專利名稱：Pin二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及PIN(P Intrinsic N) 二極管，更詳細來說，涉及用于提高雪崩(avalanche)耐量的PIN 二極管的改良。
背景技術(shù)：
在由N型半導(dǎo)體層構(gòu)成的半導(dǎo)體基板的一個主面上形成陰極(cathode)電極，并在另一個主面上形成由P型半導(dǎo)體構(gòu)成的矩形形狀的陽極(anode)區(qū)域，作為以上構(gòu)成的半導(dǎo)體整流元件，存在PIN 二極管。PIN 二極管的N型半導(dǎo)體層由N+半導(dǎo)體層和雜質(zhì)濃度比N+半導(dǎo)體層低的N—半導(dǎo)體層(本征半導(dǎo)體層)構(gòu)成，在陽極區(qū)域以及N+半導(dǎo)體層之間存在高電阻的N_半導(dǎo)體層，由此，相對于反向偏壓得到良好的耐壓特性。
作為在施加反向偏壓時產(chǎn)生的擊穿現(xiàn)象(breakdown phenomenon),存在雪崩(Avalanche)擊穿(電子雪崩擊穿)。雪崩擊穿在施加超出擊穿電壓(反耐壓電壓)的反向偏壓時產(chǎn)生，由于流過較大的雪崩電流而導(dǎo)致溫度上升，有時會導(dǎo)致元件的熱破壞。已知對于通過施加反向偏壓而在PvT半導(dǎo)體層中產(chǎn)生的耗盡層(depleted layer)來說,與陽極區(qū)域的中央部相比，陽極區(qū)域的端部難以擴展。也就是說，對耗盡層的厚度來說，端部與陽極區(qū)域的中央部相比較薄，易于產(chǎn)生電場集中，因此上述雪崩擊穿易于在陽極區(qū)域的端部產(chǎn)生。因此，提出有通過形成圍繞陽極區(qū)域的環(huán)狀的P型區(qū)域，使得陽極區(qū)域的端部中的電場集中得到緩和，提高雪崩耐量的技術(shù)(例如，專利文獻I以及2)。圖9是表示現(xiàn)有技術(shù)的PIN 二極管100的構(gòu)成例的俯視圖俯視圖，陽極區(qū)域105由多個FLR104圍繞。圖10是圖9的A10-A10切斷線的切斷圖。圖11是不具有FLR104的PIN 二極管的剖面圖。PIN 二極管100，在半導(dǎo)體基板101的一個主面上形成陰極電極110，在另一個主面上形成陽極區(qū)域105、2個FLR104以及阻斷(stopper)區(qū)域111。FLR(Field LimitingRing) 104是為了保持耐壓而由沿著陽極區(qū)域105的外緣形成的P型半導(dǎo)體構(gòu)成的環(huán)狀區(qū)域，稱為保護環(huán)(guard ring)。阻斷區(qū)域111是形成在半導(dǎo)體基板101的周緣部的由N+半導(dǎo)體構(gòu)成的環(huán)狀區(qū)域。在陽極區(qū)域105上，形成陽極電極106，從陽極區(qū)域105的周緣部開始到阻斷區(qū)域111而形成氧化膜103。氧化膜103是由環(huán)狀區(qū)域構(gòu)成的絕緣膜，按照與氧化膜103的內(nèi)緣部相重疊的方式而形成陽極電極106，按照與氧化膜103的外緣部相重疊的方式而形成環(huán)狀的等電位電極102。半導(dǎo)體基板101由N+半導(dǎo)體層IOla以及f半導(dǎo)體層IOlb構(gòu)成，從N_半導(dǎo)體層IOlb的表面選擇性地擴散P型雜質(zhì)，由此形成陽極區(qū)域105以及FLR04。通過施加反向偏壓而產(chǎn)生的耗盡層112，在未設(shè)置FLR104的情況下，在陽極區(qū)域105的中央部為平板狀(planer plane)，相對于此，在陽極區(qū)域105的端部Bll為圓柱狀(cylindrical)。由此，特別地，在曲線部BlO的端部Bll中產(chǎn)生電場集中，易于產(chǎn)生雪崩擊穿。另一方面，在設(shè)置有FLR104的情況下，耗盡層112從陽極區(qū)域105的端部Bll朝向半導(dǎo)體基板101的外緣延伸。也就是說，從陽極區(qū)域105的端部Bll延伸的耗盡層112遇到FLR104,并且耗盡層112從這里開始進一步朝向外側(cè)伸展，由此，陽極區(qū)域105的端部Bll中的電場得到緩和。