ダイオードの製造方法
【課題】 空乏層がｐ型領域からショットキー接続部に広がり易いダイオードの製造方法を提供する。
【解決手段】 半導体基板の一方の表面に形成されているアノード電極と、半導体基板の他方の表面に形成されているカソード電極と、半導体基板内に形成されており、アノード電極に対してオーミック接続されているｐ型領域と、半導体基板内に形成されており、ｐ型領域に隣接しており、アノード電極に対してショットキー接続されており、カソード電極に対してオーミック接続されているｎ型領域を有するダイオードの製造方法。この製造方法は、ｐ型不純物をマスクを通して半導体基板に注入する第１注入ステップと、その後に、第１注入ステップと注入深さを変更して前記ｐ型不純物と同種のｐ型不純物を前記マスクと同一のマスクを通して半導体基板に注入する第２注入ステップとを実行することで、前記ｐ型領域を形成する。
【解決手段】 半導体基板の一方の表面に形成されているアノード電極と、半導体基板の他方の表面に形成されているカソード電極と、半導体基板内に形成されており、アノード電極に対してオーミック接続されているｐ型領域と、半導体基板内に形成されており、ｐ型領域に隣接しており、アノード電極に対してショットキー接続されており、カソード電極に対してオーミック接続されているｎ型領域を有するダイオードの製造方法。この製造方法は、ｐ型不純物をマスクを通して半導体基板に注入する第１注入ステップと、その後に、第１注入ステップと注入深さを変更して前記ｐ型不純物と同種のｐ型不純物を前記マスクと同一のマスクを通して半導体基板に注入する第２注入ステップとを実行することで、前記ｐ型領域を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１に開示されているように、ショットキーダイオードとｐｎダイオードを組み合わせたダイオードが知られている。この種のダイオードでは、複数のｐ型領域が、アノード電極と接する範囲に離散的に形成されている。ｐ型領域の間の範囲では、ｎ型領域がアノード電極に対してショットキー接続されている。
【０００３】
一般に、ショットキーダイオードでは、リカバリ損失がほとんど発生しない。このため、上述したショットキーダイオードとｐｎダイオードを組み合わせたダイオードでは、通常のｐｎダイオードに比べて、リカバリ損失を低減することができる。また、一般に、ショットキーダイオードでは、逆電圧が印加されているときに、漏れ電流が生じ易い。しかしながら、上述したショットキーダイオードとｐｎダイオードを組み合わせたダイオードでは、逆電圧が印加されると、各ｐ型領域からｎ型領域内に空乏層が広がる。空乏層によって２つのｐ型領域の間のｎ型領域がピンチオフされる。これによって、このダイオードでは、ショットキーダイオードにおける逆方向漏れ電流が抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３１４０９９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したショットキーダイオードとｐｎダイオードを組み合わせたダイオードでは、ｐ型領域から横方向（半導体基板の表面に対して平行な方向）に伸びる空乏層によって、２つのｐ型領域の間のｎ型領域をピンチオフする。しかしながら、空乏層が横方向に伸びる距離が短いため、２つのｐ型領域の間の距離を短くしなければならない。その結果、ショットキー接続部の面積が小さくなり、ダイオードで生じるリカバリ損失をそれほど大幅に低減することができない。また、特許文献１の技術では、深い位置に幅が広いｐ型領域を設けることで、２つのｐ型領域の間の間隔を狭めるとともに、ショットキー接続部の面積を確保している。しかしながら、このように複雑な構造を採用すると、ダイオードの製造コストが高くなるという問題が生じる。したがって、本明細書では、空乏層がｐ型領域からショットキー接続部に広がり易いダイオードの製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書が開示するダイオードの製造方法では、半導体基板の一方の表面に形成されているアノード電極と、半導体基板の他方の表面に形成されているカソード電極と、半導体基板内に形成されており、アノード電極に対してオーミック接続されているｐ型領域と、半導体基板内に形成されており、ｐ型領域に隣接しており、アノード電極に対してショットキー接続されており、カソード電極に対してオーミック接続されているｎ型領域を有するダイオードを製造する。この製造方法では、ｐ型不純物をマスクを通して半導体基板に注入する第１注入ステップと、その後に、第１注入ステップと注入深さを変更して前記ｐ型不純物と同種のｐ型不純物を前記マスクと同一のマスクを通して半導体基板に注入する第２注入ステップとを実行することで、前記ｐ型領域を形成することを特徴とする。
【０００７】
