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JP4827386B2 - Schottky barrier diode - Google Patents
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Description

本発明は、ガードリングと、不純物を含有しているN層と、N基板とを有するショットキバリアダイオードに関し、特には、N層に含有せしめられている不純物の濃度がガードリングとN層との境界面からの深さにかかわらず一定に維持されている場合よりも、境界面からの深さが深い部分における電界の負担分を増大させつつ、ブレークダウン電圧を高くすることができ、更に、ガードリングコーナー部分における電界の集中を低減することができるショットキバリアダイオードに関する。 The present invention relates to a Schottky barrier diode having a guard ring, an N layer containing impurities, and an N + substrate, and in particular, the concentration of impurities contained in the N layer is different from that of the guard ring and N - than if it is maintained constant regardless of the depth from the interface between the layers, while increasing the share of the electric field at the depth deeper portion from the boundary surface, is possible to increase the breakdown voltage Further, the present invention relates to a Schottky barrier diode that can reduce electric field concentration at a guard ring corner.

詳細には、本発明は、ゼナーダイオードの機能を有するショットキバリアダイオードに関する。   Specifically, the present invention relates to a Schottky barrier diode having a Zener diode function.

従来から、比較的大電流かつ高耐圧の用途向けのパワー半導体素子として、2端子構造のダイオード、3端子構造であって、PNP/NPNの3層構造のBip−Tr(バイポーラトランジスタ)/MOSFET、PNPN/NPNPの4層構造のSCR(サイリスタ)/IGBTなどの多くのデバイス構造が知られている。   Conventionally, as a power semiconductor element for a relatively large current and high withstand voltage application, a two-terminal diode, a three-terminal structure, a PNP / NPN three-layer Bip-Tr (bipolar transistor) / MOSFET, Many device structures such as SCR (Thyristor) / IGBT having a four-layer structure of PNPN / NPNP are known.

ところで、どのような構造のデバイスにも、必ずONモードとOFFモードとがあり、その極限の理想特性が、ONモードにおいて抵抗値R=0であり、OFFモードにおいて抵抗値R=∞であることが周知である。   By the way, a device having any structure always has an ON mode and an OFF mode, and the ultimate ideal characteristic is that the resistance value R = 0 in the ON mode and the resistance value R = ∞ in the OFF mode. Is well known.

しかしながら、現実のデバイスでは、ONモードにおける抵抗値R≠0であり、OFFモードにおける抵抗値R≠∞である。すなわち、一般的にONモードにおいては必ず有限の順方向損失が存在し、OFFモードにおいては逆方向損失が存在する。   However, in an actual device, the resistance value R ≠ 0 in the ON mode and the resistance value R ≠ ∞ in the OFF mode. That is, in general, a finite forward loss always exists in the ON mode, and a reverse loss exists in the OFF mode.

更に、これらのデバイスは、応用回路の運転においてスイッチングされるため、これらのデバイスには、上記の損失に加えて、特に高周波用途においてはスイッチング損失も存在する。   Furthermore, since these devices are switched in the operation of the application circuit, these devices also have switching losses, especially in high frequency applications, in addition to the above losses.

当業者の本発明者等は、日夜これらのデバイスの特性の改善に取り組んでいる。上記のパワー半導体のうち、2端子構造(で2層構造)のダイオードの種類は、更に細分化される。代表的には、2端子構造(で2層構造)のダイオードとして、PN接合ダイオードや、ショットキバリアダイオード(以下「SBD」と称する)が知られている。また、PN接合ダイオードはバイポーラデバイスであり、SBDは(基本的に)ユニポーラデバイスであることも周知である。   The inventors of the art are working on improving the characteristics of these devices day and night. Among the power semiconductors described above, the types of diodes having a two-terminal structure (and two-layer structure) are further subdivided. Typically, a PN junction diode or a Schottky barrier diode (hereinafter referred to as “SBD”) is known as a diode having a two-terminal structure (two-layer structure). It is also well known that PN junction diodes are bipolar devices and SBDs are (basically) unipolar devices.

SBDのOFFモードにおける逆方向特性を向上させるため、すなわち、より高耐圧であって、高い逆バイアス電圧VRがかけられた状態でリーク電流IRを低く抑えることができる逆方向特性を得るために、デバイス表面側の活性領域周辺にガードリングを設ける手法が、従来から数多く知られている。   In order to improve the reverse characteristic in the OFF mode of the SBD, that is, in order to obtain a reverse characteristic that has a higher breakdown voltage and can suppress the leakage current IR in a state where a high reverse bias voltage VR is applied. Many techniques for providing a guard ring around the active region on the device surface side have been known.

例えば特開平5−75100号公報には、そのような技術の基本型と、その改善型とが記載されている。図5は特開平5−75100号公報に記載されたガードリング構造付きSBDの基本型を示した図、図6は特開平5−75100号公報に記載されたガードリング構造付きSBDの改善型を示した図、図7は特開平5−75100号公報に記載された逆バイアス電圧VRとリーク電流IRとの関係などを示した図である。図5および図6において、101は半導体基体、102,103は主電極、104は絶縁膜、111,112は主表面、113は第1の半導体領域、114は第2の半導体領域、115は第3の半導体領域、116は第4の半導体領域である。   For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-75100 describes a basic type of such technology and an improved type thereof. FIG. 5 shows a basic type of an SBD with a guard ring structure described in Japanese Patent Laid-Open No. 5-75100, and FIG. 6 shows an improved version of the SBD with a guard ring structure described in Japanese Patent Laid-Open No. 5-75100. FIG. 7 shows the relationship between the reverse bias voltage VR and the leakage current IR described in Japanese Patent Laid-Open No. 5-75100. 5 and 6, 101 is a semiconductor substrate, 102 and 103 are main electrodes, 104 is an insulating film, 111 and 112 are main surfaces, 113 is a first semiconductor region, 114 is a second semiconductor region, and 115 is a first electrode. The third semiconductor region 116 is a fourth semiconductor region.

図5に示した構造においては、第3の半導体領域115と第1の半導体領域113とのpn接合によるガードリングが備えられている旨が、特開平5−75100号公報には記載されている。また、活性領域であってガードリングに近い側(すなわち、活性領域の端部付近)での逆方向電圧印加時の電界強度分布において、図5中の破線部付近の電界強度が部分的(局所的)にどうしても高まってしまい、その結果、図7中に曲線(1)で示すように、高電圧印加時にリーク電流の増大を招いていた旨が、特開平5−75100号公報には記載されている。   In the structure shown in FIG. 5, it is described in JP-A-5-75100 that a guard ring by a pn junction between the third semiconductor region 115 and the first semiconductor region 113 is provided. . In addition, in the electric field intensity distribution at the time of reverse voltage application in the active region near the guard ring (that is, near the end of the active region), the electric field strength near the broken line in FIG. As a result, as shown by curve (1) in FIG. 7, it is described in Japanese Patent Laid-Open No. 5-75100 that an increase in leakage current was caused when a high voltage was applied. ing.

更に、その対策として、図6に示すように、第4の半導体領域116を追加することにより、電界強度の分布が改善され、その結果、SBDの逆方向特性が図7中の曲線(2)に示すように改善される旨が、特開平5−75100号公報には記載されている。   Further, as a countermeasure, as shown in FIG. 6, by adding the fourth semiconductor region 116, the distribution of the electric field strength is improved. As a result, the reverse characteristic of the SBD is the curve (2) in FIG. JP-A-5-75100 discloses that this is improved as shown in FIG.

SBDにガードリングのような保護対策が全く設けられていない場合には、逆バイアス電圧VRとリーク電流IRとの関係は、図7中の曲線(1)+曲線(3)のようになるか、あるいは、リーク電流IRがもっと多くなるであろう。それに対し、図5に示したようにガードリング(基本型)を設けることにより、逆バイアス電圧VRとリーク電流IRとの関係が、図7中の曲線(1)〜点P1〜曲線(2’)のように改善されるであろう。   If no protective measures such as a guard ring are provided in the SBD, is the relationship between the reverse bias voltage VR and the leakage current IR as shown by the curve (1) + curve (3) in FIG. Or, the leakage current IR will be more. On the other hand, by providing a guard ring (basic type) as shown in FIG. 5, the relationship between the reverse bias voltage VR and the leakage current IR is shown by curve (1) to point P1 to curve (2 ′) in FIG. ) Will be improved.

つまり、ガードリングが何一つ設けられていない状態では、SBD界面か、いやむしろ、SBD活性領域の端部での所謂エッジ効果による局所的ブレークダウンが発生するまでは、リーク電流が、図7中の曲線(3)に沿って高い値までズルズルと延び、やがておそらく、デバイスは局所で永久破壊するであろう。   In other words, in the state where no guard ring is provided, the leakage current is not increased until the local breakdown occurs due to the so-called edge effect at the SBD interface or rather at the edge of the SBD active region. The curve will stretch along the curve (3) to a high value and eventually the device will probably be permanently destroyed locally.

つまり、SBDにガードリングが設けられている場合には、活性領域の端部でのエッジ効果や、SBD界面での高電界(形成)によるブレークダウンが起こる前に、ガードリング部分でのより早めなブレークダウンが起こることによって、SBDデバイス本体が守られている(保護されている)と言える。   In other words, when the guard ring is provided in the SBD, the edge effect at the edge of the active region and the breakdown due to the high electric field (formation) at the SBD interface are accelerated before the guard ring portion. It can be said that the SBD device main body is protected (protected) by the occurrence of a serious breakdown.

換言すれば、ガードリングが存在することによって、ブレークダウンの位置を活性領域形成部からガードリング部に強制的(意図的)にシフトさせることにより、デバイスが破壊されるのを防いでいると言える。これにより、SBDの耐圧は、SBD本体が元来有する耐圧ではなく、ガードリング構造の有する耐圧に制限されることになる。耐圧は制限されるものの、リーク電流を一定値以下にとどめることもできるので、ブレークダウンは可逆的となり、永久破壊のような非可逆的な現象とはならない。従って、デバイスを繰り返し使用できるようになり、そのことにガードリングを設ける目的と価値がある。   In other words, it can be said that the presence of the guard ring prevents the device from being destroyed by forcibly (intentionally) shifting the breakdown position from the active region forming portion to the guard ring portion. . As a result, the breakdown voltage of the SBD is limited to the breakdown voltage of the guard ring structure, not the breakdown voltage of the SBD main body. Although the withstand voltage is limited, the leakage current can be kept below a certain value, so that breakdown becomes reversible and does not become an irreversible phenomenon such as permanent destruction. Thus, the device can be used repeatedly, which has the purpose and value of providing a guard ring.

このように、ガードリングは周知のゼナーダイオードに類似の機能を、SBDに与えていると考えることができる。すなわち、ガードリングの構造を、よりゼナーダイオードに近い形に形成することにより、あるいは、ガードリング構造に加えて、デバイス構造の1ヵ所にゼナーダイオードを設けることにより、デバイスの耐圧が低下するものの、ブレークダウン時の波形を、所定の電圧(VZ)付近で、しかも、より鋭い波形(ハードブレークダウン波形)に変えることができる。   Thus, it can be considered that the guard ring provides the SBD with a function similar to a known Zener diode. That is, by forming the guard ring structure closer to a Zener diode, or by providing a Zener diode in one place of the device structure in addition to the guard ring structure, the breakdown voltage of the device is reduced. However, the waveform at the time of breakdown can be changed to a sharper waveform (hard breakdown waveform) near a predetermined voltage (VZ).

図7中の曲線(4)は、ゼナーダイオードが設けられている場合の逆方向特性を示している。上述したように、ガードリング付きのSBDの耐圧は、ガードリングが有する耐圧によって決まるが、ガードリングの耐圧よりもゼナーダイオードの耐圧の方が低くなるように通常は設計・製作されるため、ゼナーダイオード付きのSBDの耐圧は、ゼナーダイオードの有する耐圧(VZ)により決まる。   Curve (4) in FIG. 7 shows the reverse characteristics when a Zener diode is provided. As described above, the withstand voltage of an SBD with a guard ring is determined by the withstand voltage of the guard ring, but is usually designed and manufactured so that the withstand voltage of the Zener diode is lower than the withstand voltage of the guard ring. The breakdown voltage of an SBD with a Zener diode is determined by the breakdown voltage (VZ) of the Zener diode.

ガードリング構造により得られるデバイスの逆耐電圧(耐圧)の詳細については、例えば特開平5−190831号公報に記載されている。特開平5−190831号公報には、ガードリング部を形成するPN接合面の曲率半径は、ほぼ接合深さ(Xj)であること、この曲率半径(=接合深さXj)が大きくなればなる程、平行平板のPN接合に近い耐圧が得られるようになること、ガードリングの本数を増やすことによって、より耐圧を高めることができることなどが記載されている。   Details of the reverse withstand voltage (withstand voltage) of the device obtained by the guard ring structure are described in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 5-190831. In Japanese Patent Laid-Open No. 5-190831, the radius of curvature of the PN junction surface forming the guard ring portion is substantially the junction depth (Xj), and the radius of curvature (= junction depth Xj) should be increased. It is described that a breakdown voltage close to that of a parallel plate PN junction can be obtained, and that the breakdown voltage can be further increased by increasing the number of guard rings.

また、ガードリング構造自体にゼナーダイオードの機能を持たせた構造例としては、例えば特開平9−9522号公報に記載されたものがある。図8は特開平9−9522号公報に記載されたダイオードの構造の一例を説明するための図、図9は特開平9−9522号公報に記載されたダイオードの他の構造例を説明するための図である。図8および図9において、161はn基板、162はn耐圧層、163はP型ガードリング、164はP低抵抗層、165は金属膜、166は保護絶縁膜、Sは接合面、Zはpn接合、163aはP型ガードリング、164aはn型領域である。 An example of a structure in which the guard ring structure itself has the function of a Zener diode is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-9522. FIG. 8 is a diagram for explaining an example of the structure of a diode described in Japanese Patent Laid-Open No. 9-9522. FIG. 9 is a diagram for explaining another example of the structure of a diode described in Japanese Patent Laid-Open No. 9-9522. FIG. 8 and 9, 161 is an n + substrate, 162 is an n - voltage layer, 163 is a P-type guard ring, 164 is a P + low resistance layer, 165 is a metal film, 166 is a protective insulating film, and S is a bonding surface. , Z is a pn junction, 163a is a P-type guard ring, and 164a is an n-type region.

図8に示すように、P領域(163)とnエピタキシャル層(162)とで形成されるPN接合が、ゼナーダイオードを形成することになり、それにより、ゼナーダイオード付きのSBDを実現することができる旨が特開平9−9522号公報に記載されている。 As shown in FIG. 8, the PN junction formed by the P region (163) and the n epitaxial layer (162) forms a Zener diode, thereby realizing an SBD with a Zener diode. JP-A-9-9522 discloses that this can be done.

また、図9に示すように、P層(163a)の下部にn層(164a)を形成することにより、このn層(164a)とnエピタキシャル層(162)とが、P層(163a)とで成すPN接合が、ゼナーダイオードを形成することになり、それにより、ゼナーダイオード付きのSBDを実現することができる旨が特開平9−9522号公報に記載されている。 Further, as shown in FIG. 9, by forming an n layer (164a) under the P + layer (163a), the n layer (164a) and the n epitaxial layer (162) are converted into a P + layer ( Japanese Patent Laid-Open No. 9-9522 discloses that the PN junction formed by 163a) forms a Zener diode, thereby realizing an SBD with a Zener diode.

図10はPN接合ダイオード、SBD、およびゼナーダイオードを一般的に示す記号を示した図である。   FIG. 10 is a diagram showing symbols generally indicating PN junction diodes, SBDs, and Zener diodes.

