(57)【要約】【課題】  順方向電圧降下が小さく且つ逆方向特性が急なスロープを有する縦型ダイオードを提供する。【解決手段】  第１の導電型で軽くドープされた半導体層内に形成され、第１の導電型で重くドープされた基板上に位置する縦型整流及び保護パワーダイオードにおいて、  層より重くドープされ且つ前記基板より軽くドープされており、層のエリアを囲み前記基板まで伸びる、第１の導電型の第１リング形状領域と、  第２の導電型でドープされ、第１領域の表面及びその両側に伸びる第２リング形状領域と、  層とのショットキダイオードを形成できる材料の薄層を含み、層のエリア上と、オーム接触を形成する第２リング形状の少なくとも一部分上とに位置する第１電極とを含むダイオード。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の導電型で軽くドープされた半導体層（３２）内に形成され、該第１の導電型で重くドープされた基板（３１）上に位置する縦型整流及び保護パワーダイオードにおいて、
前記層より重くドープされ且つ前記基板より軽くドープされており、前記層のエリア（Ａ）を囲み且つ前記基板まで伸びる、第１の導電型の第１リング形状領域（３５）と、
該第１領域の表面及びその両側に伸び、第２の導電型（Ｐ）でドープされた第２リング形状領域（３９）と、
前記層とのショットキダイオードを形成できる材料の薄層（４４）を含み、前記層の前記エリア上と、オーム接触を形成する第２リング形状領域の少なくとも一部分上とに位置する第１電極と
を含むことを特徴とするダイオード。
【請求項２】
第１の導電型はＮ型であり、第２の導電型はＰ型であることを特徴とする請求項１に記載のダイオード。
【請求項３】
第１の導電型（Ｎ＋）で重くドープされた単結晶シリコン基板（３１）上に縦型ダイオードを形成する方法において、
前記第１の導電型（Ｎ−）で、前記基板より軽くドープされた半導体層（３２）を前記基板上に形成するステップと、
前記基板まで伸びる第１リング形状領域（３５）を前記層内に形成し、該第１リング形状領域が、前記第１の導電型（Ｎ）で前記層より重く且つ前記基板より軽くドープされるステップと、
前記第２の導電型（Ｐ）でドープされ、前記層及び前記エリアの表面において前記第１領域の表面及びその両側に伸びる第２リング形状領域（３９）を形成するステップと、
前記層の前記エリア及び前記第２リング形状領域の部分上に、前記層とのショットキ接合を形成できる材料の薄層（４４）を付着するステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項４】
更に、裏面において、前記基板（３１）の少なくとも一部分上にメタライゼーションを形成するステップと、表面において、前記薄層（４４）の少なくとも一部分上にもう１つのメタライゼーション（４６）を形成するステップとを含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、フォトグラフィックカメラ、シューティングカメラ、電気アジェンダ、ワイヤレス及び／又は携帯電話又はポータブルコンピュータのような携帯機器の電力供給に用いられる、整流及び／又は保護を目的とした縦型ダイオードの分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
そのような応用においては、ショットキダイオード又はＰＮ接合ダイオードが特に利用されている。
【０００３】
図１Ａは、部分的に簡略化された断面図で、ショットキ型の縦型パワーダイオードを示している。ショットキダイオードは、一般にＮである第１の導電型で軽くドープされた半導体層１内に形成される。層１は、層１より重くドープされたＮ型基板２の上に位置する。基板２は、裏面がカソードメタライゼーションで覆われている（図示無し）。表面においては、層１が、層１とのショットキ接合を形成できる材料の薄層３で部分的に覆われている。層３は、アノードメタライゼーション４と共に一片を形成する。一般に、ダイオードは、層１の表面に表面拡散によって形成されたガードリング６を含む。ガードリング６は層１と共にＰＮダイオードを形成すると考えられるが、このＰＮダイオードは、保護機能としては最適ではないことに注目すべきである。
【０００４】
図１Ｂはショットキダイオードの特性Ｉ（Ｖ）を示している。ショットキダイオードは、充分な電流つまり１Ａ以上の電流に対しても、一般に０．５Ｖ以下の小さな順方向電圧降下ＶＦを示す。しかしながら、ショットキダイオードは逆方向バイアスにおいて低動作、つまり、アバランシェが不鮮明で逆方向カーブＩ（Ｖ）が小さなスロープであり、そのため逆方向電流が増加するとダイオードの両端の電圧降下は非常に増加する。
【０００５】
図２Ａは、保護機能を保証する縦型ＰＮダイオードの簡略化された断面図である。ダイオードは、Ｎ型でドープされた半導体基板１１内に形成される。裏面において、ダイオードは、カソードメタライゼーションで覆われた（図示無し）、重くドープされたＮ層（Ｎ＋）を含む。表面において、基板１１は、一般に極めて重くドープされたＰ型リング形状領域１３で囲まれた、軽くドープされたＰ型領域１２を含む。領域１２の一部分は、アノードメタライゼーション１４と連結している。
【０００６】