この製造方法では、同一のマスクを用いて注入深さが異なる２つの注入ステップ（第１注入ステップと第２注入ステップ）を実施する。このように、異なる深さにｐ型不純物を注入すると、その後にｐ型不純物をそれほど拡散させることなく、深いｐ型領域を形成することができる。ｐ型不純物の拡散距離が小さいと、ｐ型領域とショットキー接続部を構成するｎ型領域との境界面を、半導体基板の表面に対してより垂直に近い角度とすることができる。その結果、ｐ型領域から、ショットキー接続部を構成するｎ型領域に向かって空乏層が伸びやすくなる。したがって、この製造方法によれば、逆方向漏れ電流が生じ難いダイオードを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】ダイオード１０の縦断面図（図３のＩ−Ｉ線における縦断面図）。
【図２】ダイオード１０のｐ型領域２２の拡大断面図。
【図３】アノード電極２０の図示を省略したダイオード１０の上面図。
【図４】図２のＡ−Ａ線に沿って見たｐ型領域２２内のｐ型不純物濃度Ｎｐの分布と電界Ｅの分布を示すグラフ。
【図５】実施例の製造方法の説明図。
【図６】実施例の製造方法の説明図。
【図７】実施例の製造方法の説明図。
【図８】変形例のダイオードの上面図。
【図９】変形例のダイオードの上面図。
【図１０】従来のダイオードの縦断面図。
【図１１】従来のダイオードのｐ型領域２２の拡大断面図。
【図１２】図１１のＢ−Ｂ線に沿って見たｐ型領域２２内のｐ型不純物濃度Ｎｐの分布と電界Ｅの分布を示すグラフ。
【図１３】従来のダイオードの製造方法の説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
最初に、実施例の製造方法により製造されるダイオード１０の構造について説明する。図１、２に示すように、ダイオード１０は、半導体基板１２と、半導体基板１２の上面に形成されているアノード電極２０と、半導体基板１２の下面に形成されているカソード電極２８を有している。半導体基板１２内には、複数のｐ型領域２２と、低濃度ｎ型領域２４と、高濃度ｎ型領域２６が形成されている。複数のｐ型領域２２は、アノード電極２０と接する範囲に間隔を空けて形成されている。各ｐ型領域２２は、アノード電極２０に対してオーミック接続されている。低濃度ｎ型領域２４は、各ｐ型領域２２の側方、及び、下側に形成されている。低濃度ｎ型領域２４は、２つのｐ型領域２２の間の範囲において、アノード電極２０と接している。以下では、２つのｐ型領域２２の間に挟まれている範囲の低濃度ｎ型領域２４を、ショットキー接続領域２４ａという。ショットキー接続領域２４ａは、アノード電極２０に対してショットキー接続されている。高濃度ｎ型領域２６は、低濃度ｎ型領域２４の下側に形成されている。高濃度ｎ型領域２６内のｎ型不純物濃度は、低濃度ｎ型領域２４内のｎ型不純物濃度よりも高い。高濃度ｎ型領域２６は、カソード電極２８に対してオーミック接続されている。アノード電極２０と、低濃度ｎ型領域２４と、高濃度ｎ型領域２６と、カソード電極２８によって、ショットキーダイオードが形成されている。また、アノード電極２０と、ｐ型領域２２と、低濃度ｎ型領域２４と、高濃度ｎ型領域２６と、カソード電極２８によって、ｐｎダイオードが形成されている。
【００１０】
図３は、アノード電極２０の図示を省略したダイオード１０の上面図を示している。図３に示すように、半導体基板１２の上面に露出する範囲には、半導体基板１２の外周に沿って３つのＦＬＲ（フィールドリミッティングリング）４０が形成されている。図１に示す断面構造は、図３のＦＬＲ４０に囲まれた領域内に形成されている。図３に示すように、各ｐ型領域２２は、互いに平行なストライプ状に形成されている。
【００１１】
他方、図１０、１１は、従来の製造方法により製造されるダイオード（ショットキーダイオードとｐｎダイオードを組み合わせたダイオード）を示している。なお、図１０、１１において、図１、２のダイオードの各部分に対応する部分には、図１、２と同じ参照番号を付している。
【００１２】
図１、１０を比較することで明らかなように、ダイオード１０では、従来のダイオードに比べて、２つのｐ型領域２２の間の距離（すなわち、ショットキー接続領域２４ａとアノード電極２０とがショットキー接続されている部分の幅）が大きい。
【００１３】
また、図２、１１の参照番号２２ａは、ｐ型領域２２とショットキー接続領域２４ａの境界面（すなわち、ｐ型領域２２の側方の境界面）を示している。図２、１１を比較することで明らかなように、ダイオード１０では、境界面２２ａが、従来のダイオードよりも、半導体基板１２の表面に対して垂直に近い角度で形成されている。
【００１４】
また、図４、１２は、ダイオード１０と従来のダイオードにおいて、境界面２２ａ近傍のｐ型不純物濃度分布と電界分布を示している。図４、１２を比較することで明らかなように、ダイオード１０では、境界面２２ａ近傍において、ｐ型領域２２内のｐ型不純物濃度の勾配が急峻となっている。したがって、境界面２２ａに近い位置（例えば、図４、１２に示す境界面２２ａから一定の距離の位置２２ｃ）において、ダイオード１０では、従来のダイオードよりもｐ型不純物濃度が高い。
【００１５】