本出願人は、ガードリング付きのSBDのデバイス構造の1ヵ所にゼナーダイオード構造を新たに追加した例を、特願2004−56119号の図11に開示している。図11は特願2004−56119号に開示されたゼナーダイオード構造を追加したガードリング付きのSBDのデバイス構造を示した図である。詳細には、図11(a)はデバイス構造の平面図、図11(b)はデバイス構造の断面図である。図11に示すように、この構造においては、SBD活性領域の中央部に設けられたゼナーダイオード部が、SBD活性領域周辺に設けられたガードリング領域部よりも先にブレークダウンすることにより、過大な逆方向電圧が印加された時にも、SBD本体は、ゼナーダイオード部(およびガードリング部)により、より安全に保護されるであろう。   The present applicant has disclosed an example in which a Zener diode structure is newly added to one place of an SBD device structure with a guard ring in FIG. 11 of Japanese Patent Application No. 2004-56119. FIG. 11 is a diagram showing a device structure of an SBD with a guard ring to which a Zener diode structure disclosed in Japanese Patent Application No. 2004-56119 is added. Specifically, FIG. 11A is a plan view of the device structure, and FIG. 11B is a cross-sectional view of the device structure. As shown in FIG. 11, in this structure, the Zener diode portion provided in the central portion of the SBD active region breaks down before the guard ring region portion provided around the SBD active region, Even when an excessive reverse voltage is applied, the SBD body will be protected more safely by the Zener diode part (and the guard ring part).

詳細には、図11(b)の中央部のより深いP層の下部のnエピタキシャル層が、図11(b)の中央部以外の領域よりも薄いため、図11(b)の中央部のPN接合面での電界強度が、より早く最も高くなり、その結果、図11(b)の中央部のゼナーダイオード部が先にブレークダウンする。 Specifically, since the n epitaxial layer below the deeper P + layer at the center of FIG. 11B is thinner than the region other than the center of FIG. 11B, the center of FIG. The electric field strength at the PN junction surface of the portion becomes the highest earlier and as a result, the Zener diode portion at the center of FIG. 11B breaks down first.

次に、SBDを製作する時に用いる素材ウエファの、例えば図11(b)中のL1−L1’線に沿った縦方向濃度プロファイルに関する技術について説明する。   Next, a technique relating to a vertical density profile along the line L1-L1 'in FIG. 11B, for example, of a material wafer used when manufacturing an SBD will be described.

1979年3月発行のIEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES誌 VOL.ED−26,NO.3(P243〜P244)のFig.1には、推奨の濃度分布プロファイルが記載されている。図12は1979年3月発行のIEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES誌 VOL.ED−26,NO.3のFig.1などを示した図である。   Issued in March 1979, IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES VOL. ED-26, NO. 3 (P243 to P244), FIG. 1 shows a recommended concentration distribution profile. FIG. 12 is an IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES VOL. ED-26, NO. 3 of FIG. FIG.

上記文献には、図12のグラフ中の推奨の濃度分布プロファイルを採用する時に、SBDやMOSFETの順方向最小抵抗(Rmin)と、所望の耐圧特性が得られる旨が記載されている。つまり、図12のグラフ中の通常の平坦な濃度プロファイルに比べて、総合的にみたデバイスの特性が改善されるという基本的な考え方が、従来から知られている。   The above document describes that when the recommended concentration distribution profile in the graph of FIG. 12 is adopted, the minimum forward resistance (Rmin) of the SBD and MOSFET and the desired withstand voltage characteristic can be obtained. That is, the basic idea that the characteristics of the device as a whole are improved as compared with the normal flat concentration profile in the graph of FIG. 12 has been known.

図12中の式(9)〜式(12)のうち、Wはnエピタキシャル層の厚さ(cm)、VBはブレークダウン電圧(V)、Ecは臨界電圧(≒2.2×10(V/cm)、Nd=1.0×1014(1/cm)時)、E(x)は位置xにおける電界強度(V/cm)、Nd(x)は位置xにおけるn層の濃度(1/cm),εは誘電率(=εo・εsi=8.854×10−14(F/cm)×11.9=1.054×10−12(F/cm))、qは電荷素量(=1.602×10−19(C))である。 12, W is the thickness (cm) of the n epitaxial layer, VB is the breakdown voltage (V), and Ec is the critical voltage (≈2.2 × 10 5 ( V / cm), Nd = 1.0 × 10 14 (1 / cm 3 )), E (x) is the electric field strength (V / cm) at the position x, and Nd (x) is the concentration of the n layer at the position x. (1 / cm 3 ), ε is a dielectric constant (= εo · εsi = 8.854 × 10 −14 (F / cm) × 11.9 = 1.504 × 10 −12 (F / cm)), and q is It is the elementary charge (= 1.602 × 10 −19 (C)).

また、図12中の式(11)のE(x)と、式(12)のNd(x)を変形し、両辺を(3qVB/εEc)で割って規格化した濃度プロファイル値とが、図12のグラフに1次元プロットされている。 In addition, E (x) in the equation (11) in FIG. 12 and Nd (x) in the equation (12) are modified, and the concentration profile value normalized by dividing both sides by (3qVB / εEc 2 ), A one-dimensional plot is made in the graph of FIG.

図12のグラフ中に示すように徐々に増加する(非直線の)式(12)の濃度プロファイルであれば、図12のグラフ中に示す従来の平坦な濃度プロファイルに比べ、電界が直線的ではなくなり、丸みを帯びるようになることと、トータルの厚みもΔt分だけ薄くてすむこととが、上記文献には記載されている。   If the concentration profile of the equation (12) that gradually increases (non-linear) as shown in the graph of FIG. 12, the electric field is not linear compared to the conventional flat concentration profile shown in the graph of FIG. It is described in the above-mentioned document that it is eliminated and becomes rounded, and that the total thickness can be reduced by Δt.

更に、エピタキシャル層に含まれる不純物の濃度を、デバイスの表面からの深さが深くなるに従って増加させたSBDとして、例えば特開2000−261006号公報に記載されたものが知られている。(エピタキシャル層に含まれる不純物の濃度をデバイスの表面からの深さが深くなるに従って増加させた構造を、以下「傾斜エピタキシャル層構造」と称する。)図13は特開2000−261006号公報に記載されたSBDのエピタキシャル層に含まれる不純物の濃度分布などを示した図である。詳細には、図13(a)はSBDのエピタキシャル層に含まれる不純物の濃度とSBDの表面からの深さXとの関係を示しており、図13(b)はエピタキシャル層の空間電荷とSBDの表面からの深さXとの関係を示しており、図13(c)はエピタキシャル層の電界強度とSBDの表面からの深さXとの関係を示している。   Further, as an SBD in which the concentration of impurities contained in the epitaxial layer is increased as the depth from the surface of the device is increased, an SBD described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-261006 is known. (The structure in which the concentration of impurities contained in the epitaxial layer is increased as the depth from the surface of the device increases is hereinafter referred to as “graded epitaxial layer structure”.) FIG. 13 is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-261006. FIG. 6 is a diagram showing a concentration distribution of impurities contained in an epitaxial layer of SBD that has been formed. Specifically, FIG. 13A shows the relationship between the concentration of impurities contained in the SBD epitaxial layer and the depth X from the surface of the SBD, and FIG. 13B shows the space charge of the epitaxial layer and the SBD. FIG. 13C shows the relationship between the electric field strength of the epitaxial layer and the depth X from the surface of the SBD.

特開2000−261006号公報に記載されたSBDでは、図13(a)に実線で示すように、エピタキシャル層に含まれる不純物の濃度は、SBDの表面からの深さXが所定の深さになるまで一定の濃度に維持されている。更に、SBDの表面からの深さXがその所定の深さよりも深くなると、深さXが増大するのに伴って、エピタキシャル層に含まれる不純物の濃度も徐々に増大せしめられている。このときに形成される空間電荷分布は、図13(b)に実線で示すようになる。   In the SBD described in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-261006, as indicated by a solid line in FIG. 13A, the concentration of impurities contained in the epitaxial layer is such that the depth X from the surface of the SBD is a predetermined depth. It is maintained at a constant concentration until Further, when the depth X from the surface of the SBD becomes deeper than the predetermined depth, the concentration of impurities contained in the epitaxial layer is gradually increased as the depth X increases. The space charge distribution formed at this time is as shown by a solid line in FIG.

更に、SBDの表面からの深さXがシリコン基板付近まで深くなると、エピタキシャル層に含まれる不純物の濃度は急激に増大せしめられている。   Furthermore, when the depth X from the surface of the SBD becomes deeper to the vicinity of the silicon substrate, the concentration of impurities contained in the epitaxial layer is rapidly increased.

以上により、図13(c)に示すように、SBD界面となる表面の電界が「ロ」から「イ」に下がるという効果が得られている。   As described above, as shown in FIG. 13C, the effect that the electric field of the surface that becomes the SBD interface decreases from “b” to “b” is obtained.

詳細には、エピタキシャル層に含まれる不純物の濃度が、図13(a)に破線で示すように、SBDの表面からの深さXにかかわらず一定である場合には、電界強度が、図13(c)に「ロ」で示すように、SBD界面から直線的に低下する。一方、エピタキシャル層に含まれる不純物の濃度が、図13(a)に実線で示すように設定されている場合には、電界強度が、図13(c)に「イ」で示すように、丸みを帯びた分布となる。   Specifically, when the concentration of impurities contained in the epitaxial layer is constant regardless of the depth X from the surface of the SBD, as shown by a broken line in FIG. As indicated by “B” in (c), it decreases linearly from the SBD interface. On the other hand, when the concentration of impurities contained in the epitaxial layer is set as indicated by a solid line in FIG. 13A, the electric field strength is rounded as indicated by “A” in FIG. The distribution is tinged.

つまり、図13(c)に「ロ」で示す場合には、SBDの表面側に電界強度の高い部分が多く存在する。一方、図13(c)に「イ」で示す場合には、SBDの表面側での負担分が減り、その分n層のより深い内部とN基板側にその(電界の)負担分が移るため、電界強度分布の傾きも結果的に小さくなり、また、n層の一部のみではなく、深さX方向の全体にわたって電界を負担するような分布になる。 That is, when “B” is shown in FIG. 13C, there are many portions with high electric field strength on the surface side of the SBD. On the other hand, in the case indicated by “A” in FIG. 13C, the burden on the surface side of the SBD is reduced, and the burden (electric field) on the deeper inside of the n layer and on the N + substrate side is correspondingly reduced. As a result, the slope of the electric field intensity distribution is also reduced, and the electric field is distributed not only in a part of the n layer but in the entire depth X direction.

従って、図13(c)に「イ」で示す場合には、表面、すなわち、SBD界面の電界強度を図13(c)に「ロ」で示す場合よりも下げることができる。それにより、つまり、SBD界面の電界強度を低くすることにより、リーク電流を低下させることができ、また、例えば鏡像効果の低減、Φ(バリアハイト)低下現象の低減などの多くの良好な特性を得ることができる。 Therefore, in the case indicated by “A” in FIG. 13C, the electric field strength at the surface, that is, the SBD interface can be lowered as compared with the case indicated by “RO” in FIG. In other words, by reducing the electric field strength at the SBD interface, the leakage current can be reduced, and many good characteristics such as reduction of the mirror image effect and reduction of the Φ B (barrier height) reduction phenomenon can be obtained. Obtainable.

図12中の式と図13(a)のグラフとは、共に、SBDの表面からの深さが増大するのに伴ってエピタキシャル層に含まれる不純物の濃度が増大する点を示しているが、図13(a)に示したようなグラフの方が、エピタキシャル層に含まれる不純物の濃度が具体的にいくつになるのかを数値的に把握しやすい。   Both the equation in FIG. 12 and the graph in FIG. 13A show that the concentration of impurities contained in the epitaxial layer increases as the depth from the surface of the SBD increases. In the graph as shown in FIG. 13A, it is easier to grasp numerically what the concentration of impurities contained in the epitaxial layer is.

数値的に把握しやすいことは、エピタキシャル層を成長させる工程における、エピタキシャル層に含まれる不純物の濃度のコントロール性の良さにもつながる。また、デバイスのシミュレーションなどを行う際にも、数値計算法、解析法のいかんを問わず、不純物の濃度設定がしやすい。従って、試作したサンプルの特性と用いた素材およびプロセス条件との関係を検討する際にも大変に利用価値があるであろう。   The fact that it is easy to grasp numerically also leads to good controllability of the concentration of impurities contained in the epitaxial layer in the process of growing the epitaxial layer. In addition, when performing device simulation, it is easy to set the impurity concentration regardless of the numerical calculation method or the analysis method. Therefore, it will be very useful in examining the relationship between the characteristics of the prototype sample and the materials and process conditions used.

上述した技術的背景をまとめると、以下のようなことが言える。   The technical background described above can be summarized as follows.

(1)SBDにとって、その本体のSBD(界面、活性領域)部分を、安全に保護し、長期間の過酷な運転に耐え得る上で、ガードリング構造を有していることは、必要最低条件である。 (1) For SBD, it is necessary to have a guard ring structure in order to safely protect the SBD (interface, active region) portion of the main body and to withstand severe operation for a long period of time. It is.

(2)SBDにとって、ガードリング構造を有していることが、その使用条件(運転条件)によっては、また、アバランシェ耐量等の逆方向耐量試験においても、充分ではない場合がある。すなわち、ある所望の電圧(以下、「ゼナー電圧(VZ)と称する)付近で、より早めにデバイスをブレークダウンさせたい場合がある。そのことにより、より低抵抗で、かつ、より薄めなnエピタキシャル層で済ませたいという技術的なニーズに対して応えられる可能性がある。このような場合には、上記のガードリング構造に加え、更にゼナーダイオード機能を付加することが求められるであろう。 (2) For the SBD, having a guard ring structure may not be sufficient depending on the use conditions (operating conditions) and in a reverse resistance test such as an avalanche resistance. That is, there is a case where it is desired to break down the device earlier near a desired voltage (hereinafter referred to as “the Zener voltage (VZ)). Thereby, a lower resistance and a thinner n −. In such a case, it may be necessary to add a Zener diode function in addition to the guard ring structure described above. .

(3)ゼナーダイオードをSBDに付加するにあたっては、ガードリング構造でモディファイする方法と、別途、SBD構造中の一部にゼナーダイオード部を設ける場合とがある。 (3) When adding a Zener diode to the SBD, there are a method of modifying with a guard ring structure and a case where a Zener diode part is separately provided in a part of the SBD structure.

(4)ガードリングおよびゼナーダイオード付きSBDを製作するにあたっては、SBD本体の部分をはじめ、それ以外の部分を含めて、電界強度をより小さくし、しかも局所的なブレークダウンを避けることができるような、例えば傾斜エピタキシャル層構造のような構造となっていなければ、総合的にみたときに、良いデバイスは得られない。 (4) When manufacturing an SBD with a guard ring and a Zener diode, the electric field strength can be made smaller including the SBD main body and other parts, and local breakdown can be avoided. If a structure such as an inclined epitaxial layer structure is not used, a good device cannot be obtained when viewed comprehensively.

ゼナーダイオードとは、ツエナー降伏(内部電界による放出現象)を利用している。つまり、所謂片側階段型接合でほぼ近似できる通常のPN接合に比べて、(特に)n層側の濃度が高い場合のPN接合である。従って、一般的な解釈としては、ゼナー電圧VZ≒5〜8(V)程度である場合が多い。本明細書においては、応用回路上のニーズに鑑み、一般的な解釈とは異なり、ある所望のVZ=10〜100(V)のゼナー電圧において、集中的で、かつ、より鋭いブレークダウン波形を示すものを含めて、より広義な意味で、ゼナーダイオードと称する。 A Zener diode utilizes Zener breakdown (an emission phenomenon due to an internal electric field). In other words, this is a PN junction when the concentration on the n layer side is higher than that of a normal PN junction that can be approximated by a so-called one-side stepped junction. Therefore, as a general interpretation, there are many cases where the Zener voltage VZ is about 5 to 8 (V). In this specification, in view of the needs on the application circuit, a intensive and sharper breakdown waveform is generated at a desired Zener voltage of VZ = 10 to 100 (V), unlike a general interpretation. Including the one shown, it is called a Zener diode in a broader sense.

図14は特開平5−336749号公報に記載された1石式フォワードコンバータの回路を示した図である。図14に示す回路は、例えば車載用発電機からバッテリー等への充電を行うための電源用途応用回路として用いられる。図14中の2つのダイオードD1,D2のうち、D1は整流用ダイオード、D2はフライホイール用ダイオードと呼ばれるものである。   FIG. 14 is a diagram showing a circuit of a one-stone forward converter described in Japanese Patent Laid-Open No. 5-336749. The circuit shown in FIG. 14 is used as, for example, a power application circuit for charging a battery or the like from an in-vehicle generator. Of the two diodes D1 and D2 in FIG. 14, D1 is called a rectifying diode and D2 is called a flywheel diode.

