲線から分かるように、約４００Ａ／ｃｍ２の電流密度（チップ面積が２６ｍｍ２である場合、約１００Ａに相当する）までは、ＨＶ‐ＴＪＢＳの順方向電圧はＰＮ接合ダイオードより小さい。このことは、ショットキー接合部に流れる電流の割合が大きいことに起因する。障壁高さが同じである低温ＳＢＤと比較した場合、電流密度が約１５０Ａ／ｃｍ２を上回ると、ＨＶ‐ＴＪＢＳの方が有利となる。このことは、電流密度が高くなると、低温ＳＢＤにおける高注入がＨＶ‐ＴＪＢＳほど強いものではなくなることに起因する。
【００２８】
図５は、メサ領域８０の中央における電子分布を示すグラフであり、同図の横軸上には、チップ表側面までの距離Ｙをμｍで示しており、縦軸上には、１ｃｍ３あたりの電子密度ＥＤを示す。これらの特性曲線も、チップ面積が２６ｍｍ２である６００Ｖ素子を用いて２５℃の温度で求められたものである。特性曲線Ｋ１は、従来のシリコン製の高電圧ＰＮ接合ダイオードの電子分布を示す。特性曲線Ｋ２は、シリコンショットキーバリアダイオード（Ｓｉ‐ＳＢＤ）の電子分布を示す。特性曲線Ｋ３は、低温ＳＢＤにおける電子分布を示している。特性曲線Ｋ４は、本発明のＨＶ‐ＴＪＢＳにおける電子分布を示している。同図でも、ショットキーバリアダイオード、低温ＳＢＤおよび本発明のＨＶ‐ＴＪＢＳの各障壁高さは０．７２ｅＶである。ＨＶ‐ＴＪＢＳでは、メサ領域の中央において検出された電子密度は図中に示したようになった。低温ＳＢＤでは、ｎ型ドープされた領域の中央において検出された電子密度は図中に示したようになった。
【００２９】
図５に示した電子分布の特性曲線を見ると、本発明の構成では、ｎ型ドープ領域における電子のオーバーフローが低温ＳＢＤの場合と同等になり、シリコン製の高電圧ＰＮ接合ダイオードの場合より格段に少なくなることが明らかである。
【００３０】
図６は正孔分布を示すグラフであり、同図の横軸上には、チップ表側面までの距離Ｙをμｍで示しており、縦軸上には、１ｃｍ３あたりの正孔密度ＬＤを示す。これらの特性曲線も、チップ面積が２６ｍｍ２である６００Ｖ素子を用いて２５℃の温度で求められたものである。特性曲線Ｋ１は、従来のシリコン製の高電圧ＰＮ接合ダイオードの正孔密度を示している。特性曲線Ｋ２は、シリコンショットキーバリアダイオード（ＳＩ‐ＳＢＤ）の正孔密度を示している。特性曲線Ｋ３は、低温ＳＢＤの正孔密度を示している。特性曲線Ｋ４は、本発明のＨＶ‐ＴＪＢＳの正孔密度を示している。同図でも、低温ＳＢＤのショットキーバリアダイオードの障壁高さはそれぞれ０．７２ｅＶである。ＨＶ‐ＴＪＢＳでは、メサ領域の中央において検出された電子密度は図中に示したようになった。低温ＳＢＤでは、ｎ型ドープされた領域の中央において検出された電子密度は図中に示したようになった。
【００３１】
図６に示した正孔分布の特性曲線を見ると、本発明の構成では、ｎ型ドープ領域における正孔のオーバーフローが低温ＳＢＤの場合と同等になり、シリコン製の高電圧ＰＮ接合ダイオードの場合より格段に少なくなることが明らかである。本発明の構成では、蓄積されてスイッチオフ時に除去しなければならなくなる電荷は、高電圧ＰＮ接合ダイオードより減少する。
【００３２】
図７は、蓄積電荷の推移を示すグラフであり、同図の横軸上には時間ｔを単位ｓで示しており、縦軸上にはカソード電流ＩＫを単位Ａで示している。これらの蓄積電荷推移は、チップ面積が２６ｍｍ２である６００Ｖ素子を用いて温度２５℃で求められたものであり、ここではさらに、３００Ｖの逆方向電圧ＶＲに対して１００Ａの順方向電流ＩＦのスイッチオフを、４．４ｋＡ／μｓの電流変化ｄＩ／ｄｔをパラメータとして行った。特性曲線Ｋ１は、従来のシリコン製の高電圧ＰＮ接合ダイオードの蓄積電荷推移を示している。特性曲線Ｋ２は、シリコンショットキーバリアダイオード（Ｓｉ‐ＳＢＤ）における蓄積電荷推移を示している。特性曲線Ｋ３は、低温ＳＢＤにおける蓄積電荷推移を示している。特性曲線Ｋ４は、本発明のＨＶ‐ＴＪＢＳにおける蓄積電荷推移を示している。ショットキーバリアダイオード、低温ＳＢＤおよび本発明のＨＶ‐ＴＪＢＳの各障壁高さは０．７２ｅＶである。
