(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ型半導体基板の表面に複数のショットキ金属接合部と、前記Ｎ型半導体基板よりも高不純物濃度を有する複数のＰ型半導体領域を形成して成るＰＮ接合部とを並列に配設した整流ダイオ−ドにおいて、前記Ｐ型半導体領域が低不純物濃度部と少なくとも前記低不純物濃度部の周辺部の一部を含んで形成された高不純物濃度部から成り、前記ショットキ金属接合部を形成するショットキ金属が前記ショットキ接合部周辺において前記高不純物濃度部と接し、かつ高不純物濃度部表面でオーミック接触し、前記Ｐ型半導体領域の中央部において前記低不純物濃度部と接している構造を特徴とする整流用半導体装置。
【請求項２】
前記高不純物濃度部の領域の深さは前記ショットキ接合部平面からみて、
前記低不純物濃度部の領域の深さよりも浅い深さに形成されていることを特徴とする請求項１に記載の整流用半導体装置。
【請求項３】
前記高不純物濃度部の領域は、少なくとも前記低不純物濃度部の領域の一部を含む領域に形成され、凹状溝部表面に沿って形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項２いずれかに記載の整流用半導体装置。
【請求項４】
前記ショットキ接合の領域と前記Ｐ型半導体領域が前記Ｎ型半導体基板の表面に、交互に且つストライプ状に、配設されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれかに記載の整流用半導体装置。
【請求項５】
前記ショットキ接合の領域が前記Ｐ型半導体領域を囲む形態で、前記Ｎ型半導体基板表面に配設された請求項１乃至請求項４いずれかに記載の整流用半導体装置。
【請求項６】
前記ショットキ接合の領域を前記Ｐ型半導体領域が囲む形態で、前記Ｎ型半導体基板表面に配設された請求項１乃至請求項５いずれかに記載の整流用半導体装置。
【請求項７】
重金属原子の熱拡散、電磁波照射、イオン注入の単独あるいは組合せによ
るライフタイム制御を行っていることを特徴とする請求項１乃至請求項６いずれかに記載の整流用半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する分野の説明】
本発明はショットキ接合とＰＮ接合が半導体基体に並列に配設された整流用半導体装置の構造に関するものである。
【０００２】
【従来技術とその問題点】
ショットキ接合とＰＮ接合が並列された整流ダイオ−ドにおいて、少数キャリアの注入量をショットキ接合直下で高濃度注入し、他の電流路においては低濃度注入とすることにより、高速スイッチングと、小さい逆方向漏れ電流を満たした小さな順方向電位降下特性を有する整流ダイオ−ドを実現することが可能である。(特公昭５９−３５１８３号、特開平４−３２１２７４号)
【０００３】
逆方向漏れ電流（ＩR）を小さくする構造要因としては、
ショットキ領域巾ＷNを狭くする。
Ｐ領域深さＸ（ｐ）を深くする。
Ｐ領域濃度を高濃度にする。
Ｐ領域形状は、ショットキ接合面と交わる大略角度θが好適には直角が望ましい。
Ｎ-半導体を高抵抗にする。等が考えられるが、一方整流用ダイオ−ドの特性としては、小さなＩＲばかりでなく同時に小さな順方向電圧降下（ＶF）、小さな逆回復時間（以下ｔrr）が望まれる。この電圧降下（ＶF）は上記の要因を極度に強調すると大きくなる傾向がある。
【０００４】
図１、図２はこの種の従来構造図及び少数キャリアの濃度分布図で先ず、図１において、１はショットキバリア金属、２はＰ型不純物領域、３はＮ型低不純物濃度半導体基体（Ｎ-）、４はＮ型高不純物濃度半導体基板（Ｎ+）、５はオ−ミック金属、ＷＰはＰ領域巾、ＷＮは金属／ショットキ接合巾、ＸＰはＰ領域深さ、Ｘはショットキ接合面からの深さ、θはＰ領域がショットキ接合となす角度である。図１において、Ｐ領域２を高濃度のＰ+領域で形成すると順方向印加電圧ＶFが約０.６Ｖolt以上の領域において少数キャリア（ホ−ル）が多量にＮ-領域に注入され、通常のＰＮ接合ダイオ−ド、ショットキダイオ−ドよりも１００Ａｍp／ｃｍ2以上の順方向電流密度領域においてＶFの小さな特性となる。