図14に示す回路には、整流用ダイオードD1を経てコイルLを介して平滑用コンデンサCに充電が行われる第1モードと、平滑用コンデンサCに蓄えられたエネルギー(電荷)を、フライホイール用ダイオードD2を経て巡回させる第2モードとが設けられている。第1モードにおいては、整流用ダイオードD1はONされ、フライホイール用ダイオードD2はOFFされる。一方、第2モードにおいては、整流用ダイオードD1はOFFされ、フライホイール用ダイオードD2はONされる。つまり、整流用ダイオードD1とフライホイール用ダイオードD2とは、交互にON/OFFが繰り返される。   In the circuit shown in FIG. 14, the first mode in which the smoothing capacitor C is charged through the coil L through the rectifying diode D1 and the energy (charge) stored in the smoothing capacitor C are used for the flywheel. There is provided a second mode that circulates through the diode D2. In the first mode, the rectifying diode D1 is turned on and the flywheel diode D2 is turned off. On the other hand, in the second mode, the rectifying diode D1 is turned off and the flywheel diode D2 is turned on. That is, the rectifying diode D1 and the flywheel diode D2 are repeatedly turned ON / OFF alternately.

図15は図14に示したフライホイール用ダイオードD2にかかる電圧VD2、それを流れる電流ID2などを示した図である。詳細には、図15(a)はフライホイール用ダイオードD2にかかる電圧VD2と時間tとの関係を示した図、図15(b)はフライホイール用ダイオードD2を流れる電流ID2と時間tとの関係を示した図、図15(c)は時間t1付近におけるフライホイール用ダイオードD2にかかる電圧VD2およびそれを流れる電流ID2の拡大図である。   FIG. 15 is a diagram showing the voltage VD2 applied to the flywheel diode D2 shown in FIG. 14, the current ID2 flowing therethrough, and the like. Specifically, FIG. 15A shows a relationship between the voltage VD2 applied to the flywheel diode D2 and the time t, and FIG. 15B shows the current ID2 flowing through the flywheel diode D2 and the time t. FIG. 15C showing the relationship is an enlarged view of the voltage VD2 applied to the flywheel diode D2 near the time t1 and the current ID2 flowing therethrough.

図15に示すように、図14に示した回路が第2モードから第1モードに切り換えられ、フライホイール用ダイオードD2がONからOFFに切り換えられる時間t1には、フライホイール用ダイオードD2に、はねあがり電圧VSP(スパイク電圧)が発生している。   As shown in FIG. 15, at the time t1 when the circuit shown in FIG. 14 is switched from the second mode to the first mode and the flywheel diode D2 is switched from ON to OFF, the flywheel diode D2 A rising voltage VSP (spike voltage) is generated.

詳細には、図15(c)に示すように、フライホイール用ダイオードD2を流れる電流ID2が逆回復する時(リカバリー時)の変曲点において、はねあがり電圧VSPが最大値をとることが知られている。   Specifically, as shown in FIG. 15C, the splashing voltage VSP may take the maximum value at the inflection point when the current ID2 flowing through the flywheel diode D2 is reversely recovered (during recovery). Are known.

図16ははねあがり電圧VSPが発生する付近を詳細に示した図である。図16に示すように、例えば図14に示した回路に用いられるLの値、(di/dt)の値、回路の運転周波数などのような回路の使用条件にもよるが、V0=10(V)に設定されている場合であっても、VSP=100(V)に達してしまう場合もある。   FIG. 16 is a diagram showing in detail the vicinity where the jumping voltage VSP is generated. As shown in FIG. 16, for example, V0 = 10 (depending on circuit use conditions such as L value, (di / dt) value, circuit operating frequency, etc. used in the circuit shown in FIG. Even if it is set to V), VSP = 100 (V) may be reached.

このような場合、フライホイール用ダイオードD2として用いられるSBDの耐圧(VR)は、少なくともVR>VSPとなる必要がある。そのため、例えばVR≒120(V)もの高耐圧のSBDが選定されるであろう。   In such a case, the breakdown voltage (VR) of the SBD used as the flywheel diode D2 needs to be at least VR> VSP. Therefore, for example, an SBD having a high breakdown voltage of VR≈120 (V) will be selected.

以上の説明に加え、もっとより高耐圧な応用事例として、例えば200(V)系の電源が用いられる場合には、通常VR=600(V)定格のデバイスが選ばれる。更に、スパイク電圧VSPを考慮して、2倍の安全係数がかけられ、VR=1200(V)定格のデバイスが選定されるような場合もあり、これらはまれなケースではない。特に、運転周波数が高速であればあるほど、高いスパイク電圧VSP(=−L・(di/dt))の発生に悩まされることになる。   In addition to the above description, as a higher breakdown voltage application example, when a 200 (V) power supply is used, for example, a device with a VR = 600 (V) rating is usually selected. Further, in consideration of the spike voltage VSP, a safety factor of 2 times is applied, and a device with a VR = 1200 (V) rating may be selected. These are not rare cases. In particular, the higher the operating frequency, the more annoying the generation of a high spike voltage VSP (= −L · (di / dt)).

例えば図14に示したような回路では、スパイク電圧VSPの発生は避けられず、あるレベルまでの電圧の発生は容認しなければならない。ゼナーダイオードの有する耐圧VZ以上の、ほとんどまれにしか発生しないレベル以上の電圧(VSP)については、ゼナーダイオードの有する特性により負担するとする。ゼナーダイオードは、ゼナーダイオードの有する耐圧VZ以上の電圧をほぼ完全にカットしてくれるので、例えば、上記の例では、ゼナーダイオードの有する耐圧VZ=80(V)とした場合、ゼナーダイオードの有する耐圧VZのバラツキ等を考慮したとしても、SBDの耐圧VR≒VZ(=80(V))+10(V)=90(V)定格程度のデバイス(SBD)で済むことになる。   For example, in the circuit shown in FIG. 14, the generation of the spike voltage VSP is inevitable, and the generation of a voltage up to a certain level must be permitted. It is assumed that a voltage (VSP) higher than the withstand voltage VZ of the Zener diode and a level (VSP) that occurs almost rarely is borne by the characteristics of the Zener diode. The Zener diode almost completely cuts the voltage higher than the withstand voltage VZ of the Zener diode. For example, in the above example, when the withstand voltage VZ of the Zener diode is set to 80 (V), the Zener diode Even if the variation of the withstand voltage VZ of the diode is taken into consideration, a device (SBD) with an SBD withstand voltage VR≈VZ (= 80 (V)) + 10 (V) = 90 (V) rated is sufficient.

つまり、図5に示した例に適用すると、第1の半導体領域(nエピタキシャル層)113の厚みを薄くすることができ、第1の半導体領域(nエピタキシャル層)113の比抵抗(ρ)を小さくすることができる。 That is, when applied to the example shown in FIG. 5, a first semiconductor region - it is possible to reduce the thickness of the (n epitaxial layer) 113, a first semiconductor region - specific resistance of the (n epitaxial layer) 113 ([rho ) Can be reduced.

以上により、ゼナーダイオード付きのSBDであれば、図14に示した応用回路をはじめ、他の多くの応用回路においても、運転時の損失を大幅に低減させることができる可能性がある。   As described above, with an SBD with a Zener diode, there is a possibility that the loss during operation can be significantly reduced in many other application circuits including the application circuit shown in FIG.

図17は従来のSBDのガードリングコーナー部における電流集中を示した図である。詳細には、図17は特開2002−203955号公報の図8に相当する図である。図18は図17の一部を拡大して示した図である。詳細には、図18は特開2002−203955号公報の図11に相当する図である。図17および図18において、201はSBD、202はシリコン基板、203はN層、204はガードリング、205は空乏層、209はガードリング外方コーナー部、210は電子、211は酸化膜、212はコンタクト開口端である。 FIG. 17 is a diagram showing current concentration in a guard ring corner portion of a conventional SBD. Specifically, FIG. 17 is a diagram corresponding to FIG. 8 of JP-A-2002-203955. FIG. 18 is an enlarged view of a part of FIG. Specifically, FIG. 18 is a diagram corresponding to FIG. 11 of Japanese Patent Laid-Open No. 2002-203955. 17 and 18, 201 is an SBD, 202 is a silicon substrate, 203 is an N - layer, 204 is a guard ring, 205 is a depletion layer, 209 is an outer corner of the guard ring, 210 is an electron, 211 is an oxide film, Reference numeral 212 denotes a contact opening end.

特開2002−203955号公報には、通常の(n層/N基板層)素材ウエファ中に、例えば図5、図17に示したようなガードリング構造を有するSBDにおいては、以下のような問題点がある旨が記載されている。 In Japanese Patent Laid-Open No. 2002-203955, an SBD having a guard ring structure as shown in FIGS. 5 and 17 in a normal (n layer / N + substrate layer) material wafer is as follows. It is described that there is a problem.

(1)ガードリング外方コーナー部209(図17および図18の斜線部内)では、逆バイアス条件下の時、電界が集中しやすい。 (1) In the guard ring outer corner portion 209 (inside the shaded portion in FIGS. 17 and 18), the electric field tends to concentrate under the reverse bias condition.

(2)その部分に発生する正孔(Jp)電流が、アノードメタル(フィールドプレート)電極下にあるSiO膜の直下に引き寄せられ、横方向に移動した後、アノード電極に吸収されていくので、n層のSiバルク開口端付近にアバランシェ破壊が生じやすい。 (2) Since the hole (Jp) current generated in the portion is attracted directly below the SiO 2 film under the anode metal (field plate) electrode and moved in the lateral direction, it is absorbed by the anode electrode. , Avalanche breakdown is likely to occur near the Si bulk opening end of the n layer.

その対策として、特開2002−203955号公報では、ガードリングとなるp層領域の構造(濃度配置)が新たに提案されている。   As a countermeasure, Japanese Patent Laid-Open No. 2002-203955 newly proposes a structure (concentration arrangement) of a p-layer region serving as a guard ring.

また、特開2002−246609号公報では、ガードリング/n層/N層を縦断する縦方向濃度分布プロファイルに関して、よりアバランシェ耐量を向上させるための分布が提案されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-246609 proposes a distribution for improving the avalanche resistance with respect to a longitudinal concentration distribution profile that vertically crosses the guard ring / n layer / N + layer.

つまり、上述した問題点(1),(2)が知られており、アバランシェ耐量を向上させつつ、ゼナーダイオード機能をもたせたSBDを実現させるためには、それなりの対策が必要となる。   That is, the above-mentioned problems (1) and (2) are known, and appropriate measures are required to realize an SBD having a Zener diode function while improving the avalanche resistance.

上述した点を踏まえて、本発明者等は、図5に示したデバイス、すなわち、ガードリング構造付きSBDの最も基本型(従来)のデバイスに関する(数値法による)デバイスシミュレーションを行い、現実にどのような問題が潜んでおり、どうすればその問題に対応することができるのかを確認した。   Based on the above points, the inventors conducted device simulation (by numerical method) on the device shown in FIG. 5, that is, the most basic (conventional) device of the SBD with a guard ring structure, and actually The problem like this is lurking, and I confirmed how I can cope with the problem.

図19は従来のデバイスについてのシミュレーション(実施)領域を示した図である。図19に示した領域A’B’C’D’は、図5に示したようなガードリング構造付きSBDの最も基本型のものであって、図5の右上に示した四角形ABCDによって囲まれた枠内の領域に相当している。図19において、X方向寸法は0〜40μmの範囲を示しており、Y方向寸法は−1.2〜6.0μmの範囲を示している。詳細には、n層表面がY=0μmに相当し、n層表面からの深さが深くなるほど正の値が大きくなっている。 FIG. 19 is a diagram showing a simulation (implementation) area for a conventional device. The area A′B′C′D ′ shown in FIG. 19 is the most basic type of SBD with a guard ring structure as shown in FIG. 5, and is surrounded by the rectangle ABCD shown in the upper right of FIG. This corresponds to the area within the frame. In FIG. 19, the dimension in the X direction indicates a range of 0 to 40 μm, and the dimension in the Y direction indicates a range of −1.2 to 6.0 μm. Specifically, the n layer surface corresponds to Y = 0 μm, and the positive value increases as the depth from the n layer surface increases.

従来のデバイスのシミュレーションにおいては、従来のデバイスのガードリングの形状を、図19に示したような形状に設定した。詳細には、図19に示すように、Xj≒1.5μmで、ガードリングのコーナーQ1点の座標は(10.0,1.5)とした。   In the simulation of the conventional device, the shape of the guard ring of the conventional device is set to a shape as shown in FIG. Specifically, as shown in FIG. 19, Xj≈1.5 μm, and the coordinates of the corner Q1 of the guard ring are (10.0, 1.5).

図20は図19に示したA’−B’ラインに沿った濃度プロファイルのシミュレーション結果を示した図である。図20において、「従来」と示した曲線が、図19に示した従来のデバイスのシミュレーション結果に対応しており、「本発明」と示した曲線は、後述する本発明のデバイスのシミュレーション結果に対応している。   FIG. 20 is a diagram showing a simulation result of the density profile along the line A′-B ′ shown in FIG. 19. In FIG. 20, the curve shown as “conventional” corresponds to the simulation result of the conventional device shown in FIG. 19, and the curve shown as “present invention” corresponds to the simulation result of the device of the present invention described later. It corresponds.

シミュレーションにおいては、図20に示すように、ガードリングを形成するp層の表面濃度(Csp)をCsp=5×1018(1/cm)に設定した。それ以外の残りのSiバルク領域はn層領域とし(40μm×6.0μm)、n層の濃度は、1×1015〜1×1016(1/cm)と設定した。 In the simulation, as shown in FIG. 20, the surface concentration (Csp) of the p layer forming the guard ring was set to Csp = 5 × 10 18 (1 / cm 3 ). The remaining Si bulk region was an n layer region (40 μm × 6.0 μm), and the concentration of the n layer was set to 1 × 10 15 to 1 × 10 16 (1 / cm 3 ).

また、シミュレーションにおいては、図19に示すように、n層の表面が、0〜5μmの範囲に開口部を残し、0.8μm厚のSiO膜で覆われているように設定した。更に、0.2μm厚のアノードメタルが、0〜20μmの範囲にかけて、Si表面(n層)の開口部とSiO膜の一部を覆っているように設定した。 Further, in the simulation, as shown in FIG. 19, the surface of the n layer was set so as to be covered with a 0.8 μm thick SiO 2 film while leaving an opening in the range of 0 to 5 μm. Furthermore, the anode metal having a thickness of 0.2 μm was set so as to cover the opening of the Si surface (n layer) and a part of the SiO 2 film in the range of 0 to 20 μm.

図21は逆方向電圧VRとリーク電流IRとの関係のシミュレーション結果を示した図である。図21において、「従来」と示した曲線が、図19に示した従来のデバイスのシミュレーション結果に対応しており、「本発明」と示した曲線は、後述する本発明のデバイスのシミュレーション結果に対応している。   FIG. 21 is a diagram showing a simulation result of the relationship between the reverse voltage VR and the leakage current IR. In FIG. 21, the curve shown as “conventional” corresponds to the simulation result of the conventional device shown in FIG. 19, and the curve shown as “present invention” corresponds to the simulation result of the device of the present invention described later. It corresponds.

シミュレーションにおいては、図19および図21に示すように、アノード電極とカソード電極(図示せず。図19中のB’−C’ラインの電位は+90V。)との間に、VR=90(V)程度の逆方向電圧がかかるまで、計算電圧を徐々に小刻みに上昇させ、リーク電流IRの値が1×10−11(A/μm)を越えるまで繰り返し計算を行った。 In the simulation, as shown in FIGS. 19 and 21, VR = 90 (V) between the anode electrode and the cathode electrode (not shown. The potential of the B′-C ′ line in FIG. 19 is +90 V). ) The calculation voltage was gradually increased until a reverse voltage of a certain degree was applied, and the calculation was repeated until the leak current IR value exceeded 1 × 10 −11 (A / μm).

