(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022092720
(43)【公開日】2022-06-23
(54)【発明の名称】半導体装置及びスイッチング電源装置
(51)【国際特許分類】
H01L 21/329 20060101AFI20220616BHJP
H01L 29/861 20060101ALI20220616BHJP
H01L 29/06 20060101ALI20220616BHJP
H01L 21/28 20060101ALI20220616BHJP
H01L 29/41 20060101ALI20220616BHJP
【ＦＩ】
H01L29/90 P
H01L29/91 D
H01L29/90 D
H01L29/06 301G
H01L29/06 301F
H01L29/06 301V
H01L29/91 Z
H01L29/90 Z
H01L29/06 301M
H01L21/28 301R
H01L29/44 Y
【審査請求】未請求
【請求項の数】18
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2020205590
(22)【出願日】2020-12-11
(71)【出願人】
【識別番号】000002037
【氏名又は名称】新電元工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100110858
【弁理士】
【氏名又は名称】柳瀬 睦肇
(72)【発明者】
【氏名】井上 征
(72)【発明者】
【氏名】柴田 行裕
(72)【発明者】
【氏名】田口 英正
【テーマコード（参考）】
4M104
【Ｆターム（参考）】
4M104AA01
4M104BB02
4M104BB05
4M104BB09
4M104BB14
4M104CC01
4M104EE06
4M104FF02
4M104FF03
4M104FF10
4M104FF13
4M104FF31
4M104FF34
4M104GG02
4M104GG18
4M104HH18
(57)【要約】
【課題】ＧＨｚ帯域のノイズの発生を抑制できる半導体装置を提供する。
【解決手段】本発明は、第１導電型の半導体基板１１と、前記半導体基板上に位置する第１導電型の半導体層１２と、前記第１導電型の半導体層内の表面側に位置する第１の第２導電型拡散層１３と、前記第１導電型の半導体層内に位置され、平面視において前記第１の第２導電型拡散層と接触し、かつ、前記第１の第２導電型拡散層を囲むように配置され、前記第１の第２導電型拡散層より耐圧が高くなるように形成された第２の第２導電型拡散層１４と、前記第２の第２導電型拡散層及び平面視で前記第２の第２導電型拡散層の外側の前記半導体層の上に位置する絶縁層１５と、前記第１の第２導電型拡散層、前記第２の第２導電型拡散層及び前記絶縁層の上に位置する金属プレート１６と、を含む半導体装置である。
【選択図】図１
【解決手段】本発明は、第１導電型の半導体基板１１と、前記半導体基板上に位置する第１導電型の半導体層１２と、前記第１導電型の半導体層内の表面側に位置する第１の第２導電型拡散層１３と、前記第１導電型の半導体層内に位置され、平面視において前記第１の第２導電型拡散層と接触し、かつ、前記第１の第２導電型拡散層を囲むように配置され、前記第１の第２導電型拡散層より耐圧が高くなるように形成された第２の第２導電型拡散層１４と、前記第２の第２導電型拡散層及び平面視で前記第２の第２導電型拡散層の外側の前記半導体層の上に位置する絶縁層１５と、前記第１の第２導電型拡散層、前記第２の第２導電型拡散層及び前記絶縁層の上に位置する金属プレート１６と、を含む半導体装置である。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１導電型の半導体基板と、
前記半導体基板上に位置する第１導電型の半導体層と、
前記第１導電型の半導体層内の表面側に位置する第１の第２導電型拡散層と、
前記第１導電型の半導体層内に位置され、平面視において前記第１の第２導電型拡散層と接触し、かつ、前記第１の第２導電型拡散層を囲むように配置され、前記第１の第２導電型拡散層より耐圧が高くなるように形成された第２の第２導電型拡散層と、
前記第２の第２導電型拡散層及び平面視で前記第２の第２導電型拡散層の外側の前記半導体層の上に位置する絶縁層と、
前記第１の第２導電型拡散層、前記第２の第２導電型拡散層及び前記絶縁層の上に位置する金属プレートと、
を含むことを特徴とする半導体装置。
前記半導体基板上に位置する第１導電型の半導体層と、
前記第１導電型の半導体層内の表面側に位置する第１の第２導電型拡散層と、
前記第１導電型の半導体層内に位置され、平面視において前記第１の第２導電型拡散層と接触し、かつ、前記第１の第２導電型拡散層を囲むように配置され、前記第１の第２導電型拡散層より耐圧が高くなるように形成された第２の第２導電型拡散層と、
前記第２の第２導電型拡散層及び平面視で前記第２の第２導電型拡散層の外側の前記半導体層の上に位置する絶縁層と、