図２Ｂに示されるように、ＰＮダイオードは、逆方向バイアスにおいて、アバランシェ電圧ＶＢＲを越える充分なアバランシェ動作を示し、曲線Ｉ（Ｖ）のスロープは非常に強い。しかしながら、順方向バイアスにおいて、コンポーネント１０は、電流と共に変化する比較的高い電圧降下を示している。一般に基板１１のドーピングは、逆方向降伏特性を最適化するために、およそ１０１７から１０１８at.cm-3である。
【０００７】
従って、整流機能つまり小さい順方向電圧降下の獲得が必要である応用においては、好ましくはショットキ型ダイオードが利用される。しかしながら、保護機能つまり実質的に一定の逆方向電圧の獲得が必要である応用においては、好ましくはＰＮ型ダイオードが利用される。
【０００８】
しかしながら、携帯機器における供給コンバータ及び／又は供給又はチャージ保護の多くの応用においては、整流機能及び保護機能の両方を最適化することが望ましい。０．６Ｖ以下の小さな順方向電圧降下を得る唯一の方法は、ショットキダイオードを利用することであるので、逆方向電圧が逆方向電流の増加に伴って過剰に増加して必然的に他のパラメータ及び特に漏れ電流が変更される結果となるのを避けるために、そのような非常に大きなダイオードが使用される。ＰＮ接合コンポーネントと同様にショットキダイオードでも、順又は逆方向ダイオードそれぞれに不都合に作用することなく、逆又は順方向電流動作を改良することは不可能である。実際に、任意のドーピング修正は両方の動作を修正する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、小さい順方向電圧降下と逆方向バイアスにおける急なスロープを伴う特性との両方を示す縦型ダイオードを提供することを目的とする。
【００１０】
本発明はまた、そのようなダイオードを形成する方法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】
【００１１】
これらの及び他の目的を達成するために、本発明は、
第１の導電型で軽くドープされた半導体層内に形成され、第１の導電型で重くドープされた基板上に位置する縦型整流及び保護パワーダイオードにおいて、
前記層より重くドープされ且つ前記基板より軽くドープされており、前記層のエリアを囲み且つ前記基板まで伸びる、第１の導電型の第１リング形状領域と、
第１領域の表面及びその両側に伸び、第２の導電型でドープされた第２リング形状領域と、
前記層とのショットキダイオードを形成できる材料の薄層を含み、前記層の前記エリア上と、オーム接触を形成する第２リング形状領域の少なくとも一部分上とに位置する第１電極と
を含むことを特徴とするダイオードを提供する。
【００１２】
本発明の実施形態によると、第１の導電型はＮ型であり、第２の型はＰ型である。
【００１３】
本発明はまた、第１の導電型で重くドープされた単結晶シリコン基板上に縦型ダイオードを形成する方法において、
第１の導電型で、基板より軽くドープされた半導体層を基板上に形成するステップと、
基板まで伸びる第１リング形状領域を前記層内に形成し、該第１リング形状領域が、前記第１の導電型で前記層より重く且つ前記基板より軽くドープされるステップと、
第２の導電型でドープされ、層及びエリアの表面において第１領域の表面及びその両側に伸びる第２リング形状領域を形成するステップと、
前記層の前記エリア及び第２リング形状領域の部分上に、前記層とのショットキ接合を形成できる材料の薄層を付着するステップとを含むことを特徴とする方法を提供する。
【００１４】
本発明の実施形態によると、その方法は更に、裏面において、基板の少なくとも一部分上にメタライゼーションを形成するステップと、表面において、薄層の少なくとも一部分上にもう１つのメタライゼーションを形成するステップとを含む。
【００１５】
本発明の前述の及び他の目的、特徴及び利点は、添付の図面に関連して以下の何ら限定されることのない詳細な実施形態の説明で詳しく述べられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
明確にするために、異なる図は正確な縮尺率で描かれていない。更に、種々の図において、同一素子は同一参照番号で示されている。
【００１７】
図３Ａから図３Ｄは、本発明の実施形態に従って、縦型パワーダイオードを形成する方法のステップを一部簡略化された断面図で示している。
【００１８】
図３Ａに示されるように、本発明の方法に従う方法は、単結晶シリコン基板３１上における、半導体層３２のエピタキシャル成長から始まる。基板３１はＮ型に重くドープされ、一方層３２はＮ型に軽くドープされる。
【００１９】
図３Ｂに示される次のステップで、リング形状の開口を備えたマスク３３が付着され、該リング形状の開口を通して、リン等のＮ型ドーピングの注入が実行される。このようにして、リング形状領域３５で囲まれるエリアＡが層３２内に定義される。リング形状領域３５が層３２全体を横切り且つ基板３１に達するように、注入及び拡散アニールの条件が選択される。リング形状領域３５は、エリアＡ（層３２）より重くＮ型にドープされるが、基板３１より軽くドープされる。
【００２０】