図22は図20にN基板側領域を加えた図である。図19に示したシミュレーション領域、あるいは、図20に示した濃度プロファイル分布では、図22に示したN基板側領域を考慮していないが、本発明者等のシミュレーションの経験により、本発明においては、N基板側領域の有無が計算結果に影響を与えることはないと判断した。つまり、図22中のM−M’ラインより左側のPN接合およびnエピタキシャル層の接合深さおよび濃度プロファイルのみが、主要パラメータであると判断した。 FIG. 22 is a diagram in which an N + substrate side region is added to FIG. The simulation region shown in FIG. 19 or the concentration profile distribution shown in FIG. 20 does not consider the N + substrate side region shown in FIG. Has determined that the presence or absence of the N + substrate side region does not affect the calculation results. That is, only the junction depth and concentration profile of the PN junction and the n epitaxial layer on the left side of the MM ′ line in FIG. 22 were determined to be main parameters.

図23は開口端(x=5μm)の位置における縦方向の電界分布のシミュレーション結果を示した図である。図23において、「従来」と示した曲線が、図19に示した従来のデバイスのシミュレーション結果に対応しており、「本発明」と示した曲線は、後述する本発明のデバイスのシミュレーション結果に対応している。   FIG. 23 is a diagram showing a simulation result of the electric field distribution in the vertical direction at the position of the opening end (x = 5 μm). In FIG. 23, the curve shown as “conventional” corresponds to the simulation result of the conventional device shown in FIG. 19, and the curve shown as “present invention” corresponds to the simulation result of the device of the present invention described later. It corresponds.

シミュレーションにおいては、図23に示すように、深さy=1.5μm(Xjp)のところ、すなわち、ガードリングを形成するPN接合の部分に電界強度のMAXポイントが生じた。電界強度の分布は、(左右不均衡型の)ほぼ三角形状に分布し、その頂点を境にP側には約0.7μm分(y=0.8〜1.5μm)、また、N側には約6μm分(y=1.5〜7.5μm)の幅で広がった。この三角形の部分は、デバイス内部のPN接合を境に形成された空乏層(キャリアが枯渇している層)を示している。 In the simulation, as shown in FIG. 23, an electric field strength MAX point was generated at the depth y = 1.5 μm (Xjp), that is, at the PN junction portion forming the guard ring. The distribution of the electric field strength is distributed in a substantially triangular shape (left-right imbalance type), about 0.7 μm (y = 0.8 to 1.5 μm) on the P side with the apex as a boundary, and N It spreads on the side with a width of about 6 μm (y = 1.5 to 7.5 μm). This triangular portion indicates a depletion layer (a layer in which carriers are depleted) formed at the PN junction inside the device.

図24はSi表面(y=0.1μmの深さ)の位置における横方向の電界分布のシミュレーション結果を示した図である。図24において、「従来」と示した曲線が、図19に示した従来のデバイスのシミュレーション結果に対応しており、「本発明」と示した曲線は、後述する本発明のデバイスのシミュレーション結果に対応している。   FIG. 24 is a diagram showing a simulation result of the electric field distribution in the lateral direction at the position of the Si surface (y = 0.1 μm depth). In FIG. 24, the curve shown as “conventional” corresponds to the simulation result of the conventional device shown in FIG. 19, and the curve shown as “present invention” corresponds to the simulation result of the device of the present invention described later. It corresponds.

シミュレーションにおいては、図19に示したように、Si表面ではPN接合が露出しているため、図24に示すように、図19に示した位置に対応する位置(x≒10.6μm)に、Siバルク(y=0.1μm深さ)表面での横方向の電界強度、すなわち、表面横方向電界強度の鋭い(尖った)ピークが生じた。つまり、表面に露出したPN接合の部分の電界強度が局所的に高くなっている。   In the simulation, as shown in FIG. 19, since the PN junction is exposed on the Si surface, as shown in FIG. 24, at the position (x≈10.6 μm) corresponding to the position shown in FIG. The electric field strength in the lateral direction on the Si bulk (y = 0.1 μm depth) surface, that is, a sharp (pointed) peak of the surface lateral electric field strength was generated. That is, the electric field strength of the portion of the PN junction exposed on the surface is locally high.

図25は電流分布のシミュレーション結果を示した図である。詳細には、図25(A)は図19に示した従来のデバイスのシミュレーション結果を示しており、図25(B)は後述する本発明のデバイスのシミュレーション結果を示している。   FIG. 25 is a diagram showing a simulation result of current distribution. Specifically, FIG. 25A shows a simulation result of the conventional device shown in FIG. 19, and FIG. 25B shows a simulation result of the device of the present invention described later.

シミュレーションにおいては、図25(A)に示すように、基板側からアノード電極に流れる逆電流(IR)のほとんどが、(x≒10〜11μmの範囲内にある)PN接合側壁部分を通っていることを示す電流分布が得られた。(x≒10〜11μmの範囲内にある)PN接合側壁部分を通過した電流は、その後、フィールドプレートの下のSiO膜直下に引きつけられ、開口端のアノード電極に吸い寄せられた。 In the simulation, as shown in FIG. 25A, most of the reverse current (IR) flowing from the substrate side to the anode electrode passes through the PN junction sidewall portion (within a range of x≈10 to 11 μm). A current distribution indicating that was obtained. The current that passed through the PN junction side wall (in the range of x≈10 to 11 μm) was then attracted directly under the SiO 2 film under the field plate and attracted to the anode electrode at the open end.

図26は電流密度分布のシミュレーション結果を示した図である。詳細には、図26(A)は図19に示した従来のデバイスのシミュレーション結果を示しており、図26(B)は後述する本発明のデバイスのシミュレーション結果を示している。   FIG. 26 shows a simulation result of the current density distribution. Specifically, FIG. 26A shows a simulation result of the conventional device shown in FIG. 19, and FIG. 26B shows a simulation result of the device of the present invention described later.

シミュレーションにおいては、図26(A)に示すように、ガードリング外側コーナー部分に電流が最も集中した。   In the simulation, as shown in FIG. 26A, the current was most concentrated at the outer corner portion of the guard ring.

図27はSi表面(y=0.1μm深さ)での横方向電流密度のシミュレーション結果を示した図である。詳細には、図27(A)は図19に示した従来のデバイスのシミュレーション結果を示しており、図27(B)は後述する本発明のデバイスのシミュレーション結果を示している。   FIG. 27 is a diagram showing a simulation result of the lateral current density on the Si surface (y = 0.1 μm depth). Specifically, FIG. 27A shows a simulation result of the conventional device shown in FIG. 19, and FIG. 27B shows a simulation result of the device of the present invention described later.

シミュレーションにおいては、図27(A)に示すように、Si表面(y=0.1μm)での電流密度は、開口端(x=5μm)の位置で最も集中した。次いで、電流は、ガードリングのある領域(x=5〜10μm)、すなわち、フィールドプレートの下のSiO膜の直下のP層領域表面を横方向に流れた後、アノード電極に吸い寄せられた。 In the simulation, as shown in FIG. 27A, the current density on the Si surface (y = 0.1 μm) was most concentrated at the position of the open end (x = 5 μm). Next, the current flowed in the lateral direction on the guard ring region (x = 5 to 10 μm), that is, the surface of the P layer region immediately below the SiO 2 film under the field plate, and then was attracted to the anode electrode.

尚、図27(A)には、表面のみならず、深さ1.5μm(PN接合の深さXjp)、7.0μm(n層の一番深い部分)における電流密度も表示されている。シミュレーションにおいては、図27(A)に示すように、PN接合深さ(Xjp)程度でも、まだ相当の電流が集中した。 In FIG. 27A, not only the surface but also the current density at a depth of 1.5 μm (PN junction depth Xjp) and 7.0 μm (the deepest part of the n layer) are displayed. . In the simulation, as shown in FIG. 27A, a considerable current was still concentrated even at a PN junction depth (Xjp).

図19に示した従来のデバイスのシミュレーション結果をまとめると、以下のようになる。   The simulation results of the conventional device shown in FIG. 19 are summarized as follows.

(1)図17および図18について説明したような、従来から知られている懸念事項がそのまま起こってしまうことが再確認された。 (1) It has been reconfirmed that the concern known from the past as described with reference to FIGS.

(2)すなわち、ガードリングコーナー部での局所的電界の集中、PN接合側壁での電界の集中、および、酸化膜開口端部での局所的電流集中が再確認された。更に、電流が、PN接合側壁部分を経てフィールドプレートの下のSiO膜直下のガードリング(P層)領域を横方向に走った後、アノード電極に至ってしまう点が再確認された。更に、PN接合側壁部の電界強度が高いまま、Si表面にも残ってしまう点が再確認された。 (2) That is, the local electric field concentration at the guard ring corner, the electric field concentration at the PN junction side wall, and the local current concentration at the oxide film opening end were reconfirmed. Furthermore, it was reconfirmed that the current reached the anode electrode after running in the lateral direction through the guard ring (P layer) region directly below the SiO 2 film under the field plate through the PN junction side wall. Furthermore, it was reconfirmed that the electric field strength at the PN junction side wall portion remains high on the Si surface.

(3)上述した再確認された点が、ガードリング付きSBDの総合特性を満足のいかない結果にしてしまうため、ガードリング付きSBDの総合特性を満足のいく結果にするためには、なんらかの改善が必要であると言える。 (3) The reconfirmed point described above results in an unsatisfactory result of the overall characteristics of the SBD with a guard ring. Therefore, to improve the overall characteristics of the SBD with a guard ring, some improvement is required. Can be said to be necessary.

上述した従来技術の問題点を整理すると以下のようになる。   The problems of the prior art described above are summarized as follows.

(1)比較的大電流で、かつ、高耐圧用途向けのゼナーダイオード機能付きのSBDが求められている。 (1) There is a need for an SBD with a relatively large current and a Zener diode function for high voltage applications.

(2)そのための多くの対策が採られてきたが、図6、図8、図9、図11、図17に示した構造では、第4の領域や、新たなプロセスが、追加されなければならない。 (2) Many measures have been taken for this purpose, but in the structure shown in FIGS. 6, 8, 9, 11, and 17, a fourth area or a new process must be added. Don't be.

(3)縦方向のn層エピタキシャル層濃度プロファイルに関しても、図12のグラフに示したプロファイルは、図12中に示した複雑な式に基づいて管理しなければならないため、管理しづらい。また、図13(a)に示したプロファイルの場合には、最後に(表面側、図2(a)の左側に)平坦なn層を追加しなければならない。 (3) Regarding the n - layer epitaxial layer concentration profile in the vertical direction, the profile shown in the graph of FIG. 12 must be managed based on the complicated formula shown in FIG. In the case of the profile shown in FIG. 13A, a flat n layer must be added last (on the surface side, on the left side of FIG. 2A).

(4)上述したシミュレーションを行ったガードリングのみが付いた基本構造による従来型のデバイスにおいては、従来から知られている懸念事項がなんら解決されていない。 (4) In the conventional device having the basic structure with only the guard ring subjected to the above-described simulation, any concern that has been known so far has not been solved.

特開平5−75100号公報JP-A-5-75100

特開平5−190831号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-190831

特開平9−9522号公報JP-A-9-9522

1979年3月発行のIEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES誌 VOL.ED−26,NO.3 P243〜P244Issued in March 1979, IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES VOL. ED-26, NO. 3 P243-P244

特開2000−261006号公報JP 2000-261006 A

特開平5−336749号公報JP-A-5-336749

特開2002−203955号公報JP 2002-203955 A

特開2002−246609号公報JP 2002-246609 A

より低い比抵抗ρでかつ、より薄いnエピタキシャル層構造を用いて、ゼナーダイオード機能付きSBD構造を新規に提供する必要がある。 There is a need to provide a new SBD structure with a Zener diode function by using a lower specific resistance ρ and a thinner n - epitaxial layer structure.

しかしながら、それを実現するに当たっては、プロセスの追加を極力伴う必要のない構造であることが不可欠である。   However, in order to realize this, it is indispensable to have a structure that does not require additional processes as much as possible.

実現される新規なSBDは、従来のガードリング構造の基本型に見られた多くの課題を解決できなければならない。   The new SBD to be realized must be able to solve many problems found in the basic type of the conventional guard ring structure.

エピタキシャル層構造に関しても、よりシンプルな表現法で記述できるものであって、しかも、例えば濃度コントロールのような複雑な制御や、追加のプロセスを伴わないものでなければならない。 The n - epitaxial layer structure can also be described by a simpler expression method, and must not involve complicated control such as concentration control or an additional process.

商業ベースで量産性に富み、かつ、高信頼性であって、しかも、安価な新規構造のゼナーダイオード機能付きSBDでなければならない。   It should be a SBD with a Zener diode function of a new structure that is commercially available, mass-productive, highly reliable, and inexpensive.

上述した点に鑑み、本発明は、N層に含有せしめられている不純物の濃度がガードリングとN層との境界面からの深さにかかわらず一定に維持されている場合よりも、境界面からの深さが深い部分における電界の負担分を増大させつつ、ブレークダウン電圧を高くすることができ、更に、ガードリングコーナー部分における電界の集中を低減することができるショットキバリアダイオードを提供することを目的とする。 View of the foregoing, the present invention is, N - than if it is maintained constant regardless of the depth from the interface between the layers, - the concentration of the impurity which is the additional inclusion in the layer guard ring and N Provided a Schottky barrier diode that can increase the breakdown voltage while increasing the burden of the electric field in the deep part from the boundary surface, and further reduce the concentration of the electric field in the guard ring corner part. The purpose is to do.

請求項1に記載の発明によれば、ガードリング(1)と、不純物を含有しているN層(2)と、N基板(3)と、フィールドプレート(4)と、SiO 膜(6)とを有し、
前記N 層(2)の表面のうちの、前記ガードリング(1)よりも内径側の部分を前記フィールドプレート(4)によって覆い、
前記ガードリング(1)の表面(8)の内径側の部分を前記フィールドプレート(4)によって覆い、
前記ガードリング(1)の表面(8)の外径側の部分を前記SiO 膜(6)によって覆い、
前記N 層(2)の表面のうちの、前記ガードリング(1)よりも外径側の部分を前記SiO 膜(6)によって覆い、
前記フィールドプレート(4)の外径側の端部(4’)を、前記SiO 膜(6)の上であって、前記ガードリング(1)よりも外径側の位置に配置したショットキバリアダイオードにおいて、
前記N基板(3)側に向かった前記ガードリング(1)と前記N層(2)との境界面の水平部分(7)からの深さの増加に従って、前記N層(2)中の不純物の濃度の対数が第1の濃度勾配で直線的に増加し、かつ、
前記第1の濃度勾配では、深さ20μm当たりの前記N層(2)中の不純物の濃度の対数の増加分が5以上1000以下であり、かつ、
前記N層(2)と前記N基板(3)との境界面からの深さの増加に従って、前記N基板(3)中の不純物の濃度の対数が前記第1の濃度勾配より大きい第2の濃度勾配で増加し、かつ、
前記N基板(3)中の不純物の濃度の対数が最大値まで増加すると、前記N層(2)と前記N基板(3)との境界面からの深さの増加に関わらず、前記N基板(3)中の不純物の濃度の対数が一定になり、かつ、
前記フィールドプレート(4)の外径側の端部(4’)の真下における前記N層(2)の表面の電界が、ガードリングコーナー部分(9)における前記N層(2)の表面の電界よりも強くなり、かつ、
逆電流の約75%が前記水平部分(7)を通過して前記フィールドプレート(4)に向かって垂直に流れるように、
前記N層(2)中の不純物の濃度を設定すると共に、前記ガードリング(1)の表面(8)から前記水平部分(7)までの深さを2.0μm以上3.5μm以下に設定し、かつ、前記水平部分(7)と前記N基板(3)との間に挟まれた前記N層(2)の厚さを2.5μm以上4μm以下に設定したことを特徴とするショットキバリアダイオードが提供される。
According to the invention described in claim 1, the guard ring (1), the N layer (2) containing impurities, the N + substrate (3), the field plate (4), and the SiO 2 film (6) and have a,
Of the surface of the N layer (2), the portion on the inner diameter side of the guard ring (1) is covered with the field plate (4),
Covering the inner diameter side portion of the surface (8) of the guard ring (1) with the field plate (4),
A portion on the outer diameter side of the surface (8) of the guard ring (1 ) is covered with the SiO 2 film (6),
Of the surface of the N layer (2), a portion on the outer diameter side of the guard ring (1 ) is covered with the SiO 2 film (6),
A Schottky barrier in which an outer diameter side end (4 ′) of the field plate (4) is disposed on the outer diameter side of the guard ring (1) on the SiO 2 film (6). In the diode,
As the depth from the horizontal portion (7) of the interface between the guard ring (1) and the N layer (2) toward the N + substrate (3) increases, the N layer (2) The logarithm of the concentration of impurities therein increases linearly with the first concentration gradient, and
In the first concentration gradient, a logarithmic increase in the concentration of impurities in the N layer (2) per depth of 20 μm is 5 or more and 1000 or less, and
As the depth from the boundary surface between the N layer (2) and the N + substrate (3) increases, the logarithm of the concentration of impurities in the N + substrate (3) is larger than the first concentration gradient. Increasing with a second concentration gradient, and
When the logarithm of the concentration of impurities in the N + substrate (3) increases to the maximum value, regardless of the increase in depth from the interface between the N layer (2) and the N + substrate (3), The logarithm of the concentration of impurities in the N + substrate (3) is constant, and
The surface of the layer (2) - the N at immediately below the end of the outer diameter side (4 ') of said field plate (4) - the N field of the surface of the layer (2) is, in the guard ring corners (9) Stronger than the electric field, and
Such that about 75% of the reverse current flows vertically through the horizontal portion (7) towards the field plate (4) ,
The concentration of impurities in the N layer (2) is set, and the depth from the surface (8) of the guard ring (1) to the horizontal portion (7) is set to 2.0 μm or more and 3.5 μm or less. In addition, the thickness of the N layer (2) sandwiched between the horizontal portion (7) and the N + substrate (3) is set to 2.5 μm or more and 4 μm or less. A Schottky barrier diode is provided.