此外，各FLR104與陽極區(qū)域105和其他FLR104電氣孤立，所以在陽極區(qū)域105和FLR104之間、以及FLR104間，朝向外側(cè)產(chǎn)生電壓下降，在FLR104部分難以引起電場集中。一般，在由于感應(yīng)負載和變壓器的I次側(cè)以及2次側(cè)的耦合所導(dǎo)致的漏電感(leakage inductance)等外因而產(chǎn)生的浪涌電壓超出擊穿電壓的情況下,在元件內(nèi)流過雪崩電流。此時，雪崩擊穿從元件內(nèi)電場最集中的部位產(chǎn)生。由此，在上述PIN 二極管100中，在陽極區(qū)域105的外緣的曲線部BlO中產(chǎn)生電場集中，流過雪崩電流，易于產(chǎn)生熱破壞，因此存在提高雪崩耐量的極限。根據(jù)本申請發(fā)明者們的在先技術(shù)調(diào)查可知，作為提高半導(dǎo)體裝置的雪崩耐量的技術(shù)，存在如下方法(I)加深P型雜質(zhì)的擴散深度的方法；(2)通過多重擴散和離子注入來控制雜質(zhì)濃度的方法(例如，專利文獻I以及3 9) ; (3)在芯片表面形成高電阻膜的方法(例如，專利文獻2以及10) ；(4)在陽極區(qū)域的外側(cè)形成雜質(zhì)濃度較低的多個環(huán)狀區(qū)域的方法(例如，專利文獻I)。在(I)方法中，通過加深為了形成陽極區(qū)域而使P型雜質(zhì)擴散時 的擴散深度，由此使陽極區(qū)域的端部中的電場集中得到緩和，不能防止在陽極區(qū)域的曲線部中電場集中。此外，為了加深擴散深度，擴散處理所需的時間變長，存在生產(chǎn)性降低這樣的問題。在(2)方法中，在高濃度的P層的表面部分，在不超出P型雜質(zhì)的濃度的范圍內(nèi)注入磷、砷或銻等能成為N型雜質(zhì)的離子，或者按照低濃度直接離子注入P型雜質(zhì)，由此在陽極區(qū)域的端部形成使雜質(zhì)濃度降低的高電阻層，由于高電阻層的存在，防止將雪崩電流引向表層。該方法也不能防止在陽極區(qū)域的曲線部中電場集中，此外，由于需要離子注入的工序，所以存在生產(chǎn)性降低這樣的問題。在(3)方法中，由相互分離的多個電極構(gòu)成陽極電極，通過高電阻膜連接電極間，利用越是外側(cè)的電極電壓下降越大這一情況，陽極區(qū)域的端部中的電場集中得到緩和。該方法也不能防止在陽極區(qū)域的曲線部中電場集中，此外，需要用于形成多個電極的復(fù)雜的構(gòu)圖，還需要形成高電阻膜的工序，因此存在生產(chǎn)性降低這樣的問題。在(4)方法中，在陽極區(qū)域的外側(cè)按照在P層的表面部分相互重疊的方式來形成雜質(zhì)濃度較低的環(huán)狀區(qū)域，由此在陽極區(qū)域的端部形成電阻層。在該方法中，在陽極區(qū)域的曲線部中產(chǎn)生了雪崩擊穿的情況下，雪崩電流經(jīng)由電阻層朝向陽極電極直線流動。此時，雪崩電流一邊擴展一邊流動，由此不能得到足夠的電壓下降，因此在相同的部位連續(xù)產(chǎn)生雪崩擊穿。由此，(4)方法也不能防止陽極區(qū)域的曲線部由于雪崩電流的集中而被熱破壞。此夕卜，在該方法中，需要用于形成低濃度的環(huán)狀區(qū)域的離子注入的工序，所以存在生產(chǎn)性降低這樣的問題。進一步地，在(4)方法中，在陽極區(qū)域的曲線部中，如果要使與朝向外側(cè)的方向相關(guān)的電阻分量變大，則必須形成更多的環(huán)狀區(qū)域，存在芯片的有效面積減少這樣的問題。在先技術(shù)文獻專利文獻專利文獻I JP特開2002-270857號公報專利文獻2 JP特開2000-22176號公報
專利文獻3 JP特開2009-164486號公報專利文獻4 JP特開2004-247456號公報專利文獻5 JP特開2002-246609號公報專利文獻6 JP特開2002-203955號公報專利文獻7 JP特開平10-335679號公報專利文獻8 JP特開平7-221326號公報專利文獻9 JP特開平7-221290號公報專利文獻10 JP特開平11-040822號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明的概要發(fā)明要解決的課題本發(fā)明鑒于上述事項而形成，其目的在于提高PIN 二極管的雪崩耐量。特別是，目的在于，抑制在超出擊穿電壓的反向偏壓時由于電流向陽極區(qū)域的曲線部集中而產(chǎn)生熱破壞。