次に、ダイオード１０の動作について説明する。ダイオード１０に順電圧を印加すると、図１の矢印１００、１０２に示すように、電流が流れる。矢印１００に示す電流経路は、ショットキーダイオードの電流経路である。矢印１０２に示す電流経路は、ｐｎダイオードの電流経路である。上述したように、ダイオード１０では、ショットキー接続領域２４ａの幅が、図１０に示す従来のダイオードよりも大きい。このため、矢印１００に示すようにショットキーダイオードの電流経路に流れる電流が従来のダイオードよりも多い。このため、ショットキーダイオードとしての効果が大きくなるので、順電圧が逆電圧に切り換えられるときに、ダイオード１０では、従来のダイオードよりも、リカバリ損失が生じ難い。
【００１６】
また、ダイオード１０に逆電圧を印加すると、ｐ型領域２２から低濃度ｎ型領域２４内に空乏層が広がる。２つのｐ型領域２２に挟まれたショットキー接続領域２４ａ内には、矢印１１０に示すように、両側のｐ型領域２２から空乏層が伸びる。その結果、空乏層がショットキー接続領域２４ａ全体に広がる。すなわち、ショットキー接続領域２４ａがピンチオフされる。このため、ショットキー接続領域２４ａを通して逆方向漏れ電流が生じることが抑制される。
【００１７】
なお、ダイオード１０では、２つのｐ型領域２２の間のショットキー接続領域２４ａの幅が大きいため、ショットキー接続領域２４ａをピンチオフするためには、ショットキー接続領域２４ａ内に大きく空乏層を伸展させなければならない。ダイオード１０では、以下の理由により、ショットキー接続領域２４ａ内に空乏層が伸びやすくなっている。
【００１８】
第１の理由は、ダイオード１０では、ｐ型領域２２の側方の境界面２２ａが半導体基板１２の上面に対して垂直に近い角度で形成されていることである。空乏層は、ｐ型領域２２の境界面２２ａから垂直な方向に伸び易い。このため、図１１に示す従来のダイオードのように、ｐ型領域２２の側方の境界面２２ａが大きく傾いていると、矢印１２２に示すように、空乏層がｐ型領域２２から斜め下方向に伸び易くなる。これに対し、図２に示すように、境界面２２ａが半導体基板１２の表面に対して略垂直となっていると、矢印１２０に示すように、空乏層がｐ型領域２２から横方向（半導体基板１２の表面と平行な方向）に伸びやすくなる。このため、ダイオード１０では、ショットキー接続領域２４ａ内に空乏層が伸び易い。
【００１９】
第２の理由は、ダイオード１０では、ｐ型領域２２の境界面２２ａの近傍で、ｐ型不純物濃度が高くなっていることである。図４、１２の電界Ｅの分布は、ダイオード１０と従来のダイオードのそれぞれに比較的小さい逆電圧（ショットキー接続領域２４ａがピンチオフされない程度の逆電圧）を印加したときの電界分布である。図４、１２の電界分布において、電界Ｅが生じている範囲（電界Ｅがゼロ以上の範囲）は、空乏層が広がっている領域である。図４、１２を比較すると明らかなように、ダイオード１０では、境界面２２ａ近傍のｐ型領域２２内のｐ型不純物濃度が高いために、ｐ型領域２２内に空乏層が伸びる距離Ｌ１が小さくなり、ショットキー接続領域２４ａ内に空乏層が伸びる距離Ｌ２が大きくなっている。すなわち、ダイオード１０は、従来のダイオードよりも、ショットキー接続領域２４ａ内に空乏層が伸び易い。
【００２０】
このように、ダイオード１０は、ショットキー接続領域２４ａ内に空乏層が伸び易いので、ショットキー接続領域２４ａの幅が大きくても、ショットキー接続領域２４ａをピンチオフできる。このため、ダイオード１０は、逆方向漏れ電流が生じ難い。また、ダイオード１０は、ショットキー接続領域２４ａの幅が大きいので、従来のダイオードよりもリカバリ損失が生じ難い。
【００２１】
次に、ダイオード１０の製造方法について説明する。ダイオード１０を製造する際には、ｐ型領域２２を形成するために、半導体基板１２の上面にｐ型不純物が注入される。図５〜７は、ｐ型不純物注入工程を示している。なお、ｐ型不純物注入工程の前に、半導体基板１２には、既に、低濃度ｎ型領域２４が形成されている。
【００２２】
ｐ型不純物注入工程では、最初に、図５に示すように、半導体基板１２の上面に、開口部５２を有するマスク５０を形成する。
【００２３】
次に、図５に示すように、半導体基板１２の上面にｐ型不純物を注入する。マスク５０が形成されている範囲ではマスク５０によってｐ型不純物が半導体基板１２に注入されることが防止される。このため、ｐ型不純物は、開口部５２内の半導体基板１２に注入される。ここでは、半導体基板１２に注入されるｐ型不純物の平均停止深さが深さＤ１（図５参照）となるように、ｐ型不純物の注入エネルギーを調節する。なお、ｐ型不純物の注入エネルギーは、不純物注入装置によって調節することができる。
【００２４】
その後に、マスク５０が形成された状態のまま半導体基板１２の上面に対して、ｐ型不純物の注入を繰り返し行う。２回目以降のｐ型不純物の注入では、ｐ型不純物の平均停止深さが前回のｐ型不純物の注入時の平均停止深さよりも浅くなるように、ｐ型不純物の注入エネルギーを調節する。例えば、図６は、２回目のｐ型不純物の注入を示している。図６に示すように、２回目のｐ型不純物の注入では、半導体基板１２に注入されるｐ型不純物の平均停止深さＤ２が、１回目のｐ型不純物注入時の平均停止深さＤ１よりも浅くなるように、ｐ型不純物の注入エネルギーを調節する。このように、注入深さを徐々に浅くしながらｐ型不純物の注入が繰り返し行うことで、図７に示すように、開口部５２内の半導体基板１２に浅い位置から深い位置までｐ型不純物が注入される。
