(57)【要約】【課題】  平機械的強度も高く且つ順方向電力損失も小さいショットキ障壁を有する半導体素子の面サイズを比較的小さく形成する。【解決手段】  特定の導電型の第１の半導体領域(1)と、第１の半導体領域(1)よりも相対的に不純物濃度の低い同一の導電型の第２の半導体領域(2)とを有する半導体基板(5)と、半導体基板(5)の一方の主面に形成されて、第１の半導体領域(1)との接触面にショットキ障壁を形成する第１の電極(6)と、第１の電極(6)から離間して半導体基板(5)の一方の主面に形成され且つ第２の半導体領域(2)と低抵抗性接触する複数の第２の電極(7)とをショットキ障壁を有する半導体素子に設ける。複数の第２の電極(7)の各々は、第１の電極(6)の一方の電極領域(8)と他方の電極領域(9)から等距離離間して第１の電極(6)の一方の電極領域(8)と他方の電極領域(9)との間に配置され且つ互いに９０度以下の等角度間隔で離間するので、第１の電極(6)と第２の電極(7)との間で平面的に見て放射状方向に電流が拡散して流れ、電流集中による電力損失を低減することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定の導電型の第１の半導体領域と、該第１の半導体領域よりも相対的に不純物濃度の低い同一の導電型の第２の半導体領域とを有する半導体基板と、
前記半導体基板の一方の主面に形成されて、前記第２の半導体領域との接触面にショットキ障壁を形成する第１の電極と、
該第１の電極から離間して前記半導体基板の一方の主面に形成され且つ前記第２の半導体領域と低抵抗性接触する複数の第２の電極とを備えたショットキ障壁を有する半導体素子において、
前記第１の電極は、一方向に延伸する一方の電極領域と、前記一方向に対して直交する他方向に延伸し且つ前記一方の電極領域の中央部と交差する中央部を有する他方の電極領域とを備え、
複数の前記第２の電極の各々は、前記第１の電極の一方の電極領域と他方の電極領域から等距離離間して前記第１の電極の一方の電極領域と他方の電極領域との間に配置されていることを特徴とするショットキ障壁を有する半導体素子。
【請求項２】
前記第１の半導体領域と前記第２の半導体領域に接触し且つ前記第２の電極と接触する第３の半導体領域と、前記第１の電極の外周縁に沿って前記第１の電極を環状に包囲して前記第２の半導体領域内に形成された第４の半導体領域とを備えた請求項１に記載の半導体素子。
【請求項３】
前記第１の電極は、連続する十字形に形成され、前記第２の電極は、前記第１の電極から離間して島状に形成される請求項１又は２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、順方向電力損失が小さく且つショットキ障壁を有するフリップチップ構造の小型の半導体素子に属する。
【背景技術】
【０００２】
情報化社会の急速な進歩に伴い、小型化・軽量化が進む情報通信機器及び携帯機器には、更に高効率化及び低ノイズ化が要求されている。また、多種多様化の機能が要求される携帯端末機器では、基板への実装密度が年々高くなる状況から、小型で軽量化され放熱性能を向上した電子部品が求められている。このため、従来の樹脂モールド型よりも高密度実装が可能なフリップチップやチップサイズパッケージの開発が進んでいる。
アノード電極とカソード電極をチップの同一面に素子構造を形成するショットキバリアダイオードのフリップチップ化が図られている。また、カソード電極をアノード電極の片側に配置するサイドアノード構造（Side-Anode structure）と、カソード電極をアノード電極の両側に配置するセンターアノード構造（Center-Anode structure）のフリップチップ型ショットキバリアダイオードが提案されている。下記特許文献１は、半導体基板の中央側にアノード電極を配置したショットキバリアダイオード（センターアノード構造）を開示し、下記特許文献２は、半導体基板(5)の一方の側面側に変位してアノード電極を配置したショットキバリアダイオード（サイドアノード構造）を開示する。
【０００３】
【特許文献１】特開平２−２２６７７０号公報
【特許文献２】特開２０００−３０３９５５公報
【０００４】