此外，目的在于，抑制在超出擊穿電壓的反向偏壓時由于電流向陽極區(qū)域的直線部的I點集中而產(chǎn)生熱破壞。進一步地，目的在于，不使制造工序復(fù)雜化，就提高PIN 二極管的雪崩耐量。第一本發(fā)明的PIN 二極管具備半導(dǎo)體基板，其由N型的第一半導(dǎo)體層以及雜質(zhì)濃度比第一半導(dǎo)體層低的N型的第二半導(dǎo)體層構(gòu)成；陰極電極，其形成在第一半導(dǎo)體層的外表面上；P型的陽極區(qū)域，其通過針對第二半導(dǎo)體層的外表面的選擇性的雜質(zhì)擴散而形成；以及陽極電極，其經(jīng)由上述陽極區(qū)域內(nèi)的接觸區(qū)域而與上述陽極區(qū)域?qū)?；上述陽極區(qū)域具有4邊由直線部構(gòu)成且4頂點由大致圓弧狀的曲線部構(gòu)成的大致矩形的外緣，在上述接觸區(qū)域的外側(cè)，分別形成沿著上述曲線部而延伸的N型的非擴散角部區(qū)域。在向PIN二極管施加超出擊穿電壓的反向偏壓的情況下，在易于產(chǎn)生電場集中的陽極區(qū)域的曲線部中產(chǎn)生雪崩擊穿，從該曲線部上的擊穿部位向陽極電極流過雪崩電流。由此，如上述構(gòu)成，通過在接觸區(qū)域的外側(cè)形成沿著上述曲線部延伸的非擴散角部區(qū)域，由此雪崩電流迂回流入高電阻的非擴散角部區(qū)域并朝向接觸區(qū)域而在陽極區(qū)域中流動。也就是說，雪崩電流在由陽極區(qū)域的曲線部和非擴散角部區(qū)域所夾持的路徑中流動。此時，沿著陽極區(qū)域的外緣產(chǎn)生與該路徑的電阻分量相應(yīng)的電壓下降，擊穿部位的電位上升，由此擊穿部位向電位更低的直線部移動。也就是說，在陽極區(qū)域的曲線部上產(chǎn)生的擊穿部位沿著陽極區(qū)域的外緣向直線部側(cè)移動，由此能夠抑制電流集中在曲線部上的I點而產(chǎn)生熱破壞。第二本發(fā)明的PIN 二極管除了上述構(gòu)成以外，在上述陽極區(qū)域中，在上述接觸區(qū)域的外側(cè)形成沿著上述直線部延伸的N型的非擴散旁側(cè)區(qū)域。根據(jù)這樣的構(gòu)成，在擊穿部位從陽極區(qū)域的曲線部移動到直線部之后，雪崩電流的一部分迂回流入高電阻的非擴散旁側(cè)區(qū)域并朝向接觸區(qū)域而在陽極區(qū)域中流動。也就是說，雪崩電流在由陽極區(qū)域的直線部和非擴散旁側(cè)區(qū)域所夾持的路徑中流動。此時，沿著陽極區(qū)域的外緣產(chǎn)生與該路徑的電阻分量相應(yīng)的電壓下降，直線部上的新的擊穿部位的電位上升，由此擊穿部位向直線部上的電位更低的部位移動。也就是說，從陽極區(qū)域的曲線部向直線部移動的擊穿部位沿著陽極區(qū)域的外緣進一步移動，由此能夠抑制電流集中在直線部上的I點而產(chǎn)生熱破壞。第三本發(fā)明的PIN 二極管除了上述構(gòu)成以外，在上述陽極區(qū)域內(nèi)，形成沿著同一上述直線部斷續(xù)延伸的2個以上的上述非擴散旁側(cè)區(qū)域。根據(jù)這樣的構(gòu)成，在擊穿部位從陽極區(qū)域的曲線部向直線部移動之后，能夠抑制電流集中在直線部上的I點而產(chǎn)生熱破壞。第四本發(fā)明的PIN 二極管除了上述構(gòu)成以外，上述非擴散角部區(qū)域以及非擴散旁側(cè)區(qū)域，通過使用用于形成上述陽極區(qū)域的光掩模來對第二半導(dǎo)體層的外表面進行掩模形成(mask)，由此通過上述雜質(zhì)擴散與上述陽極區(qū)域同時形成。根據(jù)這樣的構(gòu)成，能夠容易地在P型的陽極區(qū)域內(nèi)形成N型的非擴散角部區(qū)域以及非擴散旁側(cè)區(qū)域，能夠提高生產(chǎn)性。也就是說，陽極區(qū)域、非擴散角部區(qū)域以及非擴散旁側(cè)區(qū)域，通過使用I片光掩模來對第二半導(dǎo)體層的外表面進行掩模形成，使P型雜質(zhì)擴散，由此通過I次雜質(zhì)擴散工序同時形成。因此，不像前述的現(xiàn)有技術(shù)那樣，需要另外的多重擴 散、離子注入的工序，能與現(xiàn)有技術(shù)相比不降低生產(chǎn)性的情況下提高雪崩耐量。