US6624472（既出）
This invention relates to a semiconductor device with a voltage-sustaining zone.
It is well known in the semiconductor art that the spread of the depletion region of a reverse-biased rectifying junction (and so breakdown voltage of that junction) can be increased by reducing the dopant concentration and increasing the size of a semiconductor region associated with the rectifying junction. However, although this enables the reverse breakdown voltage to be increased, it also increases the resistivity and length of the current path through the device when the rectifying junction is forward biased in the ON condition of the device. This means that the series resistivity of the current path for majority charge carriers through the device increases in proportion to approximately the square of the desired reverse breakdown voltage, so limiting the current handling capability of the device for a given maximum thermal dissipation.
【従来の技術】
半導体技術では、逆バイアスされる整流性接合の空乏領域の広がり（及びその接合の降伏電圧）を、ドーパント濃度を減少し、この整流性接合に関連する半導体領域の寸法を大きくすることにより、増大させることができることが周知である。上記のことにより、逆降伏電圧を増加することができるが、整流性接合が半導体装置のＯＮ状態において順バイアスされるとき、この装置の電流経路の抵抗率及び長さも増加する。このことによって、装置中の多数電荷キャリアの電流経路の直列抵抗率が所望の逆降伏電圧の２乗にほぼ比例して増加するという結果がもたらされ、所与の最大熱放散に対して装置の電流処理能力が制限される。
The first and second regions 14 and 12 are separated by a voltage sustaining zone 100 which provides the lowly doped region of the pn-n diode and enables the diode to sustain a high reverse biasing voltage across the first and second electrodes 16 and 15.
【００１２】
第１及び第２の領域１４及び１２は耐圧ゾーン１００により分離される。この耐圧ゾーン１００は、ｐｎ－ｎダイオードのうちの低くドープされた領域を備えており、第１及び第２の電極１６及び１５に印加される高い逆バイアス電圧にこのダイオードが耐えうるようにしている。
The pn-n diode shown in FIG. 1 differs from a conventional pn-n diode in the manner in which the voltage sustaining zone 100 is formed. As shown in FIG. 1, the voltage sustaining zone 100 comprises interposed opposite conductivity type regions 11 and 40 having dopant concentrations and thicknesses such that, when a reverse biasing voltage is applied across the first and second electrodes 16 and 15 and the interposed semiconductor regions 11 and 40 are depleted of free charge carriers, the space charge per unit area formed in the opposite conductivity type interposed regions 11 and 40 balances at least to the extent that the electric field resulting from any imbalance is less than the critical field strength at which avalanche breakdown would occur in the voltage sustaining zone 100. In addition to the interposed regions 11 and 40, the voltage sustaining zone 100 comprises a mesh or grid-like field shaping or field relief region 20 extending throughout the voltage sustaining zone 100 so as to provide resistive paths extending in a direction between the first and second major surfaces 10a and 10b and at least partly through the voltage sustaining zone 100. In the arrangement shown in FIG. 1, the field relief region 20 extends completely through the voltage sustaining zone 100.
【００１３】
図１に示されるｐｎ－ｎダイオードは、耐圧ゾーン１００を形成する方法において、従来のｐｎ－ｎダイオードとは異なる。図１に示すように、耐圧ゾーン１００は、交互に配された反対の導電型式の領域１１及び４０を有する。この領域１１及び４０は、第１及び第２の電極１６及び１５に逆バイアス電圧が印加され、交互配置された半導体領域１１及び４０が電荷キャリアのない空乏状態にある際に、交互配置された反対の導電型式の領域１１及び４０に形成された単位面積当たりの空間電荷が、少なくとも、如何なる非平衡状態からも生じる電界が耐圧ゾーン１００になだれ降伏が生じるであろう臨界電界強度よりも小さい程度にバランスをとるドーパント濃度及び厚さを持つ。交互配置された領域１１及び４０に加えて、耐圧ゾーン１００は、メッシュ状又はグリッド（格子）状の電界を形成する即ち電界緩和領域（field relief region）２０を有する。この領域２０は、第１の主表面１０ａと第２の主表面１０ｂとの間の方向に延在し少なくとも一部が耐圧ゾーン１００にまで達する抵抗経路を設けるために、耐圧ゾーン１００にまで延在している。図１に示される装置において、電界緩和領域２０は、耐圧ゾーン１００を完全に通るように延在している。
WO2015105573
[0003] Two opposing constraints arise when forming a unipolar component such as a Schottky diode. In particular, the components should exhibit the lowest possible on- state resistance (Ron) while having a high breakdown voltage.
【０００３】
ショットキーダイオードなどのユニポーラ部品を作る場合、２つの対立する制約が生じる。特に、その部品は、可能な限り低いオン抵抗（Ｒｏｎ）を示すと同時に、高耐圧を有さなければならない。
Minimizing the on- state resistance imposes minimizing the thickness of the less doped layer and maximizing the doping of this layer.
オン抵抗を最小化することは、より少なくドープされた層の厚さを最小化すること及びこの層のドーピングを最大化することを課す。
Conversely, to obtain a high reverse breakdown voltage, the doping of the less doped layer must be minimized and its thickness must be maximized, while avoiding the creation of areas in which the equipotential surfaces are strongly bent.
逆に、高い逆耐圧を得るためには、等電位面が強力に湾曲される領域の生成を回避すると同時に、より少なくドープされた層のドーピングは最小化し、その厚さは最大化しなければならない。
[0006] A key issue for achieving a high voltage Schottky rectifier is the design of its termination region. As with any voltage design, the termination region is prone to higher electric fields due to the absence of self multi-cell protection and the curvature effect.
【０００６】
高電圧ショットキー整流器を実現するための重要な問題は、その終端領域の設計である。任意の電圧の設計に関して、終端領域は、自己マルチセルプロテクションがないこと及び曲率効果により、より高い電界になりやすい。
As a result, the breakdown voltage is typically dramatically reduced from its ideal value. To avoid this reduction, the termination region should be designed to reduce the crowding of the electric field at the edge of the device (near the active region).
結果として、耐圧は、典型的にはその理想値から劇的に減少する。この減少を回避するために、（活性領域付近の）デバイスの端部における電界集中を低減するように、終端領域を設計しなければならない。
Conventional approaches to reduce electric field crowding include termination structures with local oxidation of silicon (LOCOS) regions, field plates, guard rings, trenches and various combinations thereof. One example of a Schottky diode that includes such a termination region is shown in U.S. Patent No. 6,396,090.
電界集中を低減する従来のアプローチとしては、シリコン領域の局所的な酸化（ＬＯＣＯＳ）、フィールドプレート、ガードリング、トレンチ、及びそれらの多様な組み合わせを備えた終端構造が挙げられる。かかる終端領域を含むショットキーダイオードの１例は米国特許第６，３９６，０９０号に示されている。
【００１６】
以下に詳細に記載したように、上記の問題を低減する終端構造が提示される。この構造は、終端トレンチだけでなく、終端トレンチを越えて延びる２つ以上のトレンチセルも含む。
終端構造トレンチは、電界緩和リングとして機能し、デバイスの耐圧を向上させる。延長された金属フィールドプレートは、トレンチセル及び終端トレンチの両方を覆う。
かかる終端構造は、電界プロファイルの境界を延長することができると同時に、追加のトレンチセルは、フィールドプレートの長さの変化から生じる、電界分布への影響を更に低減することができる。耐圧に及ぼす終端構造の影響を表すシミュレーション結果を示す。
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