【００２５】
図７に示すようにｐ型不純物が注入された後に、半導体基板１２に対して熱処理が行われる。これによって、半導体基板１２に注入されたｐ型不純物が拡散するとともに活性化し、図１、２に示すようにｐ型領域２２が形成される。ｐ型不純物注入工程において浅い位置から深い位置までｐ型不純物が注入されているので、図２に示すように、ｐ型領域２２の側方の境界面２２ａが、半導体基板１２の上面に対して略垂直となる。また、ｐ型不純物注入工程において浅い位置から深い位置までｐ型不純物が注入されているので、熱処理工程では、ｐ型不純物をあまり拡散させなくても、浅い位置から深い位置まで広がるｐ型領域２２を形成することができる。熱処理工程におけるｐ型不純物の拡散距離を小さくすると、図４に示すように、境界面２２ａの近傍において、ｐ型領域２２内のｐ型不純物濃度の勾配が急峻となる。熱処理工程の後に、アノード電極２０、カソード電極２８を形成することで、図１に示すダイオード１０が完成する。
【００２６】
次に、図１０、１１に示す従来のダイオードの製造方法について説明する。従来のダイオードの製造方法では、図１３に示すように、マスク６０を介して半導体基板１２の上面にｐ型不純物を注入する。このとき、半導体基板１２の表面近傍の位置にｐ型不純物を注入する。すなわち、ここでは、半導体基板１２に注入されるｐ型不純物の平均停止深さＤ３が極めて小さくなるように、ｐ型不純物の注入エネルギーを調節する。その後、半導体基板１２を熱処理することで、注入されたｐ型不純物を拡散させるとともに、活性化させる。これによって、図１０、１１に示すように、ｐ型領域２２が形成される。ｐ型不純物注入工程では半導体基板１２の表面近傍のみにｐ型不純物が注入されているので、熱処理工程ではｐ型不純物の拡散距離を長くして、ｐ型不純物を深い位置まで拡散させる。このように、浅い位置に注入されたｐ型不純物を長距離拡散させてｐ型領域２２を形成すると、図１１に示すように、ｐ型領域２２の側方の境界面２２ａと下方の境界面２２ｂが滑らかに接続され、境界面２２ａが半導体基板１２の上面に対して傾斜する。また、このようにｐ型不純物の拡散距離が大きいと、図１２に示すように、境界面２２ａの近傍において、ｐ型領域２２内のｐ型不純物濃度の勾配が緩やかとなる。
【００２７】
以上に説明したように、本実施例の製造方法では、同一のマスクを通して、注入深さを変更して、複数回ｐ型不純物を半導体基板に注入する。つまり、マスクと半導体基板の位置関係を変更しないで、注入深さを変更して、複数回ｐ型不純物を半導体基板に注入する。したがって、本実施例の製造方法では、従来の製造方法に比べて、ｐ型領域２２の側方の境界面２２ａを半導体基板１２の上面に対して垂直に近い角度に形成することができる。また、本実施例の製造方法では、従来の製造方法に比べて、境界面２２ａ近傍におけるｐ型領域２２内のｐ型不純物濃度の勾配を急峻とすることができる。このため、空乏層がｐ型領域２２から横方向に広がり易くなり、２つのｐ型領域２２の間の幅（ショットキー接続領域２４ａの幅）を広く設けることができる。したがって、本実施例の製造方法では、逆方向漏れ電流が生じ難いとともに、従来よりもリカバリ損失が生じ難いダイオード１０を製造することができる。
【００２８】
なお、上述した実施例の製造方法では、同一のマスクを通して注入深さを変更しながら半導体基板に繰り返しｐ型不純物を注入したが、ｐ型不純物の注入回数は２回以上であれば、何回でもよい。注入回数を２回以上とすれば、従来よりもダイオードの特性を改善することができる。また、上述した実施例の製造方法では、ｐ型不純物注入を繰り返す際に、注入深さを徐々に浅くしたが、ｐ型不純物の注入深さはどのように変更してもよい。
【００２９】
また、上述したダイオード１０では、図３に示すようにｐ型領域２２がストライプ状に形成されていたが、その他の形状に形成されていてもよい。例えば、図８に示すようにｐ型領域２２が円形に形成されていてもよいし、図９に示すようにｐ型領域２２が格子状に形成されていてもよい。
【００３０】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３１】
１０：ダイオード
１２：半導体基板
２０：アノード電極
２２：ｐ型領域
２４：低濃度ｎ型領域
２６：高濃度ｎ型領域
２８：カソード電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１に開示されているように、ショットキーダイオードとｐｎダイオードを組み合わせたダイオードが知られている。この種のダイオードでは、複数のｐ型領域が、アノード電極と接する範囲に離散的に形成されている。ｐ型領域の間の範囲では、ｎ型領域がアノード電極に対してショットキー接続されている。