請求項2に記載の発明によれば、前記ショットキバリアダイオードが20(V)以上100(V)以下のゼナー電圧でブレークダウンせしめられることを特徴とする請求項1に記載のショットキバリアダイオードが提供される。 According to the invention described in claim 2, wherein the Schottky barrier diode 20 (V) or 100 (V) The following Schottky barrier diode according to claim 1, characterized in that it is allowed to break down zener voltage provided Is done.

請求項1に記載のショットキバリアダイオードでは、ガードリングとN層との境界面の水平部分からN基板側に向かったその境界面の水平部分からの深さが増加するに従ってN層に含有せしめられている不純物の濃度の対数が直線的に増加するようにN層中に不純物が含有せしめられている。そのため、N層に含有せしめられている不純物の濃度が境界面の水平部分からの深さにかかわらず一定に維持されている場合よりも、境界面の水平部分からの深さが深い部分における電界の負担分を増大させることができ、それにより、PN接合付近(境界面の水平部分付近)およびガードリングコーナー部分における電界を弱めることができる。尚、請求項1に記載のショットキバリアダイオードにおいても、図12および図13に示したように従来から得られていたSBD表面の電界低下効果が全く損なわれることが無いのはもちろんである。 The Schottky barrier diode according to claim 1, the guard ring and the N - layer - N according depth from the horizontal portions of the boundary surface towards the horizontal portion N + substrate side of the interface between the layers is increased Impurities are contained in the N layer so that the logarithm of the concentration of the contained impurities increases linearly. Therefore, in the portion where the depth from the horizontal portion of the boundary surface is deeper than in the case where the concentration of the impurity contained in the N layer is kept constant regardless of the depth from the horizontal portion of the boundary surface. The burden of the electric field can be increased, whereby the electric field in the vicinity of the PN junction (near the horizontal portion of the boundary surface) and the guard ring corner can be weakened. Of course, in the Schottky barrier diode according to the first aspect, as shown in FIGS. 12 and 13, the electric field lowering effect on the SBD surface obtained conventionally is not impaired at all.

更に、請求項1に記載のショットキバリアダイオードでは、ガードリング表面から境界面の水平部分までの深さが従来の場合よりも増加せしめられ、ガードリングとN基板との間に挟まれたN層の厚さが従来の場合よりも減少せしめられている。好ましくは、ガードリング表面から境界面の水平部分までの深さが従来の値の約2倍まで増加せしめられている。そのため、従来の場合よりもブレークダウン電圧を高くすることができる。更に、ガードリングコーナー部分における電界が強くなっていた従来の場合とは異なり、ガードリングの真下、つまり、PN接合のうちの水平な部分、すなわち、ガードリングとN層との境界面の水平部分における電界を強め、その部分に強い電界を集中的に分布させることができる。それにより、ガードリングコーナー部分における電界の集中を低減することができ、ガードリングコーナー部分における電界の負担分を低減することができる。 Furthermore, in the Schottky barrier diode according to claim 1, the depth from the guard ring surface to the horizontal portion of the boundary surface is increased as compared with the conventional case, and N is sandwiched between the guard ring and the N + substrate. The layer thickness is reduced compared to the conventional case. Preferably, the depth from the guard ring surface to the horizontal portion of the interface is increased to about twice the conventional value. Therefore, the breakdown voltage can be made higher than in the conventional case. Furthermore, unlike the conventional case where the electric field in the guard ring corner had become stronger, beneath the guard ring, i.e., the horizontal portion of the PN junction, i.e., the guard ring and the N - horizontal boundary surface between the layers The electric field in the portion can be strengthened, and the strong electric field can be concentratedly distributed in the portion. Thereby, the concentration of the electric field in the guard ring corner portion can be reduced, and the burden of the electric field in the guard ring corner portion can be reduced.

換言すれば、請求項1に記載のショットキバリアダイオードでは、ガードリング表面から境界面の水平部分までの深さが2.0μm以上3.5μm以下に設定され、ガードリングとN基板との間に挟まれたN層の厚さが2.5μm以上4μm以下に設定されている。そのため、ガードリング表面から境界面の水平部分までの深さが2.0μm未満に設定され、ガードリングとN基板との間に挟まれたN層の厚さが4μmよりも大きい値に設定されている従来の場合よりも、ブレークダウン電圧を高くすることができる。更に、ガードリングコーナー部分における電界が強くなっていた従来の場合とは異なり、ガードリングの真下、つまり、PN接合のうちの水平な部分、すなわち、ガードリングとN層との境界面の水平部分における電界を強め、その部分に強い電界を集中的に分布させることができる。それにより、ガードリングコーナー部分における電界の集中を低減することができ、ガードリングコーナー部分における電界の負担分を低減することができる。 In other words, in the Schottky barrier diode according to claim 1, the depth from the guard ring surface to the horizontal portion of the boundary surface is set to 2.0 μm or more and 3.5 μm or less, and between the guard ring and the N + substrate. The thickness of the N layer sandwiched between the layers is set to 2.5 μm or more and 4 μm or less. Therefore, the depth from the guard ring surface to the horizontal portion of the boundary surface is set to less than 2.0 μm, and the thickness of the N layer sandwiched between the guard ring and the N + substrate is set to a value larger than 4 μm. The breakdown voltage can be made higher than in the conventional case where it is set. Furthermore, unlike the conventional case where the electric field in the guard ring corner had become stronger, beneath the guard ring, i.e., the horizontal portion of the PN junction, i.e., the guard ring and the N - horizontal boundary surface between the layers The electric field in the portion can be strengthened, and the strong electric field can be concentratedly distributed in the portion. Thereby, the concentration of the electric field in the guard ring corner portion can be reduced, and the burden of the electric field in the guard ring corner portion can be reduced.

更に、請求項1に記載のショットキバリアダイオードではガードリングとN層との境界面の水平部分からN基板側に向かったその境界面の水平部分からの深さが20μm増加すると、N層に含有せしめられている不純物の濃度の対数が5以上1000以下直線的に増加するようにN層中に不純物が含有せしめられている。 Furthermore, in the Schottky barrier diode according to claim 1, when the depth from the horizontal portion of the boundary surface toward the N + substrate side from the horizontal portion of the boundary surface between the guard ring and the N layer increases by 20 μm, - and impurities is made to contain in the layer - N as the logarithm of the concentration of impurities that are allowed to contain in the layer increases linearly 5 to 1,000.

請求項に記載のショットキバリアダイオードでは、フィールドプレートの端部の真下におけるN層表面の電界が、ガードリングコーナー部分におけるN層表面の電界よりも強くなるように、N層に含有せしめられている不純物の濃度と、ガードリング表面から境界面までの深さと、ガードリングとN基板との間に挟まれたN層の厚さとが設定されている。そのため、フィールドプレートの端部の真下におけるN層表面の電界を、ガードリングコーナー部分におけるN層表面の電界よりも強くすることができる。 The Schottky barrier diode according to claim 1, N at immediately below the end of the field plate - so stronger than the electric field of the layer surface, N - - field layer surface, N in the guard ring corner contained in the layer The concentration of the impregnated impurities, the depth from the guard ring surface to the boundary surface, and the thickness of the N layer sandwiched between the guard ring and the N + substrate are set. Therefore, the electric field on the surface of the N layer just below the edge of the field plate can be made stronger than the electric field on the surface of the N layer at the guard ring corner portion.

更に、請求項に記載のショットキバリアダイオードでは逆電流の約75%が、PN接合の水平部分を通過し、アノード電極に向かって垂直に流れるように、N層に含有せしめられている不純物の濃度と、ガードリング表面から境界面までの深さと、ガードリングとN基板との間に挟まれたN層の厚さとが設定されている。 Further, the Schottky barrier diode according to claim 1, about 75% of the reverse current passes through the horizontal portion of the PN junction, to flow vertically toward the anode electrode, N - are the additional inclusion in the layer The impurity concentration, the depth from the guard ring surface to the boundary surface, and the thickness of the N layer sandwiched between the guard ring and the N + substrate are set.

また、請求項に記載のショットキバリアダイオードではショットキバリアダイオードが20(V)以上100(V)以下のゼナー電圧でブレークダウンせしめられる Further, the Schottky barrier diode according to claim 2, the Schottky barrier diode is caused to breakdown at 20 (V) or 100 (V) below zener voltage.

図1はゼナーダイオードの機能を有する本発明のSBDの第1の実施形態の断面図である。図1において、1はガードリング、2はNエピタキシャル層、3はN基板、4はフィールドプレート(バリアメタル、アノードメタル)、4’はフィールドプレート4の端部である。5はカソードメタル、6はSiO膜、7はガードリング1とNエピタキシャル層2との境界面(詳細には、PN接合の水平部分)、8はガードリング表面、9はガードリングコーナー部分である。 FIG. 1 is a cross-sectional view of a first embodiment of the SBD of the present invention having the function of a Zener diode. In FIG. 1, 1 is a guard ring, 2 is an N epitaxial layer, 3 is an N + substrate, 4 is a field plate (barrier metal, anode metal), and 4 ′ is an end of the field plate 4. 5 is a cathode metal, 6 is a SiO 2 film, 7 is a boundary surface between the guard ring 1 and the N epitaxial layer 2 (specifically, a horizontal portion of the PN junction), 8 is a guard ring surface, and 9 is a guard ring corner portion. It is.

図2は図1中のN−N’線に沿った第1の実施形態のSBDの濃度プロファイルを示した図である。詳細には、図2の縦軸は濃度の対数を示している。図2において、Xj1は第1の実施形態のSBDにおけるガードリング1とNエピタキシャル層2との境界面7のガードリング表面8からの深さを示しており、Xj2は従来のSBDにおけるガードリングとNエピタキシャル層との境界面のガードリング表面からの深さを示している。 FIG. 2 is a diagram showing a concentration profile of the SBD of the first embodiment along the line NN ′ in FIG. Specifically, the vertical axis in FIG. 2 indicates the logarithm of density. In FIG. 2, Xj1 indicates the depth from the guard ring surface 8 of the boundary surface 7 between the guard ring 1 and the N epitaxial layer 2 in the SBD of the first embodiment, and Xj2 indicates the guard ring in the conventional SBD. The depth from the guard ring surface of the boundary surface between N and the epitaxial layer is shown.

図1および図2に示すように、第1の実施形態のSBDでは、ガードリング1およびNエピタキシャル層2のトータルの厚さが、従来よりも薄く設定されている。詳細には、図2に示すように、従来のSBDにおいては例えば9.0μmに設定されていたのに対し、第1の実施形態のSBDでは5.99μmに設定されている。 As shown in FIGS. 1 and 2, in the SBD of the first embodiment, the total thickness of the guard ring 1 and the N epitaxial layer 2 is set thinner than the conventional one. Specifically, as shown in FIG. 2, the conventional SBD is set to 9.0 μm, for example, while the SBD of the first embodiment is set to 5.99 μm.

また、図1および図2に示すように、第1の実施形態のSBDでは、ガードリング1とNエピタキシャル層2との境界面7のガードリング表面8からの深さXj1が、従来におけるガードリングとNエピタキシャル層との境界面のガードリング表面からの深さXj2の約2倍に設定されている。詳細には、図2に示すように、従来のSBDにおいては境界面の深さXj2が例えば1.5μmに設定されていたのに対し、第1の実施形態のSBDでは境界面の深さXj1が2.8μmに設定されている。 As shown in FIGS. 1 and 2, in the SBD of the first embodiment, the depth Xj1 from the guard ring surface 8 of the boundary surface 7 between the guard ring 1 and the N epitaxial layer 2 is equal to the conventional guard. The depth is set to about twice the depth Xj2 from the guard ring surface at the interface between the ring and the N epitaxial layer. Specifically, as shown in FIG. 2, in the conventional SBD, the boundary surface depth Xj2 is set to 1.5 μm, for example, whereas in the SBD of the first embodiment, the boundary surface depth Xj1 Is set to 2.8 μm.

更に、図1および図2に示すように、第1の実施形態のSBDでは、Nエピタキシャル層2が、傾斜エピタキシャル層構造に形成されている。つまり、Nエピタキシャル層2に含まれる不純物の濃度が、境界面7からの深さが深くなるに従って増加せしめられている。 Further, as shown in FIGS. 1 and 2, in the SBD of the first embodiment, the N epitaxial layer 2 is formed in a tilted epitaxial layer structure. That is, the concentration of impurities contained in the N epitaxial layer 2 is increased as the depth from the boundary surface 7 is increased.

詳細には、図2に示すように、第1の実施形態のSBDでは、境界面7からの深さ(図2の横軸)に対する濃度の対数(図2の縦軸)の傾き(Slope)が、100/20μmに設定されており、境界面7からの深さが深くなるに従って濃度の対数がリニアに増加せしめられている。   Specifically, as shown in FIG. 2, in the SBD of the first embodiment, the slope (Slope) of the logarithm of concentration (vertical axis in FIG. 2) with respect to the depth from the boundary surface 7 (horizontal axis in FIG. 2). However, it is set to 100/20 μm, and the logarithm of the concentration is linearly increased as the depth from the boundary surface 7 becomes deeper.

第1の実施形態のSBDでは、図2に示したように、傾き(Slope)が100/20μmに設定されているが、他の実施形態のSBDでは、傾き(Slope)を5/20μm以上1000/20μm以下の任意の値に設定することができる。傾き(Slope)を5/20μm以上100/20μm以下の値に設定することにより、Nエピタキシャル層2を安定して量産することができる。 In the SBD of the first embodiment, as shown in FIG. 2, the slope (Slope) is set to 100/20 μm, but in the SBDs of other embodiments, the slope (Slope) is 5/20 μm or more and 1000 / 20 μm or less can be set to any value. By setting the slope (Slope) to a value of 5/20 μm or more and 100/20 μm or less, the N epitaxial layer 2 can be stably mass-produced.

また、図1に示すように、第1の実施形態のSBDでは、例えば図5に示した従来の例とは異なり、表面の活性領域部分に凹みが設けられていない。   Also, as shown in FIG. 1, in the SBD of the first embodiment, unlike the conventional example shown in FIG. 5, for example, no depression is provided in the active region portion on the surface.