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明的PIN 二極管，在雪崩擊穿時，在陽極區(qū)域的曲線部中產(chǎn)生的擊穿部位向直線部側(cè)移動，由此能夠抑制電流集中在曲線部上的I點而產(chǎn)生熱破壞。此外，根據(jù)本發(fā)明的PIN 二極管，在雪崩擊穿時，從曲線部移動到直線部的擊穿部位沿著陽極區(qū)域的外緣進一步移動，由此能夠抑制電流集中在直線部上的I點而產(chǎn)生熱破壞。此外，根據(jù)本發(fā)明的PIN 二極管，通過用于形成陽極區(qū)域的雜質(zhì)擴散工序，同時形成非擴散角部區(qū)域以及非擴散旁側(cè)區(qū)域，由此不降低生產(chǎn)性就能提高雪崩耐量。


圖I是表示本發(fā)明的實施方式I的PIN 二極管的一構(gòu)成例的俯視圖。圖2是圖I的Al-Al切斷線的剖面圖。圖3是圖I的A2-A2切斷線的剖面圖。圖4是放大表示圖I的PIN 二極管10的主要部分的放大圖。圖5是示意性表示圖I的PIN 二極管10的動作的一例的說明圖。圖6是表示本發(fā)明的實施方式2的PIN 二極管10的一構(gòu)成例的俯視圖。圖7是表示擊穿部位從圖6的狀態(tài)移動到陽極區(qū)域15的直線部B2上的情況下的電流路徑的圖。圖8是表示本發(fā)明的實施方式2的PIN 二極管10的其他構(gòu)成例的俯視圖。圖9是表示現(xiàn)有技術(shù)的PIN 二極管100的俯視圖。圖10是圖9的A10-A10切斷線的剖面圖。圖11是不具有FLR104的PIN 二極管100的剖面圖。
具體實施例方式實施方式I
〈PIN 二極管10的平面布局>圖I是表示本發(fā)明實施方式I的PIN 二極管的一構(gòu)成例的俯視圖。PIN 二極管10是由P-I-N的各半導(dǎo)體層構(gòu)成的半導(dǎo)體整流元件，例如，作為FRD(Fast Recovery Diode 快恢復(fù)二極管)，在電力轉(zhuǎn)換裝置等中使用。該PIN 二極管10對N型半導(dǎo)體基板11的一個主面，選擇性地擴散P型雜質(zhì)，由此形成2個FLR14以及陽極區(qū)域15。此外，在半導(dǎo)體基板11的上述一個主面上，隔著未圖示的絕緣膜，形成大致矩形的陽極電極17以及環(huán)狀的等電位電極12。陽極區(qū)域15是由P型半導(dǎo)體構(gòu)成的區(qū)域，具有4邊由直線部B2構(gòu)成且4頂點由大致圓弧狀的曲線部BI構(gòu)成的大致矩形的外緣。FLR14是由沿著陽極區(qū)域15的外緣而形成的P型半導(dǎo)體構(gòu)成的環(huán)狀的耐壓保持區(qū)域。
陽極電極17隔著氧化膜形成在陽極區(qū)域15上，并經(jīng)由陽極區(qū)域15內(nèi)的接觸區(qū)域17c而與陽極區(qū)域15導(dǎo)通。此外，在比該接觸區(qū)域17c更靠外側(cè)的陽極區(qū)域15內(nèi)形成非擴散角部區(qū)域16。非擴散角部區(qū)域16是形成在陽極區(qū)域15內(nèi)的N型(N_)的半導(dǎo)體區(qū)域，形成在陽極區(qū)域15的各曲線部BI以及接觸區(qū)域17c之間，形成為沿著陽極區(qū)域15的外緣延伸的細長的形狀。<剖面構(gòu)造>圖2是圖I的Al-Al切斷線的剖面圖，表示包含非擴散角部區(qū)域16在內(nèi)的切斷面。此外，圖3是圖I的A2-A2切斷線的剖面圖，表示未包含非擴散角部區(qū)域16在內(nèi)的切斷面。半導(dǎo)體基板11由N+半導(dǎo)體層I以及N—半導(dǎo)體層2構(gòu)成，例如通過在N+半導(dǎo)體層I上外延生長N—半導(dǎo)體層2而得到。在半導(dǎo)體基板11的上表面即N—半導(dǎo)體層2的外表面形成等電位電極12以及陽極電極17，在半導(dǎo)體基板11的下表面即N+半導(dǎo)體層I的外表面形成陰極電極18。對N—半導(dǎo)體層2的外表面選擇性地擴散P型雜質(zhì)，由此形成陽極區(qū)域15以及FLRH0阻斷區(qū)域3是形成在半導(dǎo)體基板11的周緣部的由N+半導(dǎo)體構(gòu)成的環(huán)狀區(qū)域。另夕卜，N-半導(dǎo)體層2相比N+半導(dǎo)體層I和陽極區(qū)域15，是雜質(zhì)濃度充分低的半導(dǎo)體層。陽極電極17經(jīng)由氧化膜13的開口與陽極區(qū)域15導(dǎo)通。