【０００３】
一般に、ショットキーダイオードでは、リカバリ損失がほとんど発生しない。このため、上述したショットキーダイオードとｐｎダイオードを組み合わせたダイオードでは、通常のｐｎダイオードに比べて、リカバリ損失を低減することができる。また、一般に、ショットキーダイオードでは、逆電圧が印加されているときに、漏れ電流が生じ易い。しかしながら、上述したショットキーダイオードとｐｎダイオードを組み合わせたダイオードでは、逆電圧が印加されると、各ｐ型領域からｎ型領域内に空乏層が広がる。空乏層によって２つのｐ型領域の間のｎ型領域がピンチオフされる。これによって、このダイオードでは、ショットキーダイオードにおける逆方向漏れ電流が抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３１４０９９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したショットキーダイオードとｐｎダイオードを組み合わせたダイオードでは、ｐ型領域から横方向（半導体基板の表面に対して平行な方向）に伸びる空乏層によって、２つのｐ型領域の間のｎ型領域をピンチオフする。しかしながら、空乏層が横方向に伸びる距離が短いため、２つのｐ型領域の間の距離を短くしなければならない。その結果、ショットキー接続部の面積が小さくなり、ダイオードで生じるリカバリ損失をそれほど大幅に低減することができない。また、特許文献１の技術では、深い位置に幅が広いｐ型領域を設けることで、２つのｐ型領域の間の間隔を狭めるとともに、ショットキー接続部の面積を確保している。しかしながら、このように複雑な構造を採用すると、ダイオードの製造コストが高くなるという問題が生じる。したがって、本明細書では、空乏層がｐ型領域からショットキー接続部に広がり易いダイオードの製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書が開示するダイオードの製造方法では、半導体基板の一方の表面に形成されているアノード電極と、半導体基板の他方の表面に形成されているカソード電極と、半導体基板内に形成されており、アノード電極に対してオーミック接続されているｐ型領域と、半導体基板内に形成されており、ｐ型領域に隣接しており、アノード電極に対してショットキー接続されており、カソード電極に対してオーミック接続されているｎ型領域を有するダイオードを製造する。この製造方法では、ｐ型不純物をマスクを通して半導体基板に注入する第１注入ステップと、その後に、第１注入ステップと注入深さを変更して前記ｐ型不純物と同種のｐ型不純物を前記マスクと同一のマスクを通して半導体基板に注入する第２注入ステップとを実行することで、前記ｐ型領域を形成することを特徴とする。
【０００７】
この製造方法では、同一のマスクを用いて注入深さが異なる２つの注入ステップ（第１注入ステップと第２注入ステップ）を実施する。このように、異なる深さにｐ型不純物を注入すると、その後にｐ型不純物をそれほど拡散させることなく、深いｐ型領域を形成することができる。ｐ型不純物の拡散距離が小さいと、ｐ型領域とショットキー接続部を構成するｎ型領域との境界面を、半導体基板の表面に対してより垂直に近い角度とすることができる。その結果、ｐ型領域から、ショットキー接続部を構成するｎ型領域に向かって空乏層が伸びやすくなる。したがって、この製造方法によれば、逆方向漏れ電流が生じ難いダイオードを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】ダイオード１０の縦断面図（図３のＩ−Ｉ線における縦断面図）。
【図２】ダイオード１０のｐ型領域２２の拡大断面図。
【図３】アノード電極２０の図示を省略したダイオード１０の上面図。
【図４】図２のＡ−Ａ線に沿って見たｐ型領域２２内のｐ型不純物濃度Ｎｐの分布と電界Ｅの分布を示すグラフ。
【図５】実施例の製造方法の説明図。
【図６】実施例の製造方法の説明図。
【図７】実施例の製造方法の説明図。
【図８】変形例のダイオードの上面図。
【図９】変形例のダイオードの上面図。
【図１０】従来のダイオードの縦断面図。
【図１１】従来のダイオードのｐ型領域２２の拡大断面図。
【図１２】図１１のＢ−Ｂ線に沿って見たｐ型領域２２内のｐ型不純物濃度Ｎｐの分布と電界Ｅの分布を示すグラフ。
【図１３】従来のダイオードの製造方法の説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