図６に示すように、サイドアノード構造のショットキバリアダイオードは、特定の導電型である相対的に不純物濃度の高いＮ+型の第１の半導体領域(1)と、第１の半導体領域(1)の上面に形成され且つ第１の半導体領域(1)よりも相対的に不純物濃度の低い同一の導電型であるＮ-型の第２の半導体領域(2)と、第１の半導体領域(1)と第２の半導体領域(2)とに接触する第３の半導体領域(3)とを備えたシリコン(Si)、砒化ガリウム(GaAs)、窒化ガリウム(GaN)等の半導体基板(5)を有する。第２の半導体領域(2)との接触面にショットキ障壁を形成するタングステン(W)、アルミニウム(Al)、モリブデン(Mo)、ニッケルシリサイド(Ni2Si)等から成るアノード電極である第１の電極(6)が半導体基板(5)の一方の主面に形成される。また、第３の半導体領域(3)と低抵抗性接触するカソード電極である第２の電極(7)が半導体基板(5)の一方の主面に形成される。また、第１の電極(6)の外周縁に沿って第１の電極(6)を包囲するＰ型半導体領域からなる第４の半導体領域(4)が平面的に見て環状に形成される。第４の半導体領域(4)は、第１の電極(6)により形成されるショットキバリア電極の周辺耐圧を向上するガードリング領域として機能する。第１の半導体領域(1)よりも不純物濃度が低く設定される第２の半導体領域(2)と、第２の半導体領域(2)の上面に形成されたショットキバリア電極を構成する第１の電極(6)との界面にショットキ障壁が形成される。
【０００５】
また、図７は、第１の電極(6)の周囲に複数の第２の電極(7)を形成したセンターアノード構造のフリップチップ型ショットキバリアダイオードを示す。図７では、相対的に不純物濃度の高いＮ+半導体領域から成る第３半導体領域(3)は、側面と底面がそれぞれ第２の半導体領域(2)と第１の半導体領域(1)に接する。アノード面とカソード面が近接し距離が短いほど基本的に順方向の損失は少ない。しかしながら、センターアノード構造に形成するとチップが細長くなり、機械的強度を考慮すると最適設計とは言えない。
【０００６】
図６及び図７では、電流の流れる方向を矢印で示す。半導体基板の一方の主面にアノード電極を形成し、半導体基板の他方の主面に対向してカソード電極を形成したショットキバリアダイオードでは、アノード電極からカソード電極に向かって順方向電流が縦方向に流れるのに対して、フリップチップ型ショットキバリアダイオードでは、図６及び図７の何れの構造でも、アノード（バリア）面からカソード面へ横方向に順方向電流が流れる。このとき、アノード電極とカソード電極とが近接する領域では相対的に大きな電流が流れ、電流集中により電流密度が増加して、順方向の電力損失が大きくなる問題が発生する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
中央に配置したアノード電極から両側に配置したカソード電極に電流が分流して流れるセンターアノード構造のショットキバリアダイオードでは、電流密度の増加を比較的良好に抑制でき、順方向電力損失を減少できることが期待された。しかしながら、センターアノード構造のショットキバリアダイオードでは、アノード電極（アノード領域）の両側にカソード電極（カソード領域）を配置するため、半導体基板(5)の横方向長さＬ（図７）が長くなり、素子の平面サイズが増大すると共に、平面形状が横長チップになるため、機械的強度が低下する問題があった。
そこで、本発明は、平面サイズを比較的小さくでき、機械的強度も高く且つ順方向電力損失も小さいショットキ障壁を有する半導体素子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】
【０００８】
本発明によるショットキ障壁を有する半導体素子は、特定の導電型の第１の半導体領域(1)と、第１の半導体領域(1)よりも相対的に不純物濃度の低い同一の導電型の第２の半導体領域(2)とを有する半導体基板(5)と、半導体基板(5)の一方の主面に形成されて、第２の半導体領域(2)との接触面にショットキ障壁を形成する第１の電極(6)と、第１の電極(6)から離間して半導体基板(5)の一方の主面に形成され且つ第２の半導体領域(2)と低抵抗性接触する複数の第２の電極(7)とを備えている。第１の電極(6)は、一方向に延伸する一方の電極領域(8)と、一方向に対して直交する他方向に延伸し且つ一方の電極領域(8)の中央部と交差する中央部を有する他方の電極領域(9)とを備えている。複数の第２の電極(7)の各々は、第１の電極(6)の一方の電極領域(8)と他方の電極領域(9)から等距離離間して第１の電極(6)の一方の電極領域(8)と他方の電極領域(9)との間に配置されているので、第１の電極(6)と第２の電極(7)との間で平面的に見て放射状方向に電流が拡散して流れ、電流集中による電力損失を低減することができる。
