[发明专利]PIN二极管

说明书

技术领域

本发明涉及PIN(P Intrinsic N)二极管，更详细来说，涉及用于提高雪崩(avalanche)耐量的PIN二极管的改良。

背景技术

在由N型半导体层构成的半导体基板的一个主面上形成阴极(cathode)电极，并在另一个主面上形成由P型半导体构成的矩形形状的阳极(anode)区域，作为以上构成的半导体整流元件，存在PIN二极管。PIN二极管的N型半导体层由N⁺半导体层和杂质浓度比N⁺半导体层低的N^-半导体层(本征半导体层)构成，在阳极区域以及N⁺半导体层之间存在高电阻的N^-半导体层，由此，相对于反向偏压得到良好的耐压特性。

作为在施加反向偏压时产生的击穿现象(breakdown phenomenon)，存在雪崩击穿(电子雪崩击穿)。雪崩(Avalanche)击穿在施加超出击穿电压(反耐压电压)的反向偏压时产生，由于流过较大的雪崩电流而导致温度上升，有时会导致元件的热破坏。已知对于通过施加反向偏压而在N^-半导体层中产生的耗尽层(depleted layer)来说，与阳极区域的中央部相比，阳极区域的端部难以扩展。也就是说，对耗尽层的厚度来说，端部与阳极区域的中央部相比较薄，易于产生电场集中，因此上述雪崩击穿易于在阳极区域的端部产生。因此，提出有通过形成围绕阳极区域的环状的P型区域，使得阳极区域的端部中的电场集中得到缓和，提高雪崩耐量的技术(例如，专利文献1以及2)。

图11是表示现有技术的PIN二极管100的构成例的俯视图，阳极区域105由多个FLR104围绕。图12是图11的A10-A10切断线的切断图。图13是不具有FLR104的PIN二极管的剖面图。

PIN二极管100，在半导体基板101的一个主面上形成阴极电极110，在另一个主面上形成阳极区域105、2个FLR104以及阻断(stopper)区域111。FLR(Field Limiting Ring)104是为了保持耐压而由沿着阳极区域105的外缘形成的P型半导体构成的环状区域，称为保护环(guard ring)。阻断区域111是形成在半导体基板101的周缘部的由N⁺半导体构成的环状区域。

在阳极区域105上，形成阳极电极106，从阳极区域105的周缘部开始到阻断区域111而形成氧化膜103。氧化膜103是由环状区域构成的绝缘膜，按照与氧化膜103的内缘部相重叠的方式而形成阳极电极106，按照与氧化膜103的外缘部相重叠的方式而形成环状的等电位电极102。半导体基板101由N⁺半导体层101a以及N^-半导体层101b构成，从N^-半导体层101b的表面选择性地扩散P型杂质，由此形成阳极区域105以及FLR04。

通过施加反向偏压而产生的耗尽层112，在未设置FLR104的情况下，在阳极区域105的中央部为平板状(planer plane)，相对于此，在阳极区域105的端部B11为圆柱状(cylindrical)。由此，特别地，在曲线部B10的端部B11中产生电场集中，易于产生雪崩击穿。另一方面，在设置有FLR104的情况下，耗尽层112从阳极区域105的端部B11朝向半导体基板101的外缘延伸。也就是说，从阳极区域105的端部B11延伸的耗尽层112遇到FLR104，并且耗尽层112从这里开始进一步朝向外侧伸展，由此，阳极区域105的端部B11中的电场得到缓和。此外，各FLR104与阳极区域105和其他FLR104电气孤立，所以在阳极区域105和FLR104之间、以及FLR104间，朝向外侧产生电压下降，在FLR104部分难以引起电场集中。

一般，在由于感应负载和变压器的1次侧以及2次侧的耦合所导致的漏电感(leakage inductance)等外因而产生的浪涌电压超出击穿电压的情况下，在元件内流过雪崩电流。此时，雪崩击穿从元件内电场最集中的部位产生。由此，在上述PIN二极管100中，在阳极区域105的外缘的曲线部B10中产生电场集中，流过雪崩电流，易于产生热破坏，因此存在提高雪崩耐量的极限。