最初に、実施例の製造方法により製造されるダイオード１０の構造について説明する。図１、２に示すように、ダイオード１０は、半導体基板１２と、半導体基板１２の上面に形成されているアノード電極２０と、半導体基板１２の下面に形成されているカソード電極２８を有している。半導体基板１２内には、複数のｐ型領域２２と、低濃度ｎ型領域２４と、高濃度ｎ型領域２６が形成されている。複数のｐ型領域２２は、アノード電極２０と接する範囲に間隔を空けて形成されている。各ｐ型領域２２は、アノード電極２０に対してオーミック接続されている。低濃度ｎ型領域２４は、各ｐ型領域２２の側方、及び、下側に形成されている。低濃度ｎ型領域２４は、２つのｐ型領域２２の間の範囲において、アノード電極２０と接している。以下では、２つのｐ型領域２２の間に挟まれている範囲の低濃度ｎ型領域２４を、ショットキー接続領域２４ａという。ショットキー接続領域２４ａは、アノード電極２０に対してショットキー接続されている。高濃度ｎ型領域２６は、低濃度ｎ型領域２４の下側に形成されている。高濃度ｎ型領域２６内のｎ型不純物濃度は、低濃度ｎ型領域２４内のｎ型不純物濃度よりも高い。高濃度ｎ型領域２６は、カソード電極２８に対してオーミック接続されている。アノード電極２０と、低濃度ｎ型領域２４と、高濃度ｎ型領域２６と、カソード電極２８によって、ショットキーダイオードが形成されている。また、アノード電極２０と、ｐ型領域２２と、低濃度ｎ型領域２４と、高濃度ｎ型領域２６と、カソード電極２８によって、ｐｎダイオードが形成されている。
【００１０】
図３は、アノード電極２０の図示を省略したダイオード１０の上面図を示している。図３に示すように、半導体基板１２の上面に露出する範囲には、半導体基板１２の外周に沿って３つのＦＬＲ（フィールドリミッティングリング）４０が形成されている。図１に示す断面構造は、図３のＦＬＲ４０に囲まれた領域内に形成されている。図３に示すように、各ｐ型領域２２は、互いに平行なストライプ状に形成されている。
【００１１】
他方、図１０、１１は、従来の製造方法により製造されるダイオード（ショットキーダイオードとｐｎダイオードを組み合わせたダイオード）を示している。なお、図１０、１１において、図１、２のダイオードの各部分に対応する部分には、図１、２と同じ参照番号を付している。
【００１２】
図１、１０を比較することで明らかなように、ダイオード１０では、従来のダイオードに比べて、２つのｐ型領域２２の間の距離（すなわち、ショットキー接続領域２４ａとアノード電極２０とがショットキー接続されている部分の幅）が大きい。
【００１３】
また、図２、１１の参照番号２２ａは、ｐ型領域２２とショットキー接続領域２４ａの境界面（すなわち、ｐ型領域２２の側方の境界面）を示している。図２、１１を比較することで明らかなように、ダイオード１０では、境界面２２ａが、従来のダイオードよりも、半導体基板１２の表面に対して垂直に近い角度で形成されている。
【００１４】
また、図４、１２は、ダイオード１０と従来のダイオードにおいて、境界面２２ａ近傍のｐ型不純物濃度分布と電界分布を示している。図４、１２を比較することで明らかなように、ダイオード１０では、境界面２２ａ近傍において、ｐ型領域２２内のｐ型不純物濃度の勾配が急峻となっている。したがって、境界面２２ａに近い位置（例えば、図４、１２に示す境界面２２ａから一定の距離の位置２２ｃ）において、ダイオード１０では、従来のダイオードよりもｐ型不純物濃度が高い。
【００１５】
次に、ダイオード１０の動作について説明する。ダイオード１０に順電圧を印加すると、図１の矢印１００、１０２に示すように、電流が流れる。矢印１００に示す電流経路は、ショットキーダイオードの電流経路である。矢印１０２に示す電流経路は、ｐｎダイオードの電流経路である。上述したように、ダイオード１０では、ショットキー接続領域２４ａの幅が、図１０に示す従来のダイオードよりも大きい。このため、矢印１００に示すようにショットキーダイオードの電流経路に流れる電流が従来のダイオードよりも多い。このため、ショットキーダイオードとしての効果が大きくなるので、順電圧が逆電圧に切り換えられるときに、ダイオード１０では、従来のダイオードよりも、リカバリ損失が生じ難い。
【００１６】
また、ダイオード１０に逆電圧を印加すると、ｐ型領域２２から低濃度ｎ型領域２４内に空乏層が広がる。２つのｐ型領域２２に挟まれたショットキー接続領域２４ａ内には、矢印１１０に示すように、両側のｐ型領域２２から空乏層が伸びる。その結果、空乏層がショットキー接続領域２４ａ全体に広がる。すなわち、ショットキー接続領域２４ａがピンチオフされる。このため、ショットキー接続領域２４ａを通して逆方向漏れ電流が生じることが抑制される。
【００１７】
なお、ダイオード１０では、２つのｐ型領域２２の間のショットキー接続領域２４ａの幅が大きいため、ショットキー接続領域２４ａをピンチオフするためには、ショットキー接続領域２４ａ内に大きく空乏層を伸展させなければならない。ダイオード１０では、以下の理由により、ショットキー接続領域２４ａ内に空乏層が伸びやすくなっている。
【００１８】
第１の理由は、ダイオード１０では、ｐ型領域２２の側方の境界面２２ａが半導体基板１２の上面に対して垂直に近い角度で形成されていることである。空乏層は、ｐ型領域２２の境界面２２ａから垂直な方向に伸び易い。このため、図１１に示す従来のダイオードのように、ｐ型領域２２の側方の境界面２２ａが大きく傾いていると、矢印１２２に示すように、空乏層がｐ型領域２２から斜め下方向に伸び易くなる。これに対し、図２に示すように、境界面２２ａが半導体基板１２の表面に対して略垂直となっていると、矢印１２０に示すように、空乏層がｐ型領域２２から横方向（半導体基板１２の表面と平行な方向）に伸びやすくなる。このため、ダイオード１０では、ショットキー接続領域２４ａ内に空乏層が伸び易い。