接觸區(qū)域17c是形成在陽極區(qū)域15內(nèi)的氧化膜13的開口，經(jīng)由該接觸區(qū)域17c使陽極電極17以及陽極區(qū)域15導(dǎo)通。同樣地，等電位電極12也經(jīng)由氧化膜13的開口與阻斷區(qū)域3導(dǎo)通。也就是說，氧化膜13形成在從陽極區(qū)域15至阻斷區(qū)域3的環(huán)狀區(qū)域中，陽極電極17按照使其一部分與氧化膜13的內(nèi)緣部相重疊的方式來形成，等電位電極12也按照其一部分與氧化膜13的外緣部相重疊的方式來形成。非擴散角部區(qū)域16是形成在陽極區(qū)域15內(nèi)的N—半導(dǎo)體層2，在雜質(zhì)擴散時對N—半導(dǎo)體層2的外表面進行掩模形成，由此與陽極區(qū)域15同時形成。也就是說，F(xiàn)LR14、陽極區(qū)域15以及非擴散角部區(qū)域16使用I片光掩模對N—半導(dǎo)體層2的外表面進行掩模形成，使P型雜質(zhì)擴散，由此通過I次雜質(zhì)擴散工序同時形成。因此,不需要如上述現(xiàn)有技術(shù)那樣的多重擴散和離子注入工序，不會降低生產(chǎn)性?！搓枠O區(qū)域的曲線部BI〉圖4是放大表示圖I的PIN 二極管10的主要部分的放大圖，省略氧化膜13和陽極電極17來表示陽極區(qū)域15的曲線部BI以及其周邊。陽極區(qū)域15形成為矩形的各頂點倒角的大致矩形，由相當(dāng)于頂點的4個曲線部BI和相當(dāng)于4邊的直線部B2構(gòu)成。設(shè)陽極區(qū)域15的各頂點為大致圓弧狀的曲線部BI，由此能夠抑制電場向各頂點集中。非擴散角部區(qū)域16是形成在陽極區(qū)域15的曲線部BI的內(nèi)側(cè)的大致相等寬度的細長的區(qū)域，沿著陽極區(qū)域5的外緣延伸，在非擴散角部區(qū)域16的外側(cè)形成成為雪崩電流的路徑的大致相等寬度的細長的陽極區(qū)域15。這里，經(jīng)由曲線部BI的內(nèi)側(cè)，在夾著該曲線部BI而相鄰的2個直線部B2中，形成從I個直線部BI的內(nèi)側(cè)至另I個直線部B2的內(nèi)側(cè)的形狀。非擴散角部區(qū)域16的長度Dl相比非擴散角部區(qū)域16的寬度W2足夠長，按照電流路徑所要求的電阻值來決定。即，決定為能夠通過雪崩電流導(dǎo)致的電壓下降而使曲線部BI上的擊穿部位向直線部B2移動的電阻值。例如，如果設(shè)從非擴散角部區(qū)域16至陽極區(qū)域15的外緣的寬度Wl為Wl = 10 iim，設(shè)非擴散角部區(qū)域16的寬度W2為W2 = 10 u m,沿著陽極區(qū)域15的電流路徑的電阻值為2k Q，則從曲線部BI的中央至非擴散角部區(qū)域16的一端的長度Dl設(shè)定為Dl = IOOum左右這樣足夠長。<曲線部BI中的雪崩擊穿>圖5是示意性表示圖I的PIN 二極管10的動作的一例的說明圖，表示在陽極區(qū)域15的曲線部BI中產(chǎn)生雪崩擊穿的情況下的電流路徑。一般，雪崩擊穿從元件內(nèi)電場最集中的部位產(chǎn)生。在陽極區(qū)域15是由大致矩形構(gòu)成的PIN 二極管10的情況下，對于電場集中來說，陽極區(qū)域15的曲線部BI最大，直線部B2次之較大，陽極區(qū)域15的內(nèi)側(cè)與陽極區(qū)域15的外緣相比較小。由此，在PIN 二極管10中，在陽極區(qū)域15的曲線部BI附近產(chǎn)生最初的雪崩擊穿。但是，在從陽極區(qū)域15的曲線部BI朝向接觸區(qū)域17c的最短路徑上，形成由雜質(zhì)濃度較低的N—半導(dǎo)體層2構(gòu)成的高電阻的非擴散角部區(qū)域16。由此，在陽極區(qū)域15的曲線部BI附近產(chǎn)生了雪崩擊穿的情況下，雪崩電流22不能在從擊穿部位21至接觸區(qū)域17c的最短路徑中流過，而是迂回流入非擴散角部區(qū)域16的外側(cè)，并沿著陽極區(qū)域15的外緣流動。通過雪崩電流22流過這樣的路徑，由于該路徑的電阻分量(R1+R2)而產(chǎn)生電壓下降。由此，擊穿部位21的電位上升，擊穿部位21向電位更低的直線部B2側(cè)移動。其結(jié)果，如果產(chǎn)生了足夠的電壓下降，則擊穿部位移動到陽極區(qū)域15的直線部B2附近。