【０００５】
少数キャリア注入量は、高濃度Ｐ領域（Ｐ+）とＮ-領域のキャリア濃度差が大きい程、注入量は多いことが知られている。少数キャリアの多量注入は高順方向電流密度（以下ＪＦ）領域のＶF改善には有効であるが、整流ダイオ−ドが順方向電位から逆方向電位に転ずる過渡状態においては、Ｎ-層内に多量に注入され、残留している少数キャリア（ホ−ル）が速く消滅せず遅いスイッチング速度しか得られないという問題があった。
【０００６】
図２は順方向定常状態での少数キャリアの濃度分布図（Ｐ領域２直下のＮ-層３における）でａはＰ領域２が図１のＰ+／Ｎ-接合従来構造の場合、ｂは図４、及び６のＰ-／Ｎ-接合構造の場合、Cは図３、４、５、６におけるＰ+／Ｐ-／Ｎ-接合構造の場合の夫々分布である。即ちｂ、ｃではａに比し少数キャリアの蓄積が少なく、Ｐ-層直下では少数キャリアの消滅が速く、逆回復時間（ｔｒｒ）を速くできることを示している。
【０００７】
【発明の目的】
本発明は整流用ダイオ−ドとしての諸特性（ＩＲ、ＶＦ、ｔｒｒ等）の向上を図った半導体装置の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
Ｎ型半導体基板の表面に複数のショットキ金属接合部と、Ｎ型半導体基板よりも高不純物濃度を有する複数のＰ型半導体領域を形成して成るＰＮ接合部とを並列に配設した整流ダイオ−ドにおいて、Ｐ型半導体領域が低不純物濃度部と少なくとも低不純物濃度部の周辺部の一部を含んで形成された高不純物濃度部から成り、ショットキ金属接合部を形成するショットキ金属がショットキ接合部周辺において高不純物濃度部と接し、かつ高不純物濃度部表面とオーミック接触し、Ｐ型半導体領域の中央部において低不純物濃度部と接している構造を特徴とする。
【０００９】
【実施例】
図３は本発明の第１の実施例を示す構造（断面）図で従来例と同一符号は同等部分を示す。この実施例ではショットキ金属と接するＰ型領域を高濃度不純物領域２ａ（Ｐ＋）とし、又Ｎ-領域３と接するＰ型領域を低濃度Ｐ領域２ｂ（Ｐ-）としてＰ+／Ｐ-／Ｎ-接合構造としたことを特徴とする。この構造によればショットキ領域（ＷＮ）を高濃度Ｐ領域２ａで挟み込むことにより順方向電圧降下（ＶF）を小さくし、又、Ｐ／Ｎ-接合面の大部分を示める領域２ｂは低濃度Ｐ-／Ｎ-接合とし、少数キャリアの注入を抑え、高速スイッチングを得る。即ち順方向電流密度ＪFの小さい場合は、ショットキ接合を流れる電子電流が大部分であるが、Ｐ／Ｎ接合が順バイアスされてくると、ショットキ接合をはさんでいるＰ+／Ｎ-接合から少数キャリアがＮ-チャネル部に注入されるから、高抵抗Ｎ-チャネルは伝導度変調して低抵抗となるため、狭いＷＮを持つ構造でもシリ−ズ抵抗は大きくならず、ＶF値は小さい。
【００１０】
又、このＮ-チャネル部に注入された多量の少数キャリア（ホ−ル）は、順バイアス電圧がショットキ接合にかからなくなると同時に、電子はショットキ接合へ、ホ−ルはＰ+領域２ａへ伝導され、両者はアノ−ド電極内に等量づつ流れ込み再結合して消滅する。この少数キャリア消滅は過剰に蓄積されたホ−ルのポテンシアルがショットキ障壁ポテンシアルを下回るまで数ｎＳec以下の瞬時に起こることがシミュレ−ションで確認されている。従って、ショットキ接合直下のＰ+領域２ａの壁から注入される少数キャリアの存在は整流ダイオ−ドのｔｒｒを決定する大きな要因にはならない。しかし、Ｐ領域の最深部までＰ+領域の構造では、Ｎ-部に多量の少数キャリアを注入するため、Ｐ領域部の最深部はキャリア濃度の低いＰ-でなくてはならない。このためＰ+領域２ａの深さＸＰ+はＰ-領域２ｂの深さＸＰ-より浅くすることが必要である。Ｐ／Ｎ-接合面の大部分を低濃度Ｐ-／Ｎ-接合面にすることにより、大電流密度ＪＦにおいてＰ-領域直下のＮ-層には少量の少数キャリアしか蓄積せず速い逆回復時間ｔｒｒの整流ダイオ−ドが得られる。