【００１９】
第２の理由は、ダイオード１０では、ｐ型領域２２の境界面２２ａの近傍で、ｐ型不純物濃度が高くなっていることである。図４、１２の電界Ｅの分布は、ダイオード１０と従来のダイオードのそれぞれに比較的小さい逆電圧（ショットキー接続領域２４ａがピンチオフされない程度の逆電圧）を印加したときの電界分布である。図４、１２の電界分布において、電界Ｅが生じている範囲（電界Ｅがゼロ以上の範囲）は、空乏層が広がっている領域である。図４、１２を比較すると明らかなように、ダイオード１０では、境界面２２ａ近傍のｐ型領域２２内のｐ型不純物濃度が高いために、ｐ型領域２２内に空乏層が伸びる距離Ｌ１が小さくなり、ショットキー接続領域２４ａ内に空乏層が伸びる距離Ｌ２が大きくなっている。すなわち、ダイオード１０は、従来のダイオードよりも、ショットキー接続領域２４ａ内に空乏層が伸び易い。
【００２０】
このように、ダイオード１０は、ショットキー接続領域２４ａ内に空乏層が伸び易いので、ショットキー接続領域２４ａの幅が大きくても、ショットキー接続領域２４ａをピンチオフできる。このため、ダイオード１０は、逆方向漏れ電流が生じ難い。また、ダイオード１０は、ショットキー接続領域２４ａの幅が大きいので、従来のダイオードよりもリカバリ損失が生じ難い。
【００２１】
次に、ダイオード１０の製造方法について説明する。ダイオード１０を製造する際には、ｐ型領域２２を形成するために、半導体基板１２の上面にｐ型不純物が注入される。図５〜７は、ｐ型不純物注入工程を示している。なお、ｐ型不純物注入工程の前に、半導体基板１２には、既に、低濃度ｎ型領域２４が形成されている。
【００２２】
ｐ型不純物注入工程では、最初に、図５に示すように、半導体基板１２の上面に、開口部５２を有するマスク５０を形成する。
【００２３】
次に、図５に示すように、半導体基板１２の上面にｐ型不純物を注入する。マスク５０が形成されている範囲ではマスク５０によってｐ型不純物が半導体基板１２に注入されることが防止される。このため、ｐ型不純物は、開口部５２内の半導体基板１２に注入される。ここでは、半導体基板１２に注入されるｐ型不純物の平均停止深さが深さＤ１（図５参照）となるように、ｐ型不純物の注入エネルギーを調節する。なお、ｐ型不純物の注入エネルギーは、不純物注入装置によって調節することができる。
【００２４】
その後に、マスク５０が形成された状態のまま半導体基板１２の上面に対して、ｐ型不純物の注入を繰り返し行う。２回目以降のｐ型不純物の注入では、ｐ型不純物の平均停止深さが前回のｐ型不純物の注入時の平均停止深さよりも浅くなるように、ｐ型不純物の注入エネルギーを調節する。例えば、図６は、２回目のｐ型不純物の注入を示している。図６に示すように、２回目のｐ型不純物の注入では、半導体基板１２に注入されるｐ型不純物の平均停止深さＤ２が、１回目のｐ型不純物注入時の平均停止深さＤ１よりも浅くなるように、ｐ型不純物の注入エネルギーを調節する。このように、注入深さを徐々に浅くしながらｐ型不純物の注入が繰り返し行うことで、図７に示すように、開口部５２内の半導体基板１２に浅い位置から深い位置までｐ型不純物が注入される。
【００２５】
図７に示すようにｐ型不純物が注入された後に、半導体基板１２に対して熱処理が行われる。これによって、半導体基板１２に注入されたｐ型不純物が拡散するとともに活性化し、図１、２に示すようにｐ型領域２２が形成される。ｐ型不純物注入工程において浅い位置から深い位置までｐ型不純物が注入されているので、図２に示すように、ｐ型領域２２の側方の境界面２２ａが、半導体基板１２の上面に対して略垂直となる。また、ｐ型不純物注入工程において浅い位置から深い位置までｐ型不純物が注入されているので、熱処理工程では、ｐ型不純物をあまり拡散させなくても、浅い位置から深い位置まで広がるｐ型領域２２を形成することができる。熱処理工程におけるｐ型不純物の拡散距離を小さくすると、図４に示すように、境界面２２ａの近傍において、ｐ型領域２２内のｐ型不純物濃度の勾配が急峻となる。熱処理工程の後に、アノード電極２０、カソード電極２８を形成することで、図１に示すダイオード１０が完成する。
【００２６】
次に、図１０、１１に示す従来のダイオードの製造方法について説明する。従来のダイオードの製造方法では、図１３に示すように、マスク６０を介して半導体基板１２の上面にｐ型不純物を注入する。このとき、半導体基板１２の表面近傍の位置にｐ型不純物を注入する。すなわち、ここでは、半導体基板１２に注入されるｐ型不純物の平均停止深さＤ３が極めて小さくなるように、ｐ型不純物の注入エネルギーを調節する。その後、半導体基板１２を熱処理することで、注入されたｐ型不純物を拡散させるとともに、活性化させる。これによって、図１０、１１に示すように、ｐ型領域２２が形成される。ｐ型不純物注入工程では半導体基板１２の表面近傍のみにｐ型不純物が注入されているので、熱処理工程ではｐ型不純物の拡散距離を長くして、ｐ型不純物を深い位置まで拡散させる。このように、浅い位置に注入されたｐ型不純物を長距離拡散させてｐ型領域２２を形成すると、図１１に示すように、ｐ型領域２２の側方の境界面２２ａと下方の境界面２２ｂが滑らかに接続され、境界面２２ａが半導体基板１２の上面に対して傾斜する。また、このようにｐ型不純物の拡散距離が大きいと、図１２に示すように、境界面２２ａの近傍において、ｐ型領域２２内のｐ型不純物濃度の勾配が緩やかとなる。