通過這樣擊穿部位21進行移動，由于雪崩電流22流過而導(dǎo)致溫度上升的部位得到分散，因此能夠抑制元件的熱破壞產(chǎn)生?！碢IN 二極管10的制造方法>接著，說明這樣的PIN 二極管10的制造方法的概略情況。例如通過在包含磷(P)、砷(As)或銻(Sb)等N型雜質(zhì)的N+半導(dǎo)體層I上使雜質(zhì)濃度較低的N型半導(dǎo)體層外延生長而形成半導(dǎo)體基板11的K半導(dǎo)體層2。另外，半導(dǎo)體基板11可以通過使N型雜質(zhì)相對于N—半導(dǎo)體層2擴散來形成N+半導(dǎo)體層I而得到。對于陽極區(qū)域15、非擴散角部區(qū)域16以及FLR14，使用I片光掩模對抗蝕劑膜進行構(gòu)圖，使P型雜質(zhì)擴散，由此通過I次雜質(zhì)擴散工序同時形成。也就是說，在半導(dǎo)體基板 11上形成由光致抗蝕劑構(gòu)成的抗蝕劑膜，使用公共的光掩模對抗蝕劑膜進行曝光及顯影，從而進行構(gòu)圖。然后，通過使硼(B)、銦(In)等P型雜質(zhì)從半導(dǎo)體基板11的表面擴散而形成陽極區(qū)域15、非擴散角部區(qū)域16以及FLR14。因此，并不需要上述現(xiàn)有技術(shù)那樣多重擴散和離子注入的工序，生產(chǎn)性不降低就能低價地提高雪崩耐量。對于陰極電極18和陽極電極17，例如使導(dǎo)電性的金屬在半導(dǎo)體基板11的表面蒸鍍，采用抗蝕劑圖案選擇性地去除蒸鍍后的金屬膜，從而來形成。根據(jù)本實施方式，在陽極區(qū)域15的曲線部BI中產(chǎn)生了雪崩擊穿的情況下，雪崩電流沿著陽極區(qū)域15的外緣在非擴散角部區(qū)域16的外側(cè)流動，迂回流入非擴散角部區(qū)域16。由此，由于比非擴散角部區(qū)域16更靠外側(cè)的電流路徑的電阻分量而導(dǎo)致?lián)舸┎课坏碾娢簧仙?，擊穿部位移動到電位更低的地方。通過這樣擊穿部位進行移動，由于雪崩電流集中流動而產(chǎn)生溫度上升的部位得到分散，因此能夠抑制元件的熱破壞產(chǎn)生。因此，能夠抑制在陽極區(qū)域15的曲線部BI中雪崩電流導(dǎo)致的熱破壞產(chǎn)生，能夠提高雪崩耐量。進一步地，在對用于選擇性地使雜質(zhì)擴散的抗蝕劑膜進行構(gòu)圖時，能夠使用公共的光掩模來形成陽極區(qū)域15、非擴散角部區(qū)域16以及FLR14，因此能夠提高生產(chǎn)性。也就 是說，對于陽極區(qū)域15、非擴散角部區(qū)域16以及多個FLR14來說，使用I片光掩模對抗蝕劑膜進行構(gòu)圖，使P型雜質(zhì)擴散，由此能夠通過I次雜質(zhì)擴散工序來同時形成。因此，并不需要上述現(xiàn)有技術(shù)那樣多重擴散和離子注入的工序，與現(xiàn)有技術(shù)相比，生產(chǎn)性不降低就能低價地提高雪崩耐量。實施方式2在實施方式I中說明了相對于陽極區(qū)域15的各曲線部BI形成由N—半導(dǎo)體層2構(gòu)成的非擴散角部區(qū)域16的情況的例子。相對于此，在本實施方式中，說明相對于陽極區(qū)域15的各直線部B2在比直線部B2更靠內(nèi)側(cè)處形成非擴散旁側(cè)區(qū)域的情況。圖6是表示本發(fā)明的實施方式2的PIN 二極管10的一構(gòu)成例的俯視圖，表示具備非擴散角部區(qū)域16以及非擴散旁側(cè)區(qū)域19的PIN 二極管10。該PIN 二極管10，在比該接觸區(qū)域17c更靠外側(cè)的陽極區(qū)域15內(nèi)形成非擴散角部區(qū)域16以及非擴散旁側(cè)區(qū)域19。非擴散旁側(cè)區(qū)域19是形成在陽極區(qū)域15內(nèi)的高電阻的N型(NO的半導(dǎo)體區(qū)域，形成在陽極區(qū)域15的各直線部B2以及接觸區(qū)域17c之間，形成為沿著陽極區(qū)域15的外緣延伸的細長的形狀。另外，非擴散角部區(qū)域16以及非擴散旁側(cè)區(qū)域19介于陽極區(qū)域15中，按照相互不連結(jié)的方式形成。非擴散角部區(qū)域16以及非擴散旁側(cè)區(qū)域19在雜質(zhì)擴散時通過采用抗蝕劑膜對N—半導(dǎo)體層2的外表面進行掩模形成而形成。