前記第１の第２導電型拡散層、前記第２の第２導電型拡散層及び前記絶縁層の上に位置する金属プレートと、
を含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項2】
請求項１において、
前記第２の第２導電型拡散層は、前記第１の第２導電型拡散層より不純物濃度勾配が緩やかに形成されていることを特徴とする半導体装置。
前記第２の第２導電型拡散層は、前記第１の第２導電型拡散層より不純物濃度勾配が緩やかに形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項3】
請求項１又は２において、
前記第２の第２導電型拡散層の深さは、前記第１の第２導電型拡散層より深いことを特徴とする半導体装置。
前記第２の第２導電型拡散層の深さは、前記第１の第２導電型拡散層より深いことを特徴とする半導体装置。
【請求項4】
請求項３において、
前記第２の第２導電型拡散層の表面濃度は、前記第１の第２導電型拡散層より高いことを特徴とする半導体装置。
前記第２の第２導電型拡散層の表面濃度は、前記第１の第２導電型拡散層より高いことを特徴とする半導体装置。
【請求項5】
請求項３において、
前記第２の第２導電型拡散層の表面濃度は、前記第１の第２導電型拡散層と同等であることを特徴とする半導体装置。
前記第２の第２導電型拡散層の表面濃度は、前記第１の第２導電型拡散層と同等であることを特徴とする半導体装置。
【請求項6】
請求項１又は２において、
前記第２の第２導電型拡散層の深さは、前記第１の第２導電型拡散層より浅いことを特徴とする半導体装置。
前記第２の第２導電型拡散層の深さは、前記第１の第２導電型拡散層より浅いことを特徴とする半導体装置。
【請求項7】
請求項３又は６において、
前記第２の第２導電型拡散層の表面濃度は、前記第１の第２導電型拡散層より低いことを特徴とする半導体装置。
前記第２の第２導電型拡散層の表面濃度は、前記第１の第２導電型拡散層より低いことを特徴とする半導体装置。
【請求項8】
第１導電型の半導体基板と、
前記半導体基板上に位置する第１導電型の半導体層と、
前記第１導電型の半導体層内の表面側に位置する第２導電型拡散層と、
前記第１導電型の半導体層内に位置され、前記第２導電型拡散層の下に位置され、かつ、前記第２導電型拡散層と接触し、平面視において前記第２導電型拡散層の内側に位置され、前記第１導電型の半導体層より不純物濃度の高い第１導電型の埋込層と、
平面視において前記第１導電型の埋込層の外側の前記第２導電型拡散層の端部及び前記第２導電型拡散層の端部の外側の前記半導体層の上に位置する絶縁層と、
前記第２導電型拡散層、前記第２導電型拡散層の端部及び前記絶縁層の上に位置する金属プレートと、
を含むことを特徴とする半導体装置。
前記半導体基板上に位置する第１導電型の半導体層と、
前記第１導電型の半導体層内の表面側に位置する第２導電型拡散層と、
前記第１導電型の半導体層内に位置され、前記第２導電型拡散層の下に位置され、かつ、前記第２導電型拡散層と接触し、平面視において前記第２導電型拡散層の内側に位置され、前記第１導電型の半導体層より不純物濃度の高い第１導電型の埋込層と、
平面視において前記第１導電型の埋込層の外側の前記第２導電型拡散層の端部及び前記第２導電型拡散層の端部の外側の前記半導体層の上に位置する絶縁層と、
前記第２導電型拡散層、前記第２導電型拡散層の端部及び前記絶縁層の上に位置する金属プレートと、
を含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項9】
請求項１から８のいずれか一項において、
前記金属プレートは、第１の金属層と、前記第１の金属層上に位置する第２の金属層を有し、前記第１の金属層は前記第２の金属層と電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
前記金属プレートは、第１の金属層と、前記第１の金属層上に位置する第２の金属層を有し、前記第１の金属層は前記第２の金属層と電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項10】
請求項１から９のいずれか一項において、
前記金属プレート上に位置するはんだを有することを特徴とする半導体装置。
前記金属プレート上に位置するはんだを有することを特徴とする半導体装置。
【請求項11】
請求項１０において、
前記はんだは、前記第１の第２導電型拡散層、前記第２の第２導電型拡散層及び前記絶縁層それぞれの上の前記金属プレート上に位置することを特徴とする半導体装置。
前記はんだは、前記第１の第２導電型拡散層、前記第２の第２導電型拡散層及び前記絶縁層それぞれの上の前記金属プレート上に位置することを特徴とする半導体装置。
【請求項12】
請求項１から１１のいずれか一項において、
前記金属プレートに電気的に接続された第１のリード線と、
前記半導体基板に電気的に接続された第２のリード線と、
前記第１のリード線及び前記第２のリード線それぞれの一部、前記半導体基板及び前記金属プレートを封止する樹脂と、
前記樹脂の表面を覆うシールド膜と、
を有し、