第1の実施形態のSBDでは、図1および図2に示したように、Nエピタキシャル層2が薄く形成され、また、Nエピタキシャル層2の比抵抗ρが低い値に設定されているため、より高い濃度でのPN接合を得ることができる。それにより、ガードリング構造の基本形をもって、ゼナーダイオードの機能を有するSBDを達成することができる。 In the SBD of the first embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, the N epitaxial layer 2 is formed thin, and the specific resistance ρ of the N epitaxial layer 2 is set to a low value. A PN junction at a higher concentration can be obtained. Thereby, the SBD having the function of a Zener diode can be achieved with the basic form of the guard ring structure.

更に、第1の実施形態のSBDの変形例では、図1および図2に示した第1の実施形態のSBDと同様に、境界面7の深さXj1が深く設定され、Nエピタキシャル層2の厚さが薄く設定されているため、仮にNエピタキシャル層2の比抵抗ρを従来と同一に設定した場合であっても、より高いブレークダウン電圧を達成することができる。 Further, in the modification of the SBD of the first embodiment, similarly to the SBD of first embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the depth Xj1 of interface 7 is set deep, N - epitaxial layer 2 Therefore, even if the specific resistance ρ of the N epitaxial layer 2 is set to be the same as that in the conventional case, a higher breakdown voltage can be achieved.

また、第1の実施形態のSBDでは、図1および図2に示すように、境界面7の深さXj1が深く設定されるのに伴って、Nエピタキシャル層2とN基板3との境界と、境界面7との間隔が狭くなるため、ガードリング1の直下、つまり、境界面7(=PN接合の水平部分)の電界が強まり、この部分に強い電界が集中的に分布するようになる。その結果、従来のSBDにおいて起こっていたようなガードリングコーナー部分9における電界の集中および電界の負担分を低減することができる。つまり、電界の集中および電界の負担分を、ガードリングコーナー部分9からPN接合の水平部分(7)にシフトさせることができる。 Further, in the SBD of the first embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, as the depth Xj1 of the boundary surface 7 is set deeper, the N epitaxial layer 2 and the N + substrate 3 Since the distance between the boundary and the boundary surface 7 becomes narrow, the electric field directly below the guard ring 1, that is, the boundary surface 7 (= horizontal portion of the PN junction) is strengthened, and a strong electric field is concentratedly distributed in this portion. become. As a result, it is possible to reduce the concentration of the electric field and the burden of the electric field in the guard ring corner portion 9 as occurs in the conventional SBD. That is, the electric field concentration and the electric field burden can be shifted from the guard ring corner portion 9 to the horizontal portion (7) of the PN junction.

次に、第1の実施形態のSBDについて行ったシミュレーションの結果を参照しながら、本発明の特徴を確認してみる。   Next, the characteristics of the present invention will be confirmed while referring to the results of the simulation performed on the SBD of the first embodiment.

図3は第1の実施形態のSBDについてのシミュレーション(実施)領域を示した図である。第1の実施形態のSBDのシミュレーションでは、図19に示した従来のSBDのシミュレーションに比べ、ガードリングの形状(詳細には、ガードリングの深さ)およびNエピタキシャル層の厚さが変更せしめられている。 FIG. 3 is a diagram showing a simulation (implementation) area for the SBD of the first embodiment. In the SBD simulation of the first embodiment, the shape of the guard ring (specifically, the depth of the guard ring) and the thickness of the N - epitaxial layer are changed as compared with the conventional SBD simulation shown in FIG. It has been.

詳細には、図19に示した従来のSBDのシミュレーションでは、ガードリングのコーナーに位置する点Q1の座標が(10.0,1.5)に設定されていたのに対し、図3に示す第1の実施形態のSBDのシミュレーションでは、ガードリングのコーナーに位置する点Q1’の座標が(10.0,2.8)に設定されている。そのため、図19に示した従来のSBDのシミュレーションでは、ガードリング(P層)とNエピタキシャル層との境界面の深さXj2(図2参照)が1.5μmに設定されていたのに対し、図3に示す第1の実施形態のSBDのシミュレーションでは、ガードリング1とNエピタキシャル層2との境界面7の深さXj1(図1および図2参照)が2.8μmに設定されている。つまり、深さXj1が、深さXj2の約2倍に設定されている。 Specifically, in the conventional SBD simulation shown in FIG. 19, the coordinates of the point Q1 located at the corner of the guard ring are set to (10.0, 1.5), whereas FIG. In the SBD simulation of the first embodiment, the coordinates of the point Q1 ′ located at the corner of the guard ring are set to (10.0, 2.8). Therefore, in the conventional SBD simulation shown in FIG. 19, the depth Xj2 (see FIG. 2) of the boundary surface between the guard ring (P layer) and the N epitaxial layer was set to 1.5 μm. In the SBD simulation of the first embodiment shown in FIG. 3, the depth Xj1 (see FIGS. 1 and 2) of the boundary surface 7 between the guard ring 1 and the N epitaxial layer 2 is set to 2.8 μm. Yes. That is, the depth Xj1 is set to about twice the depth Xj2.

図20中の「本発明」と示した曲線は、図3の縦軸に沿った第1の実施形態のSBDの濃度プロファイルを示している。図20に示すように、第1の実施形態のSBDのシミュレーションでは、Nエピタキシャル層が、傾斜エピタキシャル層構造に形成されている。つまり、Nエピタキシャル層に含まれる不純物の濃度が、ガードリングとNエピタキシャル層との境界面からの深さが深くなるに従って増加せしめられている。 A curve indicated as “present invention” in FIG. 20 indicates the concentration profile of the SBD of the first embodiment along the vertical axis in FIG. 3. As shown in FIG. 20, in the SBD simulation of the first embodiment, the N epitaxial layer is formed in a tilted epitaxial layer structure. That, N - concentration of impurities in the epitaxial layer, the guard ring and the N - depth from the interface between the epitaxial layer is caused to increase with increasing depth.

詳細には、図20に示すように、第1の実施形態のSBDでは、ガードリングとNエピタキシャル層との境界面からの深さ(図20の横軸)が深くなるに従って濃度の対数(図20の縦軸)がリニアに増加せしめられている。 Specifically, as shown in FIG. 20, in the SBD of the first embodiment, the logarithm of the concentration (the logarithm of the concentration (the horizontal axis in FIG. 20) becomes deeper from the boundary surface between the guard ring and the N epitaxial layer (horizontal axis). The vertical axis in FIG. 20 is linearly increased.

更に詳細には、第1の実施形態のSBDのシミュレーションでは、図2に示したように、濃度の対数の傾き(Slope)が、Slope=(C20/CS)/20μm=100/20μm(深さ20μmで濃度100倍)→10/10μm(深さ10μmで濃度10倍)に設定されている。図2および図20に示すように、CS1としては、表面のρs=5(Ω・cm)、9.27×1014(1/cm)であるから、N基板側での濃度(点R1の濃度)は、(9.27×1014)×(100)(5.99/20)=3.68×1015(1/cm)となっており、点CS1と点R1との間はリニアになっている。 More specifically, in the SBD simulation of the first embodiment, as shown in FIG. 2, the logarithmic slope of the concentration (Slope) is Slope = (C20 / CS) / 20 μm = 100/20 μm (depth). The density is set to 10/10 μm (the density is 10 times at a depth of 10 μm). As shown in FIG. 2 and FIG. 20, as CS1, since ρs = 5 (Ω · cm) of the surface and 9.27 × 10 14 (1 / cm 3 ), the concentration (point) on the N + substrate side The concentration of R1 is (9.27 × 10 14 ) × (100) (5.99 / 20) = 3.68 × 10 15 (1 / cm 3 ), and the point CS1 and the point R1 The interval is linear.

Figure 0004827386
Figure 0004827386

表1は図2中の点CS1と点R1との間と、点CS2と点R2との間の濃度プロファイルを0.25μm間隔で算出した表である。図2において、点CS1の座標は(0(μm),9.27×1014(1/cm))であり、点R1の座標は(5.99(μm),3.68×1015(1/cm))であり、点CS2の座標は(0(μm),2.61×1015(1/cm))であり、点R2の座標は(9.0(μm),2.61×1015(1/cm))である。 Table 1 is a table in which the concentration profiles between the points CS1 and R1 and between the points CS2 and R2 in FIG. 2 are calculated at intervals of 0.25 μm. In FIG. 2, the coordinates of the point CS1 are (0 (μm), 9.27 × 10 14 (1 / cm 3 )), and the coordinates of the point R1 are (5.99 (μm), 3.68 × 10 15 ). (1 / cm 3 )), the coordinates of the point CS2 are (0 (μm), 2.61 × 10 15 (1 / cm 3 )), and the coordinates of the point R2 are (9.0 (μm), 2.61 × 10 15 (1 / cm 3 )).

表1に示すように、CS1−R1間の平均の濃度(表1中の「本発明」の平均の濃度)は1.95×1015(1/cm)となり、CS2−R2間の平均の濃度(表1中の「従来」の平均の濃度)は2.61×1015(1/cm)となった。また、CS1−R1間のρ=2.40(Ω・cm)となり、CS1−R1間のρt積=1.44×10−3(Ω)となり、CS2−R2間のρ=1.80(Ω・cm)となり、CS2−R2間のρt積=1.62×10−3(Ω)となった。つまり、CS1−R1間(本発明)のρt積は、CS2−R2間(従来)のρt積の88.9%となり、CS2−R2間(従来)のρt積よりも11.1%小さくなった。 As shown in Table 1, the average concentration between CS1 and R1 (the average concentration of “present invention” in Table 1) is 1.95 × 10 15 (1 / cm 3 ), and the average between CS2 and R2 Concentration (average concentration of “conventional” in Table 1) was 2.61 × 10 15 (1 / cm 3 ). Further, ρ between CS1 and R1 is 2.40 (Ω · cm), ρt product between CS1 and R1 is 1.44 × 10 −3 (Ω), and ρ between CS2 and R2 is 1.80 ( Ω · cm), and the ρt product between CS2 and R2 = 1.62 × 10 −3 (Ω). That is, the ρt product between CS1 and R1 (present invention) is 88.9% of the ρt product between CS2 and R2 (conventional), and 11.1% smaller than the ρt product between CS2 and R2 (conventional). It was.

また、第1の実施形態のSBDのシミュレーションにおける逆方向電圧VRとリーク電流IRとの関係は、図21中に「本発明」と示した曲線のようになった。詳細には、図21に示すように、第1の実施形態のSBDのシミュレーションでは、ブレークダウン電圧が91.1(V)になり、従来のSBDのシミュレーションでは、ブレークダウン電圧が90(V)になった。更に詳細には、第1の実施形態のSBDの耐圧と従来のSBDの耐圧とがほぼ等しくなるように、第1の実施形態のSBDのシミュレーション条件を設定したため、第1の実施形態のSBDの耐圧波形と従来のSBDの耐圧波形とは必然的にほぼ等しくなった。   Further, the relationship between the reverse voltage VR and the leakage current IR in the SBD simulation of the first embodiment is as shown by a curve indicated as “present invention” in FIG. Specifically, as shown in FIG. 21, in the SBD simulation of the first embodiment, the breakdown voltage is 91.1 (V), and in the conventional SBD simulation, the breakdown voltage is 90 (V). Became. More specifically, since the SBD simulation conditions of the first embodiment are set so that the breakdown voltage of the SBD of the first embodiment and the breakdown voltage of the conventional SBD are substantially equal, the SBD of the first embodiment The breakdown voltage waveform and the breakdown voltage waveform of the conventional SBD are inevitably almost equal.

更に、第1の実施形態のSBDのシミュレーションにおける開口端(x=5μm)の位置での縦方向の電界分布は、図23中に「本発明」と示した曲線のようになった。詳細には、第1の実施形態のSBDのシミュレーションでは、図23に示すように、表面から深さ2.8μm(図2中のXj1)のところにEmax=3.05×10(V/cm)の電界分布ピークが生じた。第1の実施形態のSBDの電界分布ピーク(Emax=3.05×10(V/cm))は、従来のSBDの電界分布ピーク(Emax=2.12×10(V/cm))よりも大きくなった。更に詳細には、第1の実施形態のSBDのシミュレーションでは、従来のSBDよりも深い位置に電界分布ピーク発生ポイントがシフトせしめられている。リニアに減少せしめられている従来のSBDの電界分布曲線とは異なり、第1の実施形態のSBDのシミュレーションでは、電界分布曲線が凸状に丸まった曲線になっている。 Further, the electric field distribution in the vertical direction at the position of the opening end (x = 5 μm) in the simulation of the SBD of the first embodiment is a curve indicated as “present invention” in FIG. Specifically, in the SBD simulation of the first embodiment, as shown in FIG. 23, Emax = 3.05 × 10 5 (V /) at a depth of 2.8 μm (Xj1 in FIG. 2) from the surface. cm) of electric field distribution peak. The electric field distribution peak (Emax = 3.05 × 10 5 (V / cm)) of the SBD of the first embodiment is the electric field distribution peak (Emax = 2.12 × 10 5 (V / cm)) of the conventional SBD. Bigger than. More specifically, in the SBD simulation of the first embodiment, the electric field distribution peak generation point is shifted to a position deeper than the conventional SBD. Unlike the electric field distribution curve of the conventional SBD that is linearly reduced, the electric field distribution curve is a curved curve in a convex shape in the SBD simulation of the first embodiment.

すなわち、第1の実施形態のSBDのシミュレーションでは、図20に示したようにNエピタキシャル層に含まれる不純物の濃度がリニアに増加せしめられているため、図23に示したように、深い位置に電界分布ピーク発生ポイントがシフトせしめられ、電界分布曲線が凸状に丸まった曲線になっている。つまり、深い部分における電界の負担分が増加せしめられ、その結果、PN接合付近およびガードリングコーナー部分における電界が従来の場合よりも弱められている。 That is, in the SBD simulation of the first embodiment, since the concentration of impurities contained in the N epitaxial layer is increased linearly as shown in FIG. 20, the deep position as shown in FIG. Thus, the electric field distribution peak generation point is shifted, and the electric field distribution curve is a curved curve. That is, the burden of the electric field in the deep part is increased, and as a result, the electric field in the vicinity of the PN junction and in the guard ring corner part is weaker than in the conventional case.

また、第1の実施形態のSBDのシミュレーションにおけるSi表面(y=0.1μmの深さ)の位置での横方向の電界分布は、図24中に「本発明」と示した曲線のようになった。詳細には、第1の実施形態のSBDのシミュレーションでは、図23に示したように、電界分布ピークが深い位置にとじこめられているため、Si表面(y=0.1μmの深さ)の位置での横方向の電界分布ピークが、x=10μmの位置(PN接合表面、つまり、ガードリング1の側壁面)ではなく、x=20μmの位置(フィールドプレート4の端部4’の真下、図1参照)にシフトした。更に詳細には、x=20μmの位置におけるSi表面(y=0.1μmの深さ)の電界が2.0E5(V/cm)になった。また、x=10μmの位置(PN接合表面、つまり、ガードリング1の側壁面)におけるSi表面(y=0.1μmの深さ)の電界が、従来のSBDのシミュレーションでは2.75E5(V/cm)であったのに対し、1.75E5(V/cm)に低下した。   Further, the electric field distribution in the lateral direction at the position of the Si surface (y = 0.1 μm depth) in the SBD simulation of the first embodiment is as shown by a curve shown as “present invention” in FIG. became. Specifically, in the SBD simulation of the first embodiment, as shown in FIG. 23, since the electric field distribution peak is embedded at a deep position, the position of the Si surface (y = 0.1 μm depth). The horizontal electric field distribution peak in FIG. 5 is not at the position of x = 10 μm (PN junction surface, that is, the side wall surface of the guard ring 1), but at the position of x = 20 μm (directly below the end 4 ′ of the field plate 4, FIG. 1). More specifically, the electric field on the Si surface (y = 0.1 μm depth) at the position of x = 20 μm was 2.0E5 (V / cm). Further, the electric field of the Si surface (y = 0.1 μm depth) at the position of x = 10 μm (PN junction surface, that is, the side wall surface of the guard ring 1) is 2.75E5 (V / V) in the conventional SBD simulation. cm), but decreased to 1.75E5 (V / cm).