也就是說，對于陽極區(qū)域15、非擴散區(qū)域16、19以及多個FLR14來說，使用I片光掩膜對抗蝕劑膜進行構(gòu)圖，使P型雜質(zhì)擴散，由此能夠通過I次雜質(zhì)擴散工序來同時形成。因此，并不需要上述現(xiàn)有技術(shù)那樣多重擴散和離子注入的工序，生產(chǎn)性不降低就能提高雪崩耐量。圖7是表示擊穿部位從圖6的狀態(tài)移動到陽極區(qū)域15的直線部B2上的情況下的電流路徑的圖。如果擊穿部位從陽極區(qū)域15的直線部BI移動到直線部B2，則雪崩電流22的一部分迂回流入非擴散旁側(cè)區(qū)域19并向陽極電極17流入。非擴散旁側(cè)區(qū)域19是形成在陽極區(qū)域15的直線部B2的內(nèi)側(cè)的大致相等寬度的細長的區(qū)域，沿著陽極區(qū)域5的外緣延伸，在非擴散旁側(cè)區(qū)域19的外側(cè)形成成為雪崩電流的路徑的大致相等寬度的細長的陽極區(qū)域15。由于雪崩電流在上述路徑中流動，由此由于起因于該路徑的電阻分量的電壓下降而導(dǎo)致?lián)舸┎课?3的電位上升，擊穿部位23反復(fù)移動。根據(jù)本實施方式，在擊穿部位存在于陽極區(qū)域15的曲線部BI的情況下，雪崩電流在非擴散角部區(qū)域16的外側(cè)迂回流動，擊穿部位21從陽極區(qū)域15的曲線部BI向直線部B2移動。在擊穿部位向直線部B2移動后，雪崩電流迂回流入非擴散旁側(cè)區(qū)域19而沿著陽極區(qū)域15的外緣流動,使新的擊穿部位的電位上升。由此，能夠使擊穿部位在陽極區(qū)域15的直線部B2上移動，并有效分散。另外，在圖6的PIN 二極管10中，沿著陽極區(qū)域15的外緣排列配置非擴散角部區(qū)域16以及非擴散旁側(cè)區(qū)域19，在陽極區(qū)域15的外緣以及接觸區(qū)域17c之間，形成斷續(xù)的環(huán)狀的非擴散區(qū)域30。如果將比環(huán)狀的非擴散區(qū)域30更靠內(nèi)側(cè)的陽極區(qū)域15稱為主陽極區(qū)域31，將外側(cè)的陽極區(qū)域15稱為環(huán)狀陽極區(qū)域32，將連接主陽極區(qū)域31以及環(huán)狀陽極區(qū)域32的大致 矩形的陽極區(qū)域15稱為陽極連接區(qū)域33，則圖6的PIN 二極管10沿著具有4邊由直線部構(gòu)成且4頂點由曲線部構(gòu)成的大致矩形的外緣的主陽極區(qū)域31的外緣，形成環(huán)狀陽極區(qū)域32，經(jīng)由陽極連接區(qū)域33，能夠使主陽極區(qū)域31的直線部與環(huán)狀陽極區(qū)域32的內(nèi)緣連接。陽極連接區(qū)域33不與主陽極區(qū)域31的外緣的曲線部連接。此外，陽極連接區(qū)域33的電阻能夠通過其寬度以及長度來控制。由此，優(yōu)選使各陽極連接區(qū)域33的寬度以及長度相互大致一致，使各陽極連接區(qū)域33的電阻大致一致。圖8是表示本發(fā)明實施方式2的PIN 二極管10的其他構(gòu)成例的俯視圖。與圖6的PIN 二極管10相比較，在以下I點上不同，即，相對于陽極區(qū)域15的各直線部B2，分別形成2個以上的非擴散旁側(cè)區(qū)域19。在該PIN 二極管10中，在比接觸區(qū)域17c更靠外側(cè)的陽極區(qū)域15內(nèi)，形成沿著同一直線部B2延伸的2個以上的非擴散旁側(cè)區(qū)域19。由此，在擊穿部位從陽極區(qū)域15的曲線部BI向直線部B2移動后，易于使直線部B2上的擊穿部位23分散。因此，能夠抑制電流集中到直線部B2上的I點而產(chǎn)生熱破壞。特別地，通過使沿著同一直線部B2而形成的2個以上的非擴散旁側(cè)區(qū)域19的長度大致一致，使比非擴散旁側(cè)區(qū)域19更靠外側(cè)的電流路徑的電阻大致一致，由此能夠更有效地抑制電流集中到直線部B2上的I點。另外，圖8的PIN 二極管10也與圖6的情況相同，沿著主陽極區(qū)域31的外緣形成環(huán)狀陽極區(qū)域32，主陽極區(qū)域31以及環(huán)狀陽極區(qū)域32也能夠通過陽極連接區(qū)域33而相互連接。但是，在圖6的情況下，形成在同一直線部B2中的陽極連接區(qū)域33是非擴散角部區(qū)域16以及非擴散旁側(cè)區(qū)域19間的2處，相對于此，在圖8的情況下，相鄰的非擴散旁側(cè)區(qū)域19間還成為增加后的3處以上。