前記シールド膜は前記第１のリード線及び前記第２のリード線の少なくとも一方に接触することを特徴とする半導体装置。
前記金属プレートに電気的に接続された第１のリード線と、
前記半導体基板に電気的に接続された第２のリード線と、
前記第１のリード線及び前記第２のリード線それぞれの一部、前記半導体基板及び前記金属プレートを封止する樹脂と、
前記樹脂の表面を覆うシールド膜と、
を有し、
前記シールド膜は前記第１のリード線及び前記第２のリード線の少なくとも一方に接触することを特徴とする半導体装置。
【請求項13】
請求項１から１１のいずれか一項において、
前記金属プレートに電気的に接続された第１のリード線と、
前記半導体基板に電気的に接続された第２のリード線と、
前記第１のリード線及び前記第２のリード線それぞれの一部、前記半導体基板及び前記金属プレートを封止する樹脂と、
を有し、
前記樹脂には、前記樹脂より誘電率の高い材料が混入されていることを特徴とする半導体装置。
前記金属プレートに電気的に接続された第１のリード線と、
前記半導体基板に電気的に接続された第２のリード線と、
前記第１のリード線及び前記第２のリード線それぞれの一部、前記半導体基板及び前記金属プレートを封止する樹脂と、
を有し、
前記樹脂には、前記樹脂より誘電率の高い材料が混入されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項14】
第１導電型の半導体基板と、
前記半導体基板上に位置する第１導電型の半導体層と、
前記第１導電型の半導体層内の表面側に位置する第２導電型拡散層と、
前記第２導電型拡散層上に位置する金属プレートと、
前記金属プレートに電気的に接続された第１のリード線と、
前記半導体基板に電気的に接続された第２のリード線と、
前記第１のリード線及び前記第２のリード線それぞれの一部、前記半導体基板及び前記金属プレートを封止する樹脂と、
前記樹脂の表面を覆うシールド膜と、
を有し、
前記シールド膜は前記第１のリード線及び前記第２のリード線の少なくとも一方に接触することを特徴とする半導体装置。
前記半導体基板上に位置する第１導電型の半導体層と、
前記第１導電型の半導体層内の表面側に位置する第２導電型拡散層と、
前記第２導電型拡散層上に位置する金属プレートと、
前記金属プレートに電気的に接続された第１のリード線と、
前記半導体基板に電気的に接続された第２のリード線と、
前記第１のリード線及び前記第２のリード線それぞれの一部、前記半導体基板及び前記金属プレートを封止する樹脂と、
前記樹脂の表面を覆うシールド膜と、
を有し、
前記シールド膜は前記第１のリード線及び前記第２のリード線の少なくとも一方に接触することを特徴とする半導体装置。
【請求項15】
請求項１２又は１４において、
前記樹脂には、前記樹脂より誘電率の高い材料が混入されていることを特徴とする半導体装置。
前記樹脂には、前記樹脂より誘電率の高い材料が混入されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項16】
第１導電型の半導体基板と、
前記半導体基板上に位置する第１導電型の半導体層と、
前記第１導電型の半導体層内の表面側に位置する第２導電型拡散層と、
前記第２導電型拡散層上に位置する金属プレートと、
前記金属プレートに電気的に接続された第１のリード線と、
前記半導体基板に電気的に接続された第２のリード線と、
前記第１のリード線及び前記第２のリード線それぞれの一部、前記半導体基板及び前記金属プレートを封止する樹脂と、
を有し、
前記樹脂には、前記樹脂より誘電率の高い材料が混入されていることを特徴とする半導体装置。
前記半導体基板上に位置する第１導電型の半導体層と、
前記第１導電型の半導体層内の表面側に位置する第２導電型拡散層と、
前記第２導電型拡散層上に位置する金属プレートと、
前記金属プレートに電気的に接続された第１のリード線と、
前記半導体基板に電気的に接続された第２のリード線と、
前記第１のリード線及び前記第２のリード線それぞれの一部、前記半導体基板及び前記金属プレートを封止する樹脂と、
を有し、
前記樹脂には、前記樹脂より誘電率の高い材料が混入されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項17】
請求項１から１６のいずれか一項において、
前記金属プレートは、Ａｌ層、Ｎｉ層、Ｔｉ層、Ａｕ層、及び、Ｎｉ層とＡｌ層の積層からなる群から選択された少なくとも一つの金属層を有することを特徴とする半導体装置。
前記金属プレートは、Ａｌ層、Ｎｉ層、Ｔｉ層、Ａｕ層、及び、Ｎｉ層とＡｌ層の積層からなる群から選択された少なくとも一つの金属層を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項18】
請求項１から１７のいずれか一項に記載の半導体装置を含むパワークランパを備えることを特徴とするスイッチング電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体装置及びスイッチング電源装置に関する。
【背景技術】
【0002】
図１１は、従来のパワークランパの電圧クランプ用メサ型ダイオードを示す断面図である。