【発明の効果】
【０００９】
ショットキ障壁を有する半導体素子を比較的小さい平面サイズで且つ高い機械的強度で形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
センターアノード構造を有するフリップチップ型ショットキバリアダイオードに適用した本発明によるショットキ障壁を有する半導体素子の実施の形態を図１〜図５について説明する。図１〜図５に示す本発明の実施の形態及び実施例では、図６及び図７に示す従来のショットキバリアダイオードと同一の部分には同一の参照符号を付して、説明を省略する。
【００１１】
図１に示す本発明によるショットキバリアダイオードは、基本的に図７に示すショットキバリアダイオードと同一の断面構造を有するが、図７に示す構造とは下記の点で相違する。
［１］  第１の電極(6)は、一方向に延伸する一方の電極領域(8)と、一方向に対して直交する他方向に延伸する他方の電極領域(9)とを有する。
［２］  他方の電極領域(9)は、一方の電極領域(8)の中央側で一方の電極領域(8)に交差する。
［３］  第１の電極(6)の一方の電極領域(8)と他方の電極領域(9)との間に第１の電極(6)の一方の電極領域(8)と他方の電極領域(9)から等距離離間して且つ互いに９０度以下の等角度間隔で複数の第２の電極(7)の各々を配置する。
【００１２】
第１の電極(6)は、図２又は図３に示すように連続する十字形に形成され、第２の電極(7)は、第１の電極(6)から離間して島状に形成される。図７に示す構造と同様に、第１の電極(6)と第２の電極(7)間に流れる電流の横方向電流通路を構成する第１の半導体領域(1)の比抵抗が小さいため、第１の半導体領域(1)では、順方向電圧降下を比較的小さく抑えることができる。図２及び図３に示すように、第１の電極(6)は、Ｘ軸方向に延伸する一方の電極領域(8)と、Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向に延伸する他方の電極領域(9)とを有する十字形状の平面形状を有する。一方の電極領域(8)の長さは、他方の電極領域(9)の幅より大きく、他方の電極領域(9)の長さは、一方の電極領域(8)の幅より大きいため、第１の電極(6)は、一方の電極領域(8)の両端部が他方の電極領域(9)の幅方向に突出して形成された突出部と、他方の電極領域(9)の両端部が一方の電極領域(8)の幅方向に突出して形成された突出部とを有し、図２又は図３のように平面十字形状を有する。第２の半導体領域(2)は、第１の電極(6)と同様に十字形状を有する。即ち、第２の半導体領域(2)は、Ｘ軸方向に延伸する一方の半導体領域(2a)と、Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向に延伸する他方の半導体領域(2b)とを有する十字形状の平面形状を有する。一方の半導体領域(2a)の長さは、他方の半導体領域(2b)の幅より大きく、他方の半導体領域(2b)の長さは、一方の半導体領域(2a)の幅より大きいため、第２の半導体領域(2)は、一方の半導体領域(2a)の両端部が他方の半導体領域(2b)の幅方向に突出して形成された突出部と、他方の半導体領域(2b)の両端部が一方の半導体領域(2a)の幅方向に突出して形成された突出部とを有し、図２又は図３のように平面十字形状を有する。第２の半導体領域(2)の一方の半導体領域(2a)及び他方の半導体領域(2b)の幅、長さは、第１の電極(6)の一方の電極領域(8)及び他方の電極領域(9)の幅、長さよりも大きい。従って、図２又は図３のように、第２の半導体領域(2)は第１の電極(6)よりも外側に延伸する。第２の半導体領域(2)に隣接して包囲する第４の半導体領域(4)も中抜きの十字環状形状を有する。
【００１３】
半導体基板(5)の外周縁と第２の半導体領域(2)の間に配置に形成される第３の半導体領域(3)は、平面的に見て、半導体基板(5)の角部に配置された４つの幅広部分(3a)と、幅広部分(3a)の間に配置された幅狭部分(3b)とを有する。
【００１４】