另外，在實施方式I以及2中，說明了作為陽極區(qū)域15的終端構(gòu)造而形成多個FLR14的情況的例子，但是本發(fā)明不限定于此。例如，為了提高耐壓，也可以在陽極區(qū)域15的外側(cè)形成 SIPOS 層。SIPOS (Semi-Insulating Polycrystalline Silicon)層是使氧混入多晶娃中的半絕緣性的膜，由于SIPOS層內(nèi)的可動載流子(carrier)補償電場分布的混亂，所以能夠提高耐壓。或者，通過使陽極電極17在氧化膜13上向半導(dǎo)體基板11的外緣側(cè)伸展，從而將提高陽極區(qū)域15的端部的耐壓的FP(Field Plate)的技術(shù)和FLR組合起來得到的方案也包含在本發(fā)明中。
符號說明IN+半導(dǎo)體層2Pf半導(dǎo)體層3阻斷區(qū)域10PIN 二極管11半導(dǎo)體基板12等電位電極13氧化膜
14FLR15陽極區(qū)域16非擴散角部區(qū)域17陽極電極17c接觸區(qū)域18陰極電極19非擴散旁側(cè)區(qū)域BI陽極區(qū)域的曲線部B2陽極區(qū)域的直線部
權(quán)利要求
1.一種PIN 二極管，其特征在于，具備 半導(dǎo)體基板，其由N型的第一半導(dǎo)體層以及雜質(zhì)濃度比第一半導(dǎo)體層低的N型的第二半導(dǎo)體層構(gòu)成； 陰極電極，其形成在第一半導(dǎo)體層的外表面上； P型的陽極區(qū)域，其通過針對第二半導(dǎo)體層的外表面的選擇性的雜質(zhì)擴散而形成；以及 陽極電極，其經(jīng)由上述陽極區(qū)域內(nèi)的接觸區(qū)域而與上述陽極區(qū)域?qū)ǎ? 上述陽極區(qū)域具有4邊由直線部構(gòu)成且4頂點由大致圓弧狀的曲線部構(gòu)成的大致矩形的外緣，在上述接觸區(qū)域的外側(cè)，分別形成沿著上述曲線部而延伸的N型的非擴散角部區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的PIN二極管，其特征在于， 在上述陽極區(qū)域內(nèi)，在上述接觸區(qū)域的外側(cè)形成沿著上述直線部延伸的N型的非擴散旁側(cè)區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的PIN二極管，其特征在于， 在上述陽極區(qū)域內(nèi)，形成沿著同一上述直線部斷續(xù)延伸的2個以上的上述非擴散旁側(cè)區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的PIN二極管，其特征在于， 上述非擴散角部區(qū)域以及非擴散旁側(cè)區(qū)域，通過使用用于形成上述陽極區(qū)域的光掩模來對第二半導(dǎo)體層的外表面進行掩模形成，由此通過上述雜質(zhì)擴散與上述陽極區(qū)域同時形成。
全文摘要
本發(fā)明目的在于，低價提供一種提高雪崩耐量的PIN二極管。本發(fā)明的PIN二極管具備半導(dǎo)體基板(11)，其由N+半導(dǎo)體層(1)以及N-半導(dǎo)體層(2)構(gòu)成；P型的陽極區(qū)域(15)，其通過針對N-半導(dǎo)體層(2)的外表面的選擇性的雜質(zhì)擴散而形成；以及陽極電極(17)，其經(jīng)由陽極區(qū)域(15)內(nèi)的接觸區(qū)域(17c)而與陽極區(qū)域(15)導(dǎo)通。陽極區(qū)域(15)具有4邊由直線部(B2)構(gòu)成且4頂點由曲線部(B2)構(gòu)成的大致矩形的外緣，在接觸區(qū)域(17c)的外側(cè)，分別形成沿著曲線部(B1)而延伸的N型的非擴散角部區(qū)域(16)。由此，如果雪崩電流從曲線部(B1)上的擊穿部位迂回流入高電阻的非擴散角部區(qū)域(16)，則沿著曲線部(B1)產(chǎn)生電壓下降，由此能夠使擊穿部位向直線部(B2)移動。
文檔編號H01L29/861GK102714226SQ201080046449
公開日2012年10月3日 申請日期2010年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月16日
發(fā)明者內(nèi)野猛善, 山本浩史, 西村良和 申請人:株式會社三社電機制作所