この電圧クランプ用メサ型ダイオードはＮ＋＋型シリコン基板１０１を有し、このＮ＋＋型シリコン基板１０１上にＮ型エピタキシャル層１０２が形成されている。Ｎ型エピタキシャル層１０２の両端はテーパー状に加工されている。Ｎ型エピタキシャル層１０２内の表面側にはＰ＋＋型拡散層１０３が形成されており、Ｐ＋＋型拡散層１０３及びＮ型エピタキシャル層１０２のテーパー状に加工された両端にはガラスパッシベーション層等の絶縁層１０５が形成されている。また、Ｐ＋＋型拡散層１０３の上にはＮｉ層とＡｕ層の積層膜又はＮｉ膜からなる第１の金属膜１０４が形成されている。また、Ｎ＋＋型シリコン基板１０１の下にはＮｉ層とＡｕ層の積層膜又はＮｉ膜からなる第２の金属膜１０６が形成されている。このような電圧クランプ用メサ型ダイオードに関連する技術は例えば特許文献１に記載されている。
この電圧クランプ用メサ型ダイオードはＮ＋＋型シリコン基板１０１を有し、このＮ＋＋型シリコン基板１０１上にＮ型エピタキシャル層１０２が形成されている。Ｎ型エピタキシャル層１０２の両端はテーパー状に加工されている。Ｎ型エピタキシャル層１０２内の表面側にはＰ＋＋型拡散層１０３が形成されており、Ｐ＋＋型拡散層１０３及びＮ型エピタキシャル層１０２のテーパー状に加工された両端にはガラスパッシベーション層等の絶縁層１０５が形成されている。また、Ｐ＋＋型拡散層１０３の上にはＮｉ層とＡｕ層の積層膜又はＮｉ膜からなる第１の金属膜１０４が形成されている。また、Ｎ＋＋型シリコン基板１０１の下にはＮｉ層とＡｕ層の積層膜又はＮｉ膜からなる第２の金属膜１０６が形成されている。このような電圧クランプ用メサ型ダイオードに関連する技術は例えば特許文献１に記載されている。
【0003】
パワークランパは、電圧クランプ用メサ型ダイオードと高速整流ダイオードを合体して１つの素子にしたものである。従来のパワークランパでは、ＧＨｚ帯域のノイズの発生について問題にされていなかった。
【0004】
しかし、ＣＩＳＰＲ（国際無線障害特別委員会）のノイズの規定が変わり、ＧＨｚ帯域のノイズの発生を抑制することが要求されるようになった。そして、図１１に示すパワークランパの電圧クランプ用メサ型ダイオードからもＧＨｚ帯域のノイズが発せられることが確認された。
【0005】
なお、ＣＩＳＰＲは、無線障害の原因となる各種機器からの不要電波（妨害波）に関し、その許容値と測定法を国際的に合意することによって国際貿易を促進することを目的としたＩＥＣ（国際電気標準会議）の特別委員会である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開２０１４－１９２５００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明の種々の態様は、ＧＨｚ帯域のノイズの発生を抑制できる半導体装置及びその半導体装置を備えたスイッチング電源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
以下に本発明の種々の態様について説明する。
【0009】
［１］第１導電型の半導体基板と、
前記半導体基板上に位置する第１導電型の半導体層と、
前記第１導電型の半導体層内の表面側に位置する第１の第２導電型拡散層と、
前記第１導電型の半導体層内に位置され、平面視において前記第１の第２導電型拡散層と接触し、かつ、前記第１の第２導電型拡散層を囲むように配置され、前記第１の第２導電型拡散層より耐圧が高くなるように形成された第２の第２導電型拡散層と、
前記第２の第２導電型拡散層及び平面視で前記第２の第２導電型拡散層の外側の前記半導体層の上に位置する絶縁層と、
前記第１の第２導電型拡散層、前記第２の第２導電型拡散層及び前記絶縁層の上に位置する金属プレートと、
を含むことを特徴とする半導体装置。
前記半導体基板上に位置する第１導電型の半導体層と、
前記第１導電型の半導体層内の表面側に位置する第１の第２導電型拡散層と、
前記第１導電型の半導体層内に位置され、平面視において前記第１の第２導電型拡散層と接触し、かつ、前記第１の第２導電型拡散層を囲むように配置され、前記第１の第２導電型拡散層より耐圧が高くなるように形成された第２の第２導電型拡散層と、
前記第２の第２導電型拡散層及び平面視で前記第２の第２導電型拡散層の外側の前記半導体層の上に位置する絶縁層と、
前記第１の第２導電型拡散層、前記第２の第２導電型拡散層及び前記絶縁層の上に位置する金属プレートと、
を含むことを特徴とする半導体装置。
【0010】
［２］上記［１］において、
前記第２の第２導電型拡散層は、前記第１の第２導電型拡散層より不純物濃度勾配が緩やかに形成されていることを特徴とする半導体装置。
前記第２の第２導電型拡散層は、前記第１の第２導電型拡散層より不純物濃度勾配が緩やかに形成されていることを特徴とする半導体装置。
【0011】
［３］上記［１］又は［２］において、
前記第２の第２導電型拡散層の深さは、前記第１の第２導電型拡散層より深いことを特徴とする半導体装置。
［４］上記［３］において、
前記第２の第２導電型拡散層の表面濃度は、前記第１の第２導電型拡散層より高いことを特徴とする半導体装置。