【００３３】
図７に示した蓄積電荷推移を見ると、特に、本発明のＨＶ‐ＴＪＢＳのスイッチング特性は低温ＳＢＤのスイッチング特性より若干劣るものの、従来のシリコン製の高電圧ＰＮ接合ダイオードのスイッチング特性より格段に良好であることが明らかである。
【００３４】
本発明は一般的に、トレンチＰＮ接合ダイオードと従来のショットキーバリアダイオードとの特別な組み合わせである高電圧トレンチ接合ショットキーバリアダイオードを提供するものである。ＰＮ接合ダイオードの降伏電圧は、ショットキーバリアダイオードの降伏電圧より低くなるように調整される。本発明のＨＶ‐ＴＪＢＳの順方向電流容量は高く、逆方向におけるショットキー効果が有効に阻害されるという作用を有するので、リーク電流が低くなり、トレンチＰＮ接合ダイオードのクリップ機能により高いロバスト性が実現される。
【００３５】
高電圧ＰＮ接合ダイオードと比較したときの本発明のＨＶ‐ＴＪＢＳの利点は、電流密度が高い場合の高注入とショットキー接合部の適切な障壁高さとを併用することにより、高い電流密度に達するまでは順方向電圧が低く、かつ、スイッチオフ損失電力が格段に小さくなることである。というのも、順方向動作時には、ショットキー接合部を通じて低濃度ドープ領域に注入されてここに蓄積されるキャリアが少なくなるからである。
【００３６】
高電圧ショットキーバリアダイオードと比較したときの本発明のＨＶ‐ＴＪＢＳの利点は、高注入によって低濃度ドープ領域の導電率が非常に高くなるので、電流密度が高い場合の順方向電圧が格段に小さくなること、トレンチＰＮ接合構造によりショットキー効果が阻害されるのでリーク電流が格段に小さくなること、および、トレンチＰＮ接合ダイオードのクリップ機能によりロバスト性が格段に高くなることである。
【００３７】
低温ＳＢＤと比較したときの本発明のＨＶ‐ＴＪＢＳの利点は、高注入がより大きくなることにより、電流密度が高い場合の順方向電圧が低くなること、および、ショットキー効果の阻害の有効性が格段に高くなることによりリーク電流が低くなることである。
【００３８】
上記にて図２，３を参照して説明した実施形態に代わる本発明のショットキーバリアダイオードの択一的な実施形態は、上記にて記載した、当該ショットキーバリアダイオードのすべての各半導体層の導電型を逆にし、アノード端子とカソード端子との名称を入れ替えた構成とすることができる。
【００３９】
上記にて図３ないしは８を参照して説明した実施形態では、他のｐ型ドーパントを用いることもできる。
【００４０】
上記にて図３ないしは８を参照して説明した被覆は、有利には気相蒸着法または打ち込み法によって行われる。
【００４１】
上記のどの実施形態においても、６００ＶのＨＶ‐ＴＪＢＳの場合、トレンチの深さは約２μｍで十分である。
【００４２】
上記にて図２を参照して説明した実施形態では、トレンチの全部または一部のみに、ｐ型ドープされたシリコンまたはｐ型ドープされた多結晶シリコンを充填することができる。
【００４３】
上記の各金属層５０および６０はそれぞれ１つの金属層から成るか、または２つ以上の積層された金属層から成ることができる。上記のトレンチは、ストライプ配列として設けるか、または島として設けることができる。この島は、円形または６角形とするか、または他の形状とすることができる。
【００４４】
本発明のショットキーバリアダイオードは‐上記でも述べたように‐１００Ｖを上回る降伏電圧を有することができ、この降伏電圧を６００Ｖより高くすることも可能である。
【００４５】
本発明のショットキーバリアダイオードは、はんだ付け可能な表側メタライジングおよび裏側メタライジングを有することができる。
【００４６】