図３Ｃに示される次のステップでは、マスク３３は取り除かれてマスク３７に置き換えられ、該マスクは、第１リング形状領域３５付近に、マスク３３の開口より大きいリング形状の開口を示している。次いで第２Ｐ型領域３９が注入／拡散によって形成される。第２領域３９は、リング形状領域３５の上面を覆い、その内側及び外側の両方向に伸びている。注目すべきことは、第１領域３５の外側に伸びる第２領域３９の部分は、中央部分より深い拡散により生じ、それは、活性ＰＮ接合が層３５と３９との接触面での接合である事を強調している。
【００２１】
それから、図３Ｄに示されるように、エリアＡの上面を保護するマスク３７の部分が取り除かれて追加のマスク４１が形成され、該マスク４１は、リング形状領域３５の外側部分の上において、マスク３７を内方向に伸ばすことを意図している。次いで、エリアＡとのショットキ接合を形成できる薄層４４が、マスク３７−４１で残された空間に形成される。層４４は、リング形状領域３９の中央及び内側部分を覆い、オーム接触を形成する。それから、本発明に従う整流及び保護ダイオードのアノードを形成するメタライゼーション４６が層４４上に形成される。
【００２２】
本発明に従う方法は、通常のコンポーネント形成ステップ、特に、基板３１の裏面における、本発明に従うダイオードのもう一つの電極ここではカソードを形成するメタライゼーションの形成が続行される。
【００２３】
このようにして、中央ショットキ接合４４−Ａで形成されるダイオードが周辺ＰＮ接合３９−３５に並列に得られる。本発明に従う構造は、好ましいことに、ショットキ及びＰＮダイオードの発散するドーピング制約を調整することができる。
【００２４】
図４は、本発明に従うダイオードの特性Ｉ（Ｖ）、例えば図３Ｄの構造に類似する構造の特性を示している。順方向バイアスにおいて、本発明に従うダイオードは、ショットキダイオード３８−Ａとして動作し、エリアＡ及び使用されたショットキ金属のドーピングレベルに依存する比較的小さい電圧降下を示している。逆方向バイアスにおいて、ダイオードは、ＰＮ接合３９−３５として動作し、第１リング形状領域３５のドーピングに必然的に依存する急激なアバランシェ動作を示している。エリアＡ（層３２）及び第１リング形状領域３５のドーピングは、好ましくは、順方向電圧降下を減らす又は最小化させるため、及び、逆方向電流（逆方向電力消費）を減少させることによって逆方向降伏電圧を増加させる又は最大化させるためにそれぞれ最適化される。
【００２５】
限定しない例として、図３Ｄの異なる素子は、以下の特徴を示す。
・基板３１：単結晶シリコン，およそ１０１９から１０２０at./cm3の濃度でドープされたＮ型。
・層３２：アニール後におよそ５から６μｍの厚さを得るためにおよそ１０から２０μｍの初期厚さ，およそ１０１５から１０１６at./cm3の濃度でのＮ型ドーピング。
・リング形状領域３５：逆方向バイアスにおける、望ましい降伏電圧に従って選択された１０１７から１０１８at./cm3のＮ型ドーピング。
・リング形状領域３９：およそ１０１９at./cm3のＰ型ドーピング。
【００２６】
そのような条件において、１ｍＡでおよそ１６Ｖの逆方向電圧及び１アンペアでおよそ２０Ｖの逆方向電圧を有し、１アンペアでおよそ４００ｍＶの順方向電圧降下を有するパワーダイオードが得られる。
【００２７】
ＰＮダイオードが、逆方向において本発明に従うダイオードの特性を決定するように、ＰＮダイオードの逆方向特性が選択されるということは明らかである。
【００２８】
勿論、本発明は、当業者に容易に起こる種々の変形、修正及び改良を有するであろう。特に、ドーピングのレベル及び異なる領域の深さを望ましい性能に調整することは、当業者の能力の範囲内である。更に、ダイオードが、基板３１上に位置する層３２内に形成されることは以前から考えられてきた。しかしながら、当業者は、そのような異なるドーピング領域は、大きな基板内での拡散／注入による特有のエピタキシャル及びドーピング方法によって得られると理解するであろう。従って、層３２は半導体ウエハの均等なドーピングから生じ、基板３１は裏側ウエハ表面のエピタキシャル及び／又は特有の注入から生じることができた。
【００２９】
そのような変形、修正及び改良は、この開示の一部であり、本発明の精神及び範囲内である。従って、前述の説明は、単なる例であり、限定するものではない。本発明は、請求項及びその均等物にのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】Ａは、ショットキダイオードを一部簡略化した断面図で示し、Ｂは、ショットキダイオードの特性Ｉ（Ｖ）を概略的に示している。
【図２】Ａは、ＰＮ接合ダイオードを一部簡略化した断面図で示し、Ｂは、ダイオードの特性Ｉ（Ｖ）を概略的に示している。
【図３】本発明の実施形態に従うダイオードの形成ステップを一部簡略化した断面図で示している。
【図４】本発明に従うダイオードの特性Ｉ（Ｖ）を概略的に示している。
【符号の説明】
【００３１】
１，３２  Ｎ型層
２，１１，３１  Ｎ型基板
３，４４  薄層
４，１４，４６  アノードメタライゼーション
６  ガードリング
１２  Ｐ型領域
１３  Ｐ型リング形状領域
３３，３７，４１  マスク
３５  第１リング形状領域
３９  第２リング形状領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
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