［５］上記［３］において、
前記第２の第２導電型拡散層の表面濃度は、前記第１の第２導電型拡散層と同等であることを特徴とする半導体装置。
前記第２の第２導電型拡散層の深さは、前記第１の第２導電型拡散層より深いことを特徴とする半導体装置。
［４］上記［３］において、
前記第２の第２導電型拡散層の表面濃度は、前記第１の第２導電型拡散層より高いことを特徴とする半導体装置。
［５］上記［３］において、
前記第２の第２導電型拡散層の表面濃度は、前記第１の第２導電型拡散層と同等であることを特徴とする半導体装置。
【0012】
［６］上記［１］又は［２］において、
前記第２の第２導電型拡散層の深さは、前記第１の第２導電型拡散層より浅いことを特徴とする半導体装置。
［７］上記［３］又は［６］において、
前記第２の第２導電型拡散層の表面濃度は、前記第１の第２導電型拡散層より低いことを特徴とする半導体装置。
前記第２の第２導電型拡散層の深さは、前記第１の第２導電型拡散層より浅いことを特徴とする半導体装置。
［７］上記［３］又は［６］において、
前記第２の第２導電型拡散層の表面濃度は、前記第１の第２導電型拡散層より低いことを特徴とする半導体装置。
【0013】
［８］第１導電型の半導体基板と、
前記半導体基板上に位置する第１導電型の半導体層と、
前記第１導電型の半導体層内の表面側に位置する第２導電型拡散層と、
前記第１導電型の半導体層内に位置され、前記第２導電型拡散層の下に位置され、かつ、前記第２導電型拡散層と接触し、平面視において前記第２導電型拡散層の内側に位置され、前記第１導電型の半導体層より不純物濃度の高い第１導電型の埋込層と、
平面視において前記第１導電型の埋込層の外側の前記第２導電型拡散層の端部及び前記第２導電型拡散層の端部の外側の前記半導体層の上に位置する絶縁層と、
前記第２導電型拡散層、前記第２導電型拡散層の端部及び前記絶縁層の上に位置する金属プレートと、
を含むことを特徴とする半導体装置。
前記半導体基板上に位置する第１導電型の半導体層と、
前記第１導電型の半導体層内の表面側に位置する第２導電型拡散層と、
前記第１導電型の半導体層内に位置され、前記第２導電型拡散層の下に位置され、かつ、前記第２導電型拡散層と接触し、平面視において前記第２導電型拡散層の内側に位置され、前記第１導電型の半導体層より不純物濃度の高い第１導電型の埋込層と、
平面視において前記第１導電型の埋込層の外側の前記第２導電型拡散層の端部及び前記第２導電型拡散層の端部の外側の前記半導体層の上に位置する絶縁層と、
前記第２導電型拡散層、前記第２導電型拡散層の端部及び前記絶縁層の上に位置する金属プレートと、
を含むことを特徴とする半導体装置。
【0014】
［９］上記［１］から［８］のいずれか一項において、
前記金属プレートは、第１の金属層と、前記第１の金属層上に位置する第２の金属層を有し、前記第１の金属層は前記第２の金属層と電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
前記金属プレートは、第１の金属層と、前記第１の金属層上に位置する第２の金属層を有し、前記第１の金属層は前記第２の金属層と電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
【0015】
［１０］上記［１］から［９］のいずれか一項において、
前記金属プレート上に位置するはんだを有することを特徴とする半導体装置。
前記金属プレート上に位置するはんだを有することを特徴とする半導体装置。
【0016】
［１１］上記［１０］において、
前記はんだは、前記第１の第２導電型拡散層、前記第２の第２導電型拡散層及び前記絶縁層それぞれの上の前記金属プレート上に位置することを特徴とする半導体装置。
前記はんだは、前記第１の第２導電型拡散層、前記第２の第２導電型拡散層及び前記絶縁層それぞれの上の前記金属プレート上に位置することを特徴とする半導体装置。
【0017】
［１２］上記［１］から［１１］のいずれか一項において、
前記金属プレートに電気的に接続された第１のリード線と、
前記半導体基板に電気的に接続された第２のリード線と、
前記第１のリード線及び前記第２のリード線それぞれの一部、前記半導体基板及び前記金属プレートを封止する樹脂と、
前記樹脂の表面を覆うシールド膜と、
を有し、
前記シールド膜は前記第１のリード線及び前記第２のリード線の少なくとも一方に接触することを特徴とする半導体装置。
前記金属プレートに電気的に接続された第１のリード線と、
前記半導体基板に電気的に接続された第２のリード線と、
前記第１のリード線及び前記第２のリード線それぞれの一部、前記半導体基板及び前記金属プレートを封止する樹脂と、
前記樹脂の表面を覆うシールド膜と、
を有し、
前記シールド膜は前記第１のリード線及び前記第２のリード線の少なくとも一方に接触することを特徴とする半導体装置。
【0018】
［１３］上記［１］から［１１］のいずれか一項において、
前記金属プレートに電気的に接続された第１のリード線と、
前記半導体基板に電気的に接続された第２のリード線と、