【００１１】
【具体例】
図３においてＮ型半導体基板として、０.００３Ω・ｃｍ、４００μｍ厚さ＜１００＞結晶面のＮ型シリコン基板４の上に、１５Ω・ｃｍ、６５μｍ厚さのＮ型エピタキシアルシリコン３を堆積したウェハ−を用いた。以下に説明する図３〜９の実施例１〜４は、２.５×２.５ｍｍのチップサイズ内に、１.５２Ｅ−２ｃｍ2の面積を持つショットキ接合領域と、３.５４Ｅ−２ｃｍ2の面積を持つＰ領域２を配設するように設計した。図３は第１の実施例の断面図で、Ｐ型領域（２）は高濃度Ｐ型領域（２ａ）を低濃度Ｐ型領域（２ｂ）の周辺部を含むように全面に形成した構造をしている。ＷＮ＝５μｍ、ＷＰ＝１５μｍで、図７に示すようなストライプ状に配置した。又他の具体例では平面パタ−ンは図８に示す島状Ｐ領域配置パタ−ン、或いは図９に示す島状ショットキ接合領域配置パタ−ンに配置した。
【００１２】
図４は本発明の第２の実施例構造図で高濃度Ｐ型領域２ａを低濃度Ｐ型領域２ｂの周辺部のみに形成する構造としたもので接合構造は周辺部がＰ+／Ｐ-／Ｎ-構造、又中央部がＰ-／Ｎ-構造であり、注入少数キャリア総量が他の実施例よりきわめて小さいことから、最もｔｒｒが短くソフトリカバリ−で電流サ−ジ、電圧サ−ジも小さい特性を得るようにしたものである。なお、平面パタ−ンは図７で実施した。
【００１３】
図５は本発明の第３の実施例構造図で第１の実施例（図３）の改良構造を示すもので半導体基体表面に予め溝６（ＴＲＥＮＣＨ溝）を形成しておき、ＴＲＥＮＣＨ溝面に沿って高濃度のＰ+層２ａを浅く形成した構造である。Ｐ+領域２ａは、Ｐ-領域２ｂの全面ないしは少なくとも周辺部を含むように形成され、ショットキ接合の端部はＰ+領域２ａにはさまれている。この構造によると、ショットキ接合直下の電流チャネル部の両側のＰ+側壁のＰ+形態を第１の実施例よりもさらに高不純物濃度に形成することがきわめて容易である。また、ＴＲＥＮＣＨ溝形状をショットキ接合面に対してほぼ直角に形成することも可能であることから、ショットキ接合面に直角の角度をもつＰ+形態を実現できる。この実施例では図７に示すストライプ状のパタ−ン配置で予め約１.５μｍの凹部６をＰ-領域２ｂ全体を含むように形成した後、１.０μｍ深さのＰ+領域２ａをショットキ領域にまで接するように形成した。
【００１４】
図６は本発明の第４の実施例構造図で第２の実施例（図４）の改良構造を示すもので、第３の実施例と同様に半導体基体表面にあらかじめ約１.５μｍの凹部６を形成し、その後Ｐ+領域２ａを凹部表面から拡散して作製した。この構造では上記第３の実施例と同様に図７に示すパタ−ン配置にて実施し、同実施例と同様にＰ+領域２ａの面積を加減することにより少数キャリア注入量の調整を可能とし、逆回復時間（ｔｒｒ）の改善を図るようにしたものである。
【００１５】
図１０〜図１４は従来例と比較した本発明の各実施例の特性図で夫々イはＰＮ接合特性、ロはショットキ接合特性、ハは図１の構造の従来特性、（１）（２）（３）（４）は各々第１〜第４実施例の特性を示す。又、この比較では従来例と各実施例は夫々同一面積とした。先ず図１０に示す順方向特性は従来構造特性ハと実施例（１）〜（４）がほとんど同じ特性を示し、順電流密度が約５０Ａｍｐ／ｃｍ2以下ではロに近いショットキダイオ−ド性のＶ−Ｉ特性であり、約１００Ａｍｐ／ｃｍ2以上ではＰＮ接合形ダイオ−ド（イ）よりも同一のＶF値では約３倍大きいＩＦ電流を流せる特徴を持っている。
【００１６】