更に、第1の実施形態のSBDのシミュレーションにおける電流分布は、図25(B)に示すようになった。詳細には、第1の実施形態のSBDのシミュレーションでは、図25(B)に示すように、逆電流IRの全体の約75%が、PN接合の水平部分(ガードリング1の底面)を通過し、アノード電極に向かって垂直に流れた。つまり、逆電流IRの全体の約75%が、点Q1’の左側、すなわち、ガードリング1の直下側を通過した。その結果、ほとんどの電流は、フィールドプレート4の直下のSiO膜6の下に引き付けられることなく、PN接合の水平部分(ガードリング1の底面)を通過して、直接コンタクト開口に向かってまっすぐに流れた。残りの25%の電流のみが、PN接合の側壁部(ガードリング1の側壁面)を通過し、ゆるやかに曲がってコンタクト開口に向かって流れた。 Furthermore, the current distribution in the SBD simulation of the first embodiment is as shown in FIG. Specifically, in the SBD simulation of the first embodiment, as shown in FIG. 25B, about 75% of the total reverse current IR passes through the horizontal portion of the PN junction (the bottom surface of the guard ring 1). And flowed vertically toward the anode electrode. That is, about 75% of the total reverse current IR has passed through the left side of the point Q1 ′, that is, directly below the guard ring 1. As a result, most of the current passes through the horizontal portion of the PN junction (the bottom surface of the guard ring 1) without being attracted under the SiO 2 film 6 immediately below the field plate 4 and directly toward the contact opening. Flowed into. Only the remaining 25% of the current passed through the side wall portion of the PN junction (side wall surface of the guard ring 1), bent gently, and flowed toward the contact opening.

また、第1の実施形態のSBDのシミュレーションにおける電流密度分布は、図26(B)に示すようになった。詳細には、第1の実施形態のSBDのシミュレーションでは、図26(B)に示すように、図26(A)に見られていた開口端部やPN接合の側壁部(ガードリング1の側壁面)での電流集中はほとんど解消され、開口端にその痕跡をわずかに残す程度にまで電流集中が低下した。   In addition, the current density distribution in the SBD simulation of the first embodiment is as shown in FIG. Specifically, in the SBD simulation of the first embodiment, as shown in FIG. 26 (B), the opening end and the side wall of the PN junction (on the side of the guard ring 1) seen in FIG. The current concentration at the wall surface was almost eliminated, and the current concentration was reduced to such a degree that the trace was left slightly at the opening end.

更に、第1の実施形態のSBDのシミュレーションにおけるSi表面(y=0.1μm深さ)での横方向電流密度は、図27(B)に示すようになった。詳細には、SiO開口端(x=5μm)におけるSi表面(y=0.1μm深さ)での横方向電流密度は、従来のSBDのシミュレーションでは図27(A)に示したように0.0012(A/cm)であったのに対し、第1の実施形態のSBDのシミュレーションでは図27(B)に示すように0.0004(A/cm)まで低下した。また、従来のSBDのシミュレーションでは、図27(A)に示したように、PN接合深さ(Xj2=1.5μm、図2参照)での横方向電流密度が0.00082(A/cm)であったのに対し、第1の実施形態のSBDのシミュレーションでは、図27(B)に示すように、PN接合深さ(Xj1=2.8μm、図2参照)での横方向電流密度が0.00019(A/cm)まで低下した。 Further, the lateral current density on the Si surface (y = 0.1 μm depth) in the SBD simulation of the first embodiment is as shown in FIG. Specifically, the lateral current density at the Si surface (y = 0.1 μm depth) at the SiO 2 opening end (x = 5 μm) is 0 as shown in FIG. 27A in the conventional SBD simulation. While it was .0012 (A / cm 2 ), in the SBD simulation of the first embodiment, it decreased to 0.0004 (A / cm 2 ) as shown in FIG. In the conventional SBD simulation, as shown in FIG. 27A, the lateral current density at the PN junction depth (Xj2 = 1.5 μm, see FIG. 2) is 0.00082 (A / cm 2). On the other hand, in the SBD simulation of the first embodiment, as shown in FIG. 27B, the lateral current density at the PN junction depth (Xj1 = 2.8 μm, see FIG. 2). Decreased to 0.00019 (A / cm 2 ).

更に、従来のSBDのシミュレーションでは、図27(A)に示したように、ガードリング表面から7.0μmの深さの位置、つまり、Nエピタキシャル層の奥深い位置での横方向電流密度が0.00012(A/cm)であったのに対し、第1の実施形態のSBDのシミュレーションでは、図27(B)に示すように、ガードリング表面8から5.5μmの深さの位置、つまり、Nエピタキシャル層2の奥深い位置での横方向電流密度が0.00019(A/cm)まで低下した。これらは、逆電流IRの発生自体がその総量において低下していることと、特にガードリング1の側壁部のPN接合、フィールドプレート4の下のSiO膜6の直下のガードリング(P層)領域での局所的電流集中が、実質上もはや問題とならない程度まで低下したことの成果である。 Further, in the conventional SBD simulation, as shown in FIG. 27A, the lateral current density at the position of depth of 7.0 μm from the guard ring surface, that is, the position deep in the N epitaxial layer is 0. Whereas .00012 (A / cm 2 ), in the SBD simulation of the first embodiment, as shown in FIG. 27B, the position at a depth of 5.5 μm from the guard ring surface 8, That is, the lateral current density at a deep position of the N epitaxial layer 2 was reduced to 0.00019 (A / cm 2 ). These are because the generation of the reverse current IR itself is reduced in the total amount, and in particular, the PN junction on the side wall of the guard ring 1 and the guard ring (P layer) directly under the SiO 2 film 6 under the field plate 4. This is a result of the local current concentration in the region being reduced to such an extent that it is virtually no longer a problem.

上述したシミュレーションでは、ブレークダウン電圧が約90(V)になる。   In the simulation described above, the breakdown voltage is about 90 (V).

VR=90(V)定格を保証する場合に、更にもう10(V)の余裕をもたせ、VR≒100(V)を得る場合のNエピタキシャル層の各傾斜プロファイル(Slope=5/20μm,10/20μm,100/20μm,1000/20μm)におけるVF(順電圧降下)−IR(逆電流)間トレードオフ特性を従来の場合(Flatプロファイル)と比較しながらプロットしたものを図4に示す。つまり、図4はブレークダウン電圧100(V)系でのNエピタキシャル層の各傾斜プロファイルにおけるVF−IRのトレードオフ特性を示した図である。図4から以下のことがわかる。 When guaranteeing the VR = 90 (V) rating, each graded profile of the N epitaxial layer (Slope = 5/20 μm, 10) with a margin of 10 (V) to obtain VR≈100 (V) FIG. 4 shows a plot of the trade-off characteristics between VF (forward voltage drop) and IR (reverse current) at / 20 μm, 100/20 μm, and 1000/20 μm) in comparison with the conventional case (Flat profile). That is, FIG. 4 is a diagram showing the VF-IR trade-off characteristics in each gradient profile of the N epitaxial layer in the breakdown voltage 100 (V) system. The following can be seen from FIG.

(1)従来のSBDのNエピタキシャル層のフラットプロファイルに比べて、Nエピタキシャル層の濃度が傾斜(Slope)を有する本発明のゼナーダイオード機能付きSBDの方が、トレードオフカーブがより原点に近づいているので、より良いトレードオフ特性を与えている。 (1) Compared to the flat profile of the N - epitaxial layer of the conventional SBD, the SBD with a Zener diode function according to the present invention in which the concentration of the N - epitaxial layer has a slope is the origin of the trade-off curve. Is approaching, giving better trade-off characteristics.

(2)しかも、Nエピタキシャル層の濃度が傾斜(Slope)を有するもの同士であれば、傾斜率が大きいものほど、より良いトレードオフ特性を与えている。つまり、トレードオフ特性の点においては、図4に示した例のうち、傾斜=1000/20μmが最も好ましく、次いで、傾斜=100/20μmが好ましく、次いで、傾斜=10/20μmが好ましく、次いで、傾斜=5/20μmが好ましい。 (2) Moreover, if the concentration of the N epitaxial layer has a slope, the higher the slope, the better the trade-off characteristics. That is, in terms of trade-off characteristics, in the example shown in FIG. 4, inclination = 1000/20 μm is most preferable, then inclination = 100/20 μm is preferable, then inclination = 10/20 μm is preferable, Inclination = 5/20 μm is preferable.

(3)これは、他のデバイスにも見られる現象であるが、同一のトレードオフ曲線上にあっては、同じVR=100(V)のブレークダウンを得るために、図4に示したグラフの右側に位置する、より高いρt積のプロファイルのNエピタキシャル層を用いた場合には、高VRであって低IRな特性のデバイスを得ることになり、一方、図4に示したグラフの左側に位置する、より低いρt積のプロファイルのNエピタキシャル層を用いた場合には、低VRであって高IRな特性のデバイスを得ることになる。 (3) This is a phenomenon also seen in other devices, but in order to obtain the same VR = 100 (V) breakdown on the same trade-off curve, the graph shown in FIG. 4 using a higher ρt product profile N - epitaxial layer yields a device with high VR and low IR characteristics, while the graph of FIG. If a lower ρt product profile N - epitaxial layer located on the left is used, a device with low VR and high IR characteristics will be obtained.

第1の実施形態のSBDでは、図1および図2に示したように、ガードリング1とNエピタキシャル層2との境界面7からN基板3側に向かったその境界面7からの深さが増加するに従ってNエピタキシャル層2に含有せしめられている不純物の濃度の対数が直線的に増加するようにNエピタキシャル層2中に不純物が含有せしめられている。そのため、Nエピタキシャル層に含有せしめられている不純物の濃度が境界面からの深さにかかわらず一定に維持されている従来の場合よりも、境界面7からの深さが深い部分における電界の負担分を増大させることができ、それにより、PN接合付近(境界面7付近)およびガードリングコーナー部分9における電界を弱めることができる。 In the SBD of the first embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, the depth from the boundary surface 7 toward the N + substrate 3 side from the boundary surface 7 between the guard ring 1 and the N epitaxial layer 2 is deep. and impurities is made to contain in the epitaxial layer 2 - logarithm of the concentration of impurities that are allowed to contain in the epitaxial layer 2 is N so as to increase linearly - N accordance is increases. Therefore, the concentration of the impurity contained in the N epitaxial layer is kept constant regardless of the depth from the boundary surface, compared to the conventional case where the depth of the electric field in the portion deep from the boundary surface 7 is increased. The burden can be increased, whereby the electric field in the vicinity of the PN junction (near the boundary surface 7) and the guard ring corner portion 9 can be weakened.

更に、第1の実施形態のSBDでは、図1および図2に示したように、ガードリング表面8から境界面7までの深さXj1が従来の場合の深さXj2よりも増加せしめられ、ガードリング1とN基板3との間に挟まれたNエピタキシャル層2の厚さが従来の場合の厚さよりも減少せしめられている。詳細には、ガードリング表面8から境界面7までの深さXj1(=2.8μm)が従来の深さXj2(=1.5μm)の約2倍まで増加せしめられている。そのため、従来の場合よりもブレークダウン電圧を高くすることができる。更に、ガードリングコーナー部分9における電界が強くなっていた従来の場合とは異なり、ガードリング1の真下、つまり、PN接合のうちの水平な部分、すなわち、ガードリング1とNエピタキシャル層2との境界面7における電界を強め、その部分に強い電界を集中的に分布させることができる。それにより、ガードリングコーナー部分9における電界の集中を低減することができ、ガードリングコーナー部分9における電界の負担分を低減することができる。 Furthermore, in the SBD of the first embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, the depth Xj1 from the guard ring surface 8 to the boundary surface 7 is increased more than the depth Xj2 in the conventional case, and the guard The thickness of the N epitaxial layer 2 sandwiched between the ring 1 and the N + substrate 3 is made smaller than the thickness in the conventional case. Specifically, the depth Xj1 (= 2.8 μm) from the guard ring surface 8 to the boundary surface 7 is increased to about twice the conventional depth Xj2 (= 1.5 μm). Therefore, the breakdown voltage can be made higher than in the conventional case. Further, unlike the conventional case where the electric field at the guard ring corner portion 9 is strong, the horizontal portion of the PN junction, that is, the guard ring 1 and the N epitaxial layer 2, just below the guard ring 1. The electric field at the boundary surface 7 can be strengthened, and a strong electric field can be concentratedly distributed in that portion. Thereby, the concentration of the electric field in the guard ring corner portion 9 can be reduced, and the burden of the electric field in the guard ring corner portion 9 can be reduced.

図示しないが、第1の実施形態のSBDの変形例では、ガードリング表面から境界面までの深さが2.0μm以上3.5μm以下に設定され、ガードリングとN基板との間に挟まれたNエピタキシャル層の厚さが2.5μm以上4μm以下に設定されている。そのため、第1の実施形態のSBDの変形例によれば、ガードリング表面から境界面までの深さが2.0μm未満に設定され、ガードリングとN基板との間に挟まれたN層の厚さが4μmよりも大きい値に設定されている従来の場合よりも、ブレークダウン電圧を高くすることができる。更に、ガードリングコーナー部分における電界が強くなっていた従来の場合とは異なり、ガードリングの真下、つまり、PN接合のうちの水平な部分、すなわち、ガードリングとN層との境界面における電界を強め、その部分に強い電界を集中的に分布させることができる。それにより、ガードリングコーナー部分における電界の集中を低減することができ、ガードリングコーナー部分における電界の負担分を低減することができる。 Although not shown, in the modified example of the SBD of the first embodiment, the depth from the guard ring surface to the boundary surface is set to 2.0 μm or more and 3.5 μm or less, and is sandwiched between the guard ring and the N + substrate. The thickness of the N epitaxial layer is set to 2.5 μm or more and 4 μm or less. Therefore, according to the modification of the SBD of the first embodiment, the depth from the guard ring surface to the boundary surface is set to be less than 2.0 μm, and N sandwiched between the guard ring and the N + substrate. The breakdown voltage can be made higher than in the conventional case where the layer thickness is set to a value larger than 4 μm. Furthermore, unlike the conventional case where the electric field at the guard ring corner portion is strong, the electric field directly below the guard ring, that is, the horizontal portion of the PN junction, that is, the boundary surface between the guard ring and the N layer. And a strong electric field can be intensively distributed in that portion. Thereby, the concentration of the electric field in the guard ring corner portion can be reduced, and the burden of the electric field in the guard ring corner portion can be reduced.

また、第1の実施形態のSBDでは、図1および図2に示したように、ガードリング1とN基板3との間に挟まれたNエピタキシャル層2の厚さ(=5.99μm−2.8μm=3.19μm)に対するガードリング表面8から境界面7までの深さXj1(=2.8μm)の割合が約0.88に設定されている。図示しないが、第1の実施形態のSBDの他の変形例では、ガードリングとN基板との間に挟まれたNエピタキシャル層の厚さに対するガードリング表面から境界面までの深さの割合が0.3以上に設定されている。そのため、第1の実施形態のSBDの他の変形例によれば、Nエピタキシャル層の厚さに対するガードリング表面から境界面までの深さの割合が0.3未満に設定されている従来の場合よりも、ブレークダウン電圧を高くすることができる。更に、ガードリングコーナー部分における電界が強くなっていた従来の場合とは異なり、ガードリングの真下、つまり、PN接合のうちの水平な部分、すなわち、ガードリングとN層との境界面における電界を強め、その部分に強い電界を集中的に分布させることができる。それにより、ガードリングコーナー部分における電界の集中を低減することができ、ガードリングコーナー部分における電界の負担分を低減することができる。 In the SBD of the first embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, the thickness of the N epitaxial layer 2 sandwiched between the guard ring 1 and the N + substrate 3 (= 5.99 μm). The ratio of the depth Xj1 (= 2.8 μm) from the guard ring surface 8 to the boundary surface 7 with respect to −2.8 μm = 3.19 μm) is set to about 0.88. Although not shown, in another modification of the SBD of the first embodiment, the depth from the guard ring surface to the boundary surface with respect to the thickness of the N epitaxial layer sandwiched between the guard ring and the N + substrate is changed. The ratio is set to 0.3 or more. Therefore, according to another modification of the SBD of the first embodiment, the ratio of the depth from the guard ring surface to the boundary surface with respect to the thickness of the N epitaxial layer is set to less than 0.3. The breakdown voltage can be increased as compared with the case. Furthermore, unlike the conventional case where the electric field at the guard ring corner portion is strong, the electric field directly below the guard ring, that is, the horizontal portion of the PN junction, that is, the boundary surface between the guard ring and the N layer. And a strong electric field can be intensively distributed in that portion. Thereby, the concentration of the electric field in the guard ring corner portion can be reduced, and the burden of the electric field in the guard ring corner portion can be reduced.