前記第１のリード線及び前記第２のリード線それぞれの一部、前記半導体基板及び前記金属プレートを封止する樹脂と、
を有し、
前記樹脂には、前記樹脂より誘電率の高い材料が混入されていることを特徴とする半導体装置。
前記金属プレートに電気的に接続された第１のリード線と、
前記半導体基板に電気的に接続された第２のリード線と、
前記第１のリード線及び前記第２のリード線それぞれの一部、前記半導体基板及び前記金属プレートを封止する樹脂と、
を有し、
前記樹脂には、前記樹脂より誘電率の高い材料が混入されていることを特徴とする半導体装置。
【0019】
［１４］第１導電型の半導体基板と、
前記半導体基板上に位置する第１導電型の半導体層と、
前記第１導電型の半導体層内の表面側に位置する第２導電型拡散層と、
前記第２導電型拡散層上に位置する金属プレートと、
前記金属プレートに電気的に接続された第１のリード線と、
前記半導体基板に電気的に接続された第２のリード線と、
前記第１のリード線及び前記第２のリード線それぞれの一部、前記半導体基板及び前記金属プレートを封止する樹脂と、
前記樹脂の表面を覆うシールド膜と、
を有し、
前記シールド膜は前記第１のリード線及び前記第２のリード線の少なくとも一方に接触することを特徴とする半導体装置。
前記半導体基板上に位置する第１導電型の半導体層と、
前記第１導電型の半導体層内の表面側に位置する第２導電型拡散層と、
前記第２導電型拡散層上に位置する金属プレートと、
前記金属プレートに電気的に接続された第１のリード線と、
前記半導体基板に電気的に接続された第２のリード線と、
前記第１のリード線及び前記第２のリード線それぞれの一部、前記半導体基板及び前記金属プレートを封止する樹脂と、
前記樹脂の表面を覆うシールド膜と、
を有し、
前記シールド膜は前記第１のリード線及び前記第２のリード線の少なくとも一方に接触することを特徴とする半導体装置。
【0020】
［１５］上記［１２］又は［１４］において、
前記樹脂には、前記樹脂より誘電率の高い材料が混入されていることを特徴とする半導体装置。
前記樹脂には、前記樹脂より誘電率の高い材料が混入されていることを特徴とする半導体装置。
【0021】
［１６］第１導電型の半導体基板と、
前記半導体基板上に位置する第１導電型の半導体層と、
前記第１導電型の半導体層内の表面側に位置する第２導電型拡散層と、
前記第２導電型拡散層上に位置する金属プレートと、
前記金属プレートに電気的に接続された第１のリード線と、
前記半導体基板に電気的に接続された第２のリード線と、
前記第１のリード線及び前記第２のリード線それぞれの一部、前記半導体基板及び前記金属プレートを封止する樹脂と、
を有し、
前記樹脂には、前記樹脂より誘電率の高い材料が混入されていることを特徴とする半導体装置。
前記半導体基板上に位置する第１導電型の半導体層と、
前記第１導電型の半導体層内の表面側に位置する第２導電型拡散層と、
前記第２導電型拡散層上に位置する金属プレートと、
前記金属プレートに電気的に接続された第１のリード線と、
前記半導体基板に電気的に接続された第２のリード線と、
前記第１のリード線及び前記第２のリード線それぞれの一部、前記半導体基板及び前記金属プレートを封止する樹脂と、
を有し、
前記樹脂には、前記樹脂より誘電率の高い材料が混入されていることを特徴とする半導体装置。
【0022】
［１７］上記［１］から［１６］のいずれか一項において、
前記金属プレートは、Ａｌ層、Ｎｉ層、Ｔｉ層、Ａｕ層、及び、Ｎｉ層とＡｌ層の積層からなる群から選択された少なくとも一つの金属層を有することを特徴とする半導体装置。
前記金属プレートは、Ａｌ層、Ｎｉ層、Ｔｉ層、Ａｕ層、及び、Ｎｉ層とＡｌ層の積層からなる群から選択された少なくとも一つの金属層を有することを特徴とする半導体装置。
【0023】
［１８］上記［１］から［１７］のいずれか一項に記載の半導体装置を含むパワークランパを備えることを特徴とするスイッチング電源装置。
【発明の効果】
【0024】
本発明の種々の態様によれば、ＧＨｚ帯域のノイズの発生を抑制できる半導体装置及びその半導体装置を備えたスイッチング電源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【図2】本発明の一態様に係る半導体装置を示す平面図である。
【図6】本発明の一態様に係る半導体装置を示す断面図である。
【図7】本発明の一態様に係る半導体装置を示す断面図である。
【図8】本発明の一様態に係る半導体装置を形成するために導入された不純物の濃度分布を模式的に示した図である。
【図9】本発明の一態様に係る半導体装置を示す断面図である。
【図10】本発明の一態様に係る半導体装置を模式的に示す断面図である。
【図11】従来のパワークランパの電圧クランプ用メサ型ダイオードを示す断面図である。
【図12】従来のプレーナ型ダイオードを示す断面図である。
【図13】本発明の一態様に係るスイッチング電源装置を示す回路図である。
【図14】比較例のＤＣＲスナバを用いたスイッチング電源装置を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【0026】