図１１は逆方向特性を示し、従来例ハと第１、及び第２実施例（１）（２）は、高電圧になると、逆漏れ電流ＩRが若干大きくなるのに対して実施例（３）（４）では、高電圧になってもＩR増加は見られず、良好なＩR抑制効果が見られる。図１２は逆回復電流波形図、図１３は逆回復電圧波形特性を示す。実施例（１）〜（４）いづれも従来例ハ及びＰＮ接合ダイオ−ド（ファストリカバリ−）より逆回復時間（ｔｒｒ）が短く、ソフトリカバリ−特性を示し、タ−ンオフ後の電流サ−ジ及び電圧サ−ジが小さいことを示す。図１４は、順方向電圧（ＶF）と逆回復時間（ｔｒｒ）の関係（トレ−ドオフ） を示す特性図である。
【００１７】
以上のように、本発明構造によれば、従来のファストリカバリ−ダイオ−ド特性よりもすぐれた特性が得られる。なお各実施例の構造に、さらに、ｔｒｒを短くするために、Ａｕ、Ｐｔ、Ｆｅ等の重金属をＮ-中に拡散したり、あるいは、電子線、中性子、Ｈｅイオン、重水素イオンを照射又はイオン注入して、Ｎ-層中にシリコン結晶格子欠陥を形成することを併用してもよい。
【００１８】
因みに各実施例においてＰｔ拡散温度９５０℃、３０分間拡散したものは実施例２及び４ではｔｒｒ＝１５ｎＳｅｃ、実施例１及び３ではｔｒｒ＝３０ｎＳｅｃを得てＰｔ拡散しなかった例が各々ｔｒｒ＝５０、１００ｎＳｅｃに分布していたのに対して約１/２〜１/３のスイッチング速度が得られた。同時にＶF、ＩR特性は若干劣化するが同時にＰｔ拡散したＰＮ接合型ダイオ−ドよりは充分すぐれた特性を得ることができた。またＰ領域形状が円形、４角形、６角形を含む多角形、長方形であってもその効果は変ることはない。更にショットキ金属がＡＬに限らずＴｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｗ、Ａｕ、Ｐｔやシリサイド合金等を用いてもよい。
【００１９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明によれば整流用半導体装置の諸特性（ＩR、ＶF、ｔｒｒ、ソフトリカバリ−等）を満足する装置が提供できるので実用上の効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来構造図
【図２】ＰＮ接合形態と注入少数キャリア濃度分布図
【図３】本発明の第１の実施例を示す構造図（断面図）
【図４】本発明の第２の実施例を示す構造図（断面図）
【図５】本発明の第３の実施例を示す構造図（断面図）
【図６】本発明の第４の実施例を示す構造図（断面図）
【図７】本発明に適用されるパタ−ン配置図
【図８】本発明の適用されるパタ−ン配置図
【図９】本発明に適用されるパタ−ン配置図
【図１０】従来例と比較した本発明の特性図（順方向電圧）
【図１１】従来例と比較した本発明の特性図（逆方向）
【図１２】従来例と比較した本発明の特性図（逆回復電流）
【図１３】従来例と比較した本発明の特性図（逆回復電圧）
【図１４】従来例と比較した本発明の特性図（ｔｒｒ−ＶF）
【符号の説明】
１ ショットキバリア金属
２ Ｐ型不純物領域
２ａ 高濃度Ｐ型不純物領域
２ｂ 低濃度Ｐ型不純物領域
３ 低濃度Ｎ型半導体基体（Ｎ-）
４ 高濃度Ｎ型半導体基板（Ｎ+）
５ オ−ミック金属
６ 溝
【図１】
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【図２】
0003737524.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0003737524.tif 000007
【図７】
0003737524.tif 000008
【図８】
0003737524.tif 000009
【図９】
0003737524.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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