本発明のショットキーバリアダイオードは有利には埋め込み型ダイオードパッケージ内に配置され、たとえば、自動車ジェネレータの整流器の一部とすることができる。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年6月2日(2014.6.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
・ｎ＋型基板（１０）と、
・前記ｎ＋型基板（１０）上の、厚さ（Ｄ＿ｅｐｉ）を有するｎ型エピタキシャル層（２０）と、
・前記ｎ型エピタキシャル層（２０）に形成された、それぞれ幅（Ｗｔ）および深さ（Ｄｔ）を有する少なくとも２つのトレンチ（７０）と、
・隣接する前記トレンチ（７０）間にある、それぞれ幅（Ｗｍ）を有するメサ領域（８０）と、
を有するショットキーバリアダイオードであって、
・前記ショットキーバリアダイオードのｎ＋型基板（１０）の裏側面（Ｒ）にカソード電極として設置された金属層（６０）と、
・前記ショットキーバリアダイオードの表側面（Ｖ）にアノード電極として設置された金属層（５０）と
を有し、
前記表側面（Ｖ）に設けられた前記金属層（５０）と前記トレンチ（７０）とがオーミックコンタクトを形成し、
前記表側面（Ｖ）に設けられた前記金属層（５０）と前記ｎ型エピタキシャル層（２０）とがショットキー接合を形成するショットキーバリアダイオードにおいて、
前記トレンチ（７０）の深さ（Ｄｔ）と前記ｎ型エピタキシャル層（２０）の厚さ（Ｄ＿ｅｐｉ）とに対し、以下の関係式
Ｋ・Ｄｔ＜Ｄ＿ｅｐｉ、ただしＫ＞４
が適用され、
前記トレンチ（７０）の深さ（Ｄｔ）と前記メサ領域（８０）の幅（Ｗｍ）との比に対し、以下の関係式
Ｄｔ／Ｗｍ≧２
が適用され、
さらに、
【数１】
2015504610.tif 000012
が適用され、ここで、ＮＡは前記トレンチ（７０）内におけるドープ濃度であり、Ｗｔは前記トレンチ（７０）の幅であり、ＮＤは前記ｎ型エピタキシャル層（２０）のドープ濃度であり、Ｗｍは２つの前記トレンチ（７０）間の前記メサ領域（８０）の幅である
ことを特徴とする、ショットキーバリアダイオード。
【請求項２】
前記トレンチ（７０）内のｐ型領域（４０ａ）と前記ｎ型エピタキシャル層（２０）とのＰＮ接合の降伏電圧は、前記金属層（５０）と当該ｎ型エピタキシャル層（２０）との間のショットキー接合の降伏電圧より低い、
請求項１記載のショットキーバリアダイオード。
【請求項３】
前記ショットキーバリアダイオードは降伏動作可能である、
請求項１または２記載のショットキーバリアダイオード。
【請求項４】
前記トレンチ（７０）には、ｐ型ドープされたシリコンが、または、ｐ型ドープされた多結晶シリコンが充填されている、
請求項１から３までのいずれか１項記載のショットキーバリアダイオード。
【請求項５】
前記トレンチ（７０）には、多結晶シリコンが充填されており、
前記表側面（Ｖ）に設けられた前記金属層（５０）は前記多結晶シリコン層にコンタクトしている、
請求項１から４までのいずれか１項記載のショットキーバリアダイオード。
【請求項６】
前記トレンチ（７０）は、ドーパントとしてホウ素を含んでおり、
前記表側面（Ｖ）に設けられた前記金属層（５０）が前記トレンチ（７０）に充填されている、
請求項１から３までのいずれか１項記載のショットキーバリアダイオード。
【請求項７】
前記ショットキーバリアダイオードの降伏電圧は１００Ｖを上回る、
請求項１から６までのいずれか１項記載のショットキーバリアダイオード。
【請求項８】
前記ショットキーバリアダイオードのすべての層の各導電型を逆にし、アノード電極とカソード電極との名称を逆にした、
請求項１から７までのいずれか１項記載のショットキーバリアダイオード。
【国際調査報告】
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