以下では、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【0027】
（第１の実施形態）
＜電圧クランプ用プレーナ型ダイオード＞
図２は、本発明の一態様に係る半導体装置を示す平面図である。図１は、図２に示す２－２線に沿った断面図である。図１に示す参照符号ＡからＦは、図２に示す参照符号ＡからＦに対応し、図１及び図２に示す破線は図１に示す断面図と図２に示す平面図の関係性を分かりやすくするためのものである。但し、図２は、Ｎ＋＋型シリコン基板１１、第１のＰ＋型不純物拡散層１３、第２のＰ＋型不純物拡散層１４及びＡｌ層１６のみを示しており、それ以外の部分については図示していない。
＜電圧クランプ用プレーナ型ダイオード＞
図２は、本発明の一態様に係る半導体装置を示す平面図である。図１は、図２に示す２－２線に沿った断面図である。図１に示す参照符号ＡからＦは、図２に示す参照符号ＡからＦに対応し、図１及び図２に示す破線は図１に示す断面図と図２に示す平面図の関係性を分かりやすくするためのものである。但し、図２は、Ｎ＋＋型シリコン基板１１、第１のＰ＋型不純物拡散層１３、第２のＰ＋型不純物拡散層１４及びＡｌ層１６のみを示しており、それ以外の部分については図示していない。
【0028】
図３及び図４それぞれは、図１に示す第２のＰ＋型不純物拡散層１４の深さを変更した変形例である。但し、図３及び図４では、第１のＰ＋型不純物拡散層１３及び第２のＰ＋型不純物拡散層１４ａ，１４ｂのみを示しており、それ以外の構成は図１と同一である。
【0029】
図５は、図１に示すＮ型エピタキシャル層１２から上を示しており、それ以外の構成は図１と同一である。
図８は、図１、図３、図４、図５及び図７に示す第２のＰ＋型不純物拡散層１４，１４ａ，１４ｂの不純物の濃度勾配[0]は、[0]第１のＰ＋型不純物拡散層１３の不純物の濃度勾配より緩やかに[0]形成されていることを説明する図である。
図８は、図１、図３、図４、図５及び図７に示す第２のＰ＋型不純物拡散層１４，１４ａ，１４ｂの不純物の濃度勾配[0]は、[0]第１のＰ＋型不純物拡散層１３の不純物の濃度勾配より緩やかに[0]形成されていることを説明する図である。
【0030】
図１に示す半導体装置は電圧クランプ用プレーナ型ダイオードであり、この電圧クランプ用プレーナ型ダイオードはＮ＋＋型シリコン基板１１（「第１導電型の半導体基板」ともいう。）を有する。このＮ＋＋型シリコン基板１１上にはＮ型エピタキシャル層１２（「第１導電型の半導体層」ともいう。）が形成されている。このＮ型エピタキシャル層１２内の表面側には第１のＰ＋型不純物拡散層１３（「第１の第２導電型拡散層」ともいう。）が形成されている。また、Ｎ型エピタキシャル層１２内には第２のＰ＋型不純物拡散層１４（「第２の第２導電型拡散層」ともいう。）が形成されている。第２のＰ＋型不純物拡散層１４は、平面視において第１のＰ＋型不純物拡散層１３と接触し、かつ、図２に示すように第１のＰ＋型不純物拡散層１３を囲むように配置されている。クランプ動作の際には電流が後述する金属プレートの下部に位置する半導体領域で流れるように構成されている。すなわち、第２のＰ＋型不純物拡散層１４は、第１のＰ＋型不純物拡散層１３より耐圧が高くなるように形成されている。詳細には、第２のＰ＋型不純物拡散層１４は、第１のＰ＋型不純物拡散層１３若しくは、第２のＰ＋型不純物拡散層１４と第１のＰ＋型不純物拡散層１３の接触部付近で、降伏現象（ツェナー降伏現象、アバランシェ降伏現象若しくは、ツェナー降伏現象とアバランシェ降伏現象が混在する降伏現象）が生ずるように形成されている。これを実現するために、詳細典型例として、図８に示す（２）と図８に示す（１）、図８に示す（３）と図８に示す（１）、図８に示す（４）と図８に示す（１）、又は図８に示す（５）と図８に示す（１）の関係のように、第２のＰ＋型不純物拡散層１４の不純物の濃度勾配[0]は、[0]第１のＰ＋型不純物拡散層１３の不純物の濃度勾配より緩やかに[0]形成されている。ここでいう不純物の濃度勾配とはＰＮ接合部に近づくにつれて変化する不純物濃度の変化率の絶対値のことである。なお、図８では、典型的なガウス(Gauss)型の変化を仮定しており、不純物濃度は深さ方向に対して単純に減少するが、降伏現象が上記のように生ずるのであれば、不純物濃度の分布は何でもよく、図８のような例に限定されるものではない。これは、本発明の他の実施例においても同様である。第２のＰ＋型不純物拡散層１４は、第１のＰ＋型不純物拡散層１３より表面濃度が高くても同等でも低くてもよく、第１のＰ＋型不純物拡散層１３よりも深く拡散して形成されているとよい。
また、第１及び第２のＰ＋型不純物拡散層１３，１４それぞれは、例えばＮ型エピタキシャル層１２の表面にＰ型不純物の拡散源を配置し、そのＰ型不純物をＮ型エピタキシャル層１２に熱拡散させることで形成してもよいし、Ｎ型エピタキシャル層１２にＰ型不純物をイオン注入した後に熱拡散させることで形成してもよい。
また、第１及び第２のＰ＋型不純物拡散層１３，１４それぞれは、例えばＮ型エピタキシャル層１２の表面にＰ型不純物の拡散源を配置し、そのＰ型不純物をＮ型エピタキシャル層１２に熱拡散させることで形成してもよいし、Ｎ型エピタキシャル層１２にＰ型不純物をイオン注入した後に熱拡散させることで形成してもよい。