【００２７】
以上に説明したように、本実施例の製造方法では、同一のマスクを通して、注入深さを変更して、複数回ｐ型不純物を半導体基板に注入する。つまり、マスクと半導体基板の位置関係を変更しないで、注入深さを変更して、複数回ｐ型不純物を半導体基板に注入する。したがって、本実施例の製造方法では、従来の製造方法に比べて、ｐ型領域２２の側方の境界面２２ａを半導体基板１２の上面に対して垂直に近い角度に形成することができる。また、本実施例の製造方法では、従来の製造方法に比べて、境界面２２ａ近傍におけるｐ型領域２２内のｐ型不純物濃度の勾配を急峻とすることができる。このため、空乏層がｐ型領域２２から横方向に広がり易くなり、２つのｐ型領域２２の間の幅（ショットキー接続領域２４ａの幅）を広く設けることができる。したがって、本実施例の製造方法では、逆方向漏れ電流が生じ難いとともに、従来よりもリカバリ損失が生じ難いダイオード１０を製造することができる。
【００２８】
なお、上述した実施例の製造方法では、同一のマスクを通して注入深さを変更しながら半導体基板に繰り返しｐ型不純物を注入したが、ｐ型不純物の注入回数は２回以上であれば、何回でもよい。注入回数を２回以上とすれば、従来よりもダイオードの特性を改善することができる。また、上述した実施例の製造方法では、ｐ型不純物注入を繰り返す際に、注入深さを徐々に浅くしたが、ｐ型不純物の注入深さはどのように変更してもよい。
【００２９】
また、上述したダイオード１０では、図３に示すようにｐ型領域２２がストライプ状に形成されていたが、その他の形状に形成されていてもよい。例えば、図８に示すようにｐ型領域２２が円形に形成されていてもよいし、図９に示すようにｐ型領域２２が格子状に形成されていてもよい。
【００３０】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３１】
１０：ダイオード
１２：半導体基板
２０：アノード電極
２２：ｐ型領域
２４：低濃度ｎ型領域
２６：高濃度ｎ型領域
２８：カソード電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の一方の表面に形成されているアノード電極と、
半導体基板の他方の表面に形成されているカソード電極と、
半導体基板内に形成されており、アノード電極に対してオーミック接続されているｐ型領域と、
半導体基板内に形成されており、ｐ型領域に隣接しており、アノード電極に対してショットキー接続されており、カソード電極に対してオーミック接続されているｎ型領域、
を有するダイオードの製造方法であって、
ｐ型不純物をマスクを通して半導体基板に注入する第１注入ステップと、その後に、第１注入ステップと注入深さを変更して前記ｐ型不純物と同種のｐ型不純物を前記マスクと同一のマスクを通して半導体基板に注入する第２注入ステップとを実行することで、前記ｐ型領域を形成することを特徴とする製造方法。
【請求項１】
半導体基板の一方の表面に形成されているアノード電極と、
半導体基板の他方の表面に形成されているカソード電極と、
半導体基板内に形成されており、アノード電極に対してオーミック接続されているｐ型領域と、
半導体基板内に形成されており、ｐ型領域に隣接しており、アノード電極に対してショットキー接続されており、カソード電極に対してオーミック接続されているｎ型領域、
を有するダイオードの製造方法であって、
ｐ型不純物をマスクを通して半導体基板に注入する第１注入ステップと、その後に、第１注入ステップと注入深さを変更して前記ｐ型不純物と同種のｐ型不純物を前記マスクと同一のマスクを通して半導体基板に注入する第２注入ステップとを実行することで、前記ｐ型領域を形成することを特徴とする製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−１０１９９４（Ｐ２０１３−１０１９９４Ａ）
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４３６５６（Ｐ２０１１−２４３６５６）
【出願日】平成２３年１１月７日（２０１１．１１．７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月７日（２０１１．１１．７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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