図１に示すように、第２の半導体領域(2)上に形成される第１の電極(6)は、平面的に見て第２の半導体領域(2)の内側に十字形状に形成される。第１の電極(6)の外周縁と第２の半導体領域(2)の外周縁との間隔は、第２の半導体領域(2)の全周に亘って略均一である。第２の半導体領域(2)の中央部、一方の電極領域(8)の両端部、他方の電極領域(9)の両端部の上に互いに離間する５つのバンプ電極（突起形状電極）(10)が第１の電極(6)上に形成される。しかしながら、図３の実施の形態に示すように、第１の電極(6)に一致させて、バンプ電極を(10)を十字形状に形成しても良い。第３の半導体領域(3)の４つの幅広部分(3a)の上方に形成される第２の電極(7)は互いに離間して配置され、それぞれの上にはバンプ電極(11)が形成される。
【００１５】
本実施の形態によるショットキバリアダイオードでは、以下の作用効果が得られる。
<1>  第１の電極(6)を平面十字形状に形成し、第２の電極(7)を支持する第３の半導体領域(3)の幅広部分(3a)は、第１の電極(6)の突出部分の間に配置されるため、高い機械的強度で且つ比較的小さい正方形の平面サイズで素子を形成できる。
<2>  一方の電極から他方の電極に平面的に見て放射状に拡散して電流を流すことができるので、電流密度の増加及び電流集中による順方向電力損失を低減することができる。
<3>  素子の取り付け向きが９０度回転しても、電極の極性が逆にならず、基板等への実装時に実装ミスを回避できる。
【００１６】
本発明の前記実施の形態では、特定の導電型をＮ型として表示したが、その代わりに、第１の半導体領域(1)、第２の半導体領域(2)及び第３の半導体領域(3)をＰ型半導体領域とし、第４の半導体領域(4)をＮ型半導体領域としてもよい。
【実施例】
【００１７】
シミュレーションを利用して最適な比率を検討し、電流効率の良いアノード電極とカソード電極との面積比を求めた本発明の実施例を図４及び図５について説明する。
シミュレーションモデル（Simulation model）を図４に示す。奥行き(長さ)を一定とするカソード電極幅：ＫＷをパラメーターとして、２次元的に電流密度を計算し、アノード電極幅：ＡＷを小、中、大として、各幅に対して目標の順方向電圧値ＶFを得た。図５は、シミュレーションにより横軸をアノード幅比＝ＡＷ／（ＡＷ＋ＫＷ）、縦軸をＶF値を一定にしたときの電流密度ＪF（A/cm2）としてアノード幅比と電流密度（Ratio of anode width vs ＪF）との関係を示す。どのアノード幅に対しても効率よく電流を流せるカソードの幅が存在することが図５から判明した。電流値１.０AでＶF≦０.４５Vを目標とした場合、シミュレーションの結果から、最大の電流が得られる最小のチップサイズは１.４mm2であることが確認された。またチップ平面パターンを上下・左右対称にして、実装時にチップの向きが変わっても逆極性を回避できるように設計した。
【００１８】
また、放熱性を考慮して半田より熱伝導率が大きい銅により厚いポスト状バンプ電極(10)、(11)構造を形成した。また、半田濡れを改善するためにニッケル金メッキを銅ポストの表面に施した。電極のサイズ及び形状は、実装すべき基板の配線パターンに対応して自由に設計することができる。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
ショットキバリアダイオードに限定されず、ショットキ障壁を有する電界効果トランジスタ、ゲート回路等他の半導体素子にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明によるセンターアノード構造のショットキバリアダイオードの断面図
【図２】図１に示すショットキバリアダイオードの平面図
【図３】図２とは異なる構造を有するショットキバリアダイオードの平面図
【図４】シミュレーションモデルを示すショットキバリアダイオードの断面図
【図５】アノード幅比と電流密度との関係を示すグラフ
【図６】従来のサイドアノード構造のショットキバリアダイオードを示す断面図
【図７】従来のセンターアノード構造のショットキバリアダイオードを示す断面図
【符号の説明】
【００２１】
(1)・・第１の半導体領域、  (2)・・第２の半導体領域、  (3)・・第３の半導体領域、  (4)・・第４の半導体領域、  (5)・・半導体基板、  (6)・・第１の電極、  (7)・・第２の電極、  (8)・・一方の電極領域、  (9)・・他方の電極領域、
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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