また、図示しないが、第1の実施形態のSBDの他の変形例では、好ましくは、ガードリングとN基板との間に挟まれたNエピタキシャル層の厚さに対するガードリング表面から境界面までの深さの割合が0.4以上に設定されている。 Although not shown, in another modification of the SBD of the first embodiment, it is preferable that the boundary surface from the guard ring surface to the thickness of the N epitaxial layer sandwiched between the guard ring and the N + substrate. The ratio of the depth until is set to 0.4 or more.

更に、第1の実施形態のSBDでは、図1および図2に示したように、ガードリング1とNエピタキシャル層2との境界面7からN基板3側に向かったその境界面7からの深さが20μm増加すると、Nエピタキシャル層2に含有せしめられている不純物の濃度の対数が100直線的に増加するようにNエピタキシャル層2中に不純物が含有せしめられている。 Furthermore, in the SBD of the first embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, from the boundary surface 7 between the guard ring 1 and the N epitaxial layer 2 toward the N + substrate 3 side, the depth of the increases 20 [mu] m, N - has the impurity is made to contain in the epitaxial layer 2 - N as the logarithm of the concentration of impurities that are allowed to contain in the epitaxial layer 2 increases to 100 linearly.

また、他実施形態のSBDでは、図4に示したように、ガードリングとNエピタキシャル層との境界面からN基板側に向かったその境界面からの深さが20μm増加すると、Nエピタキシャル層に含有せしめられている不純物の濃度の対数が5以上1000以下直線的に増加するようにN層中に不純物が含有せしめられている。 Further, the SBD of other embodiments, as shown in FIG. 4, the guard ring and the N - the depth from the boundary surface towards the N + substrate side from the interface between the epitaxial layer is increased 20 [mu] m, N - and impurities is made to contain in the layer - N as the logarithm of the concentration of impurities that are allowed to contain in the epitaxial layer increases linearly 5 to 1,000.

更に、第1の実施形態のSBDでは、図1および図24に示したように、フィールドプレート4の端部4’の真下におけるNエピタキシャル層2の表面の電界(=2.0E5(V/cm))が、ガードリングコーナー部分9におけるNエピタキシャル層2の表面の電界(=1.75E5(V/cm))よりも強くなるように、Nエピタキシャル層2に含有せしめられている不純物の濃度と、ガードリング表面8から境界面7までの深さと、ガードリング1とN基板3との間に挟まれたNエピタキシャル層2の厚さとが設定されている。そのため、フィールドプレート4の端部4’の真下におけるNエピタキシャル層2の表面の電界を、ガードリングコーナー部分9におけるNエピタキシャル層2の表面の電界よりも強くすることができる。 Furthermore, in the SBD of the first embodiment, as shown in FIGS. 1 and 24, the electric field (= 2.0E5 (V / V) on the surface of the N epitaxial layer 2 immediately below the end 4 ′ of the field plate 4. cm)) is stronger than the electric field (= 1.75E5 (V / cm)) of the surface of the N epitaxial layer 2 in the guard ring corner portion 9, and the impurities contained in the N epitaxial layer 2 , The depth from the guard ring surface 8 to the boundary surface 7, and the thickness of the N epitaxial layer 2 sandwiched between the guard ring 1 and the N + substrate 3 are set. Therefore, the electric field on the surface of N epitaxial layer 2 immediately below end 4 ′ of field plate 4 can be made stronger than the electric field on the surface of N epitaxial layer 2 in guard ring corner portion 9.

また、第1の実施形態のSBDでは、図1および図25(B)に示したように、逆電流の約75%が、PN接合の水平部分(境界面7)を通過し、フィールドプレート4(アノード電極)に向かって垂直に流れるように、Nエピタキシャル層2に含有せしめられている不純物の濃度と、ガードリング表面8から境界面7までの深さと、ガードリング1とN基板3との間に挟まれたNエピタキシャル層2の厚さとが設定されている。 In the SBD of the first embodiment, as shown in FIGS. 1 and 25B, about 75% of the reverse current passes through the horizontal portion (boundary surface 7) of the PN junction, and the field plate 4 The concentration of impurities contained in the N epitaxial layer 2, the depth from the guard ring surface 8 to the boundary surface 7, the guard ring 1 and the N + substrate 3 so as to flow vertically toward the (anode electrode). The thickness of the N epitaxial layer 2 sandwiched between the two is set.

更に、図示しないが、第1および他実施形態のSBDでは、ショットキバリアダイオードが20(V)以上100(V)以下のゼナー電圧でブレークダウンせしめられるように、Nエピタキシャル層2に含有せしめられている不純物の濃度と、ガードリング表面8から境界面7までの深さと、ガードリング1とN基板3との間に挟まれたNエピタキシャル層2の厚さとが設定されている。 Further, although not shown, in the SBDs of the first and other embodiments, the Schottky barrier diode is included in the N - epitaxial layer 2 so that the Schottky barrier diode can be broken down at a Zener voltage of 20 (V) or more and 100 (V) or less. The concentration of the impurities, the depth from the guard ring surface 8 to the boundary surface 7, and the thickness of the N epitaxial layer 2 sandwiched between the guard ring 1 and the N + substrate 3 are set.

ゼナーダイオードの機能を有する本発明のSBDの第1の実施形態の断面図である。It is sectional drawing of 1st Embodiment of SBD of this invention which has a function of a Zener diode. 図1中のN−N’線に沿った第1の実施形態のSBDの濃度プロファイルを示した図である。It is the figure which showed the density | concentration profile of SBD of 1st Embodiment along the N-N 'line | wire in FIG. 第1の実施形態のSBDについてのシミュレーション(実施)領域を示した図である。It is the figure which showed the simulation (implementation) area | region about SBD of 1st Embodiment. ブレークダウン電圧100(V)系でのNエピタキシャル層の各傾斜プロファイルにおけるVF−IRのトレードオフ特性を示した図である。It is the figure which showed the trade-off characteristic of VF-IR in each inclination profile of the N < - > epitaxial layer in a breakdown voltage 100 (V) system. 特開平5−75100号公報に記載されたガードリング構造付きSBDの基本型を示した図である。It is the figure which showed the basic type of SBD with a guard ring structure described in Unexamined-Japanese-Patent No. 5-75100. 特開平5−75100号公報に記載されたガードリング構造付きSBDの改善型を示した図である。It is the figure which showed the improved type | mold of SBD with a guard ring structure described in Unexamined-Japanese-Patent No. 5-75100. 特開平5−75100号公報に記載された逆バイアス電圧VRとリーク電流IRとの関係などを示した図である。It is the figure which showed the relationship between reverse bias voltage VR and leakage current IR which were described in Unexamined-Japanese-Patent No. 5-75100. 特開平9−9522号公報に記載されたダイオードの構造の一例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating an example of the structure of the diode described in Unexamined-Japanese-Patent No. 9-9522. 特開平9−9522号公報に記載されたダイオードの他の構造例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the other structural example of the diode described in Unexamined-Japanese-Patent No. 9-9522. PN接合ダイオード、SBD、およびゼナーダイオードを一般的に示す記号を示した図である。It is the figure which showed the symbol which shows a PN junction diode, SBD, and a Zener diode generally. 特願2004−56119号に開示されたゼナーダイオード構造を追加したガードリング付きのSBDのデバイス構造を示した図である。It is the figure which showed the device structure of SBD with a guard ring which added the Zener diode structure disclosed by Japanese Patent Application No. 2004-56119. 1979年3月発行のIEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES誌 VOL.ED−26,NO.3のFig.1などを示した図である。Issued in March 1979, IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES VOL. ED-26, NO. 3 of FIG. FIG. 特開2000−261006号公報に記載されたSBDのエピタキシャル層に含まれる不純物の濃度分布などを示した図である。It is the figure which showed concentration distribution etc. of the impurity contained in the epitaxial layer of SBD described in Unexamined-Japanese-Patent No. 2000-261006. 特開平5−336749号公報に記載された1石式フォワードコンバータの回路を示した図である。It is the figure which showed the circuit of the 1 stone type | mold forward converter described in Unexamined-Japanese-Patent No. 5-336749. 図14に示したフライホイール用ダイオードD2にかかる電圧VD2、それを流れる電流ID2などを示した図である。It is the figure which showed voltage VD2 concerning the flywheel diode D2 shown in FIG. 14, current ID2 etc. which flow through it. はねあがり電圧VSPが発生する付近を詳細に示した図である。It is the figure which showed in detail the vicinity where the splashing voltage VSP is generated. 従来のSBDのガードリングコーナー部における電流集中を示した図である。It is the figure which showed the current concentration in the guard ring corner part of the conventional SBD. 図17の一部を拡大して示した図である。It is the figure which expanded and showed a part of FIG. 従来のデバイスについてのシミュレーション(実施)領域を示した図である。It is the figure which showed the simulation (implementation) area | region about the conventional device. 図19に示したA’−B’ラインに沿った濃度プロファイルのシミュレーション結果を示した図である。FIG. 20 is a diagram illustrating a simulation result of a concentration profile along the line A′-B ′ illustrated in FIG. 19. 逆方向電圧VRとリーク電流IRとの関係のシミュレーション結果を示した図である。It is the figure which showed the simulation result of the relationship between reverse direction voltage VR and leak current IR. 図20にN基板側領域を加えた図である。It is the figure which added the N + board | substrate side area | region to FIG. 開口端(x=5μm)の位置における縦方向の電界分布のシミュレーション結果を示した図である。It is the figure which showed the simulation result of the electric field distribution of the vertical direction in the position of an opening end (x = 5 micrometer). Si表面(y=0.1μmの深さ)の位置における横方向の電界分布のシミュレーション結果を示した図である。It is the figure which showed the simulation result of the electric field distribution of the horizontal direction in the position of Si surface (y = 0.1 micrometer depth). 電流分布のシミュレーション結果を示した図である。It is the figure which showed the simulation result of electric current distribution. 電流密度分布のシミュレーション結果を示した図である。It is the figure which showed the simulation result of current density distribution. Si表面(y=0.1μm深さ)での横方向電流密度のシミュレーション結果を示した図である。It is the figure which showed the simulation result of the horizontal direction current density in Si surface (y = 0.1 micrometer depth).

符号の説明Explanation of symbols

1 ガードリング
2 Nエピタキシャル層
3 N基板
4 フィールドプレート(バリアメタル、アノードメタル)
4’ フィールドプレートの端部
5 カソードメタル
6 SiO
7 境界面(PN接合の水平部分)
8 ガードリング表面
9 ガードリングコーナー部分
1 Guard ring 2 N Epitaxial layer 3 N + Substrate 4 Field plate (barrier metal, anode metal)
4 'Field plate edge 5 Cathode metal 6 SiO 2 film 7 Interface (horizontal part of PN junction)
8 Guard ring surface 9 Guard ring corner

Claims (2)

ガードリング(1)と、不純物を含有しているN層(2)と、N基板(3)と、フィールドプレート(4)と、SiO 膜(6)とを有し、
前記N 層(2)の表面のうちの、前記ガードリング(1)よりも内径側の部分を前記フィールドプレート(4)によって覆い、
前記ガードリング(1)の表面(8)の内径側の部分を前記フィールドプレート(4)によって覆い、
前記ガードリング(1)の表面(8)の外径側の部分を前記SiO 膜(6)によって覆い、
前記N 層(2)の表面のうちの、前記ガードリング(1)よりも外径側の部分を前記SiO 膜(6)によって覆い、
前記フィールドプレート(4)の外径側の端部(4’)を、前記SiO 膜(6)の上であって、前記ガードリング(1)よりも外径側の位置に配置したショットキバリアダイオードにおいて、
前記N基板(3)側に向かった前記ガードリング(1)と前記N層(2)との境界面の水平部分(7)からの深さの増加に従って、前記N層(2)中の不純物の濃度の対数が第1の濃度勾配で直線的に増加し、かつ、
前記第1の濃度勾配では、深さ20μm当たりの前記N層(2)中の不純物の濃度の対数の増加分が5以上1000以下であり、かつ、
前記N層(2)と前記N基板(3)との境界面からの深さの増加に従って、前記N基板(3)中の不純物の濃度の対数が前記第1の濃度勾配より大きい第2の濃度勾配で増加し、かつ、
前記N基板(3)中の不純物の濃度の対数が最大値まで増加すると、前記N層(2)と前記N基板(3)との境界面からの深さの増加に関わらず、前記N基板(3)中の不純物の濃度の対数が一定になり、かつ、
前記フィールドプレート(4)の外径側の端部(4’)の真下における前記N層(2)の表面の電界が、ガードリングコーナー部分(9)における前記N層(2)の表面の電界よりも強くなり、かつ、
逆電流の約75%が前記水平部分(7)を通過して前記フィールドプレート(4)に向かって垂直に流れるように、
前記N層(2)中の不純物の濃度を設定すると共に、前記ガードリング(1)の表面(8)から前記水平部分(7)までの深さを2.0μm以上3.5μm以下に設定し、かつ、前記水平部分(7)と前記N基板(3)との間に挟まれた前記N層(2)の厚さを2.5μm以上4μm以下に設定したことを特徴とするショットキバリアダイオード。
It possesses a layer (2), and the N + substrate (3), a field plate (4), and a SiO 2 film (6), - a guard ring (1), N containing impurities
Of the surface of the N layer (2), the portion on the inner diameter side of the guard ring (1) is covered with the field plate (4),
Covering the inner diameter side portion of the surface (8) of the guard ring (1) with the field plate (4),
A portion on the outer diameter side of the surface (8) of the guard ring (1 ) is covered with the SiO 2 film (6),
Of the surface of the N layer (2), a portion on the outer diameter side of the guard ring (1 ) is covered with the SiO 2 film (6),
A Schottky barrier in which an outer diameter side end (4 ′) of the field plate (4) is disposed on the outer diameter side of the guard ring (1) on the SiO 2 film (6). In the diode,
As the depth from the horizontal portion (7) of the interface between the guard ring (1) and the N layer (2) toward the N + substrate (3) increases, the N layer (2) The logarithm of the concentration of impurities therein increases linearly with the first concentration gradient, and
In the first concentration gradient, a logarithmic increase in the concentration of impurities in the N layer (2) per depth of 20 μm is 5 or more and 1000 or less, and
As the depth from the boundary surface between the N layer (2) and the N + substrate (3) increases, the logarithm of the concentration of impurities in the N + substrate (3) is larger than the first concentration gradient. Increasing with a second concentration gradient, and
When the logarithm of the concentration of impurities in the N + substrate (3) increases to the maximum value, regardless of the increase in depth from the interface between the N layer (2) and the N + substrate (3), The logarithm of the concentration of impurities in the N + substrate (3) is constant, and
The surface of the layer (2) - the N at immediately below the end of the outer diameter side (4 ') of said field plate (4) - the N field of the surface of the layer (2) is, in the guard ring corners (9) Stronger than the electric field, and
Such that about 75% of the reverse current flows vertically through the horizontal portion (7) towards the field plate (4) ,
The concentration of impurities in the N layer (2) is set, and the depth from the surface (8) of the guard ring (1) to the horizontal portion (7) is set to 2.0 μm or more and 3.5 μm or less. In addition, the thickness of the N layer (2) sandwiched between the horizontal portion (7) and the N + substrate (3) is set to 2.5 μm or more and 4 μm or less. Schottky barrier diode.
前記ショットキバリアダイオードが20(V)以上100(V)以下のゼナー電圧でブレークダウンせしめられることを特徴とする請求項1に記載のショットキバリアダイオード。   2. The Schottky barrier diode according to claim 1, wherein the Schottky barrier diode is broken down at a Zener voltage of 20 (V) or more and 100 (V) or less.
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