【0031】
図２に示すように、第１のＰ＋型不純物拡散層１３の上から視た平面形状は四角形の角を円弧とした形状又は丸くした形状である。第２のＰ＋型不純物拡散層１４の平面形状は第１のＰ＋型不純物拡散層１３の周囲を囲む形状であり、第２のＰ＋型不純物拡散層１４の平面形状の輪郭は第１のＰ＋型不純物拡散層１３の平面形状の輪郭を拡大した形状である。
【0032】
図１に示すように、第２のＰ＋型不純物拡散層１４は第１のＰ＋型不純物拡散層１３より深く形成されているとよいが、図３に示すように、第２のＰ＋型不純物拡散層１４ａは第１のＰ＋型不純物拡散層１３と同じ深さで形成されていてもよいし、図４に示すように、第２のＰ＋型不純物拡散層１４ｂは第１のＰ＋型不純物拡散層１３より浅く形成されていてもよい。ここで、図３に示す第２のＰ＋型不純物拡散層１４ａ（図８に示す（４）に相当）は、図３に示す第１のＰ＋型不純物拡散層１３（図８に示す(１)に相当）より不純物の濃度勾配が緩やかに形成されている。 また、図４に示す第２のＰ＋型不純物拡散層１４ｂ（図８に示す(６)に相当）は、図４に示す第１のＰ＋型不純物拡散層１３（図８に示す(１)に相当）より不純物の濃度勾配が緩やかに形成されている。第２のＰ＋型不純物拡散層１４の深さは、深くても浅くても同じであっても、１～６ＧＨｚ帯域のノイズの発生を抑制する効果を得ることができる。但し、第２のＰ＋型不純物拡散層１４を第１のＰ＋型不純物拡散層１３より深く形成した場合の方が、同じ深さ又は浅い深さで形成した場合よりダイオードの特性を良くすることができ、かつ、１～６ＧＨｚ帯域のノイズの発生を抑制する効果もより大きくできることが期待される。
【0033】
図１に示すように、第２のＰ＋型不純物拡散層１４及び平面視で第２のＰ＋型不純物拡散層１４の外側のＮ型エピタキシャル層１２の上には絶縁層１５が形成されている。この絶縁層１５は例えばＳｉＯ２及びＰＳＧ(Phospho-Silicate Glass)等で形成されている。第１のＰ＋型不純物拡散層１３、第２のＰ＋型不純物拡散層１４及び絶縁層１５の上にはＡｌ層１６（「金属プレート」ともいう。）が形成されている。Ａｌ層１６は、図２に示すように第２のＰ＋型不純物拡散層１４の外側まで拡がって形成されている。
【0034】
また、図１に示すように、Ｎ型エピタキシャル層１２にはＮ＋＋不純物拡散層２６が形成されている。このＮ＋＋不純物拡散層２６は、平面視において第２のＰ＋型不純物拡散層１４の外側に位置し、かつ、第２のＰ＋型不純物拡散層１４と離れて形成されている。また、絶縁層１５は、第２のＰ＋型不純物拡散層１４、Ｎ型エピタキシャル層１２及びＮ＋＋不純物拡散層２６の上に位置している。絶縁層１５及びＮ＋＋不純物拡散層２６の上にはＡｌ層３２が形成されている。また、Ｎ＋＋型シリコン基板１１の下にはＴｉ層とＮｉ層を順に積層したＴｉ／Ｎｉ金属層２８が形成されている。
【0035】
Ａｌ層１６（「第１の金属層」ともいう。）上にはＴｉ層とＮｉ層を順に積層したＴｉ／Ｎｉ金属層１７（「第２の金属層」ともいう。）が形成されており、このＴｉ／Ｎｉ金属層１７はＡｌ層１６と電気的に接続されている。なお、前述したようにＡｌ層１６を金属プレートとしてもよいが、Ａｌ層１６とＴｉ／Ｎｉ金属層１７を合わせて金属プレート１８と呼んでも良い。
【0036】
Ｎ＋＋不純物拡散層２６、絶縁層１５及びＡｌ層１６，３２の上にはポリイミド膜２７が形成されている。Ｔｉ／Ｎｉ金属層１７上には、はんだ１９が形成されている。図１では、Ｔｉ／Ｎｉ金属層１７上にポリイミド膜２７を形成していないが、Ｔｉ／Ｎｉ金属層１７をＡｌ層１６の端のほうに広げて形成し、Ｔｉ／Ｎｉ金属層１７上にもポリイミド膜２７を形成してもよい。
【0037】
上述したようにＴｉ／Ｎｉ金属層１７をＡｌ層１６の端のほうに広げて形成することで、ノイズ低減効果を大きくできることが期待される。
【0038】
図１に示すように、主に第１のＰ＋型不純物拡散層１３の上に位置するポリイミド膜２７の開口部２７ａ（言い換えると、主に第１のＰ＋型不純物拡散層１３の上に位置するポリイミド膜２７から露出したＴｉ／Ｎｉ金属層１７上）にはんだ１９を形成してもよいが、図５に示すように、はんだ１９を形成するポリイミド膜２７の開口部２７ｂをＡｌ層１６の端のほうに向けて大きく広げて形成し、その開口部２７ｂにはんだ１９を形成してもよい。つまり、第１のＰ＋型不純物拡散層１３、第２のＰ＋型不純物拡散層１４及び絶縁層１５それぞれの上にＴｉ／Ｎｉ金属層１７を形成し、Ｔｉ／Ｎｉ金属層１７上にはんだ１９を形成してもよい。このようにはんだ１９をＡｌ層１６の端のほうに向けて大きく広げて形成することで、１～６ＧＨｚ帯域のノイズの発生を抑制する効果をより大きくすることができる。
【0039】
上記の電圧クランプ用プレーナ型ダイオードによれば、Ｎ型エピタキシャル層１２内の表面側に第１のＰ＋型不純物拡散層１３が位置し、平面視において第１のＰ＋型不純物拡散層１３と接触し、かつ、第１のＰ＋型不純物拡散層１３を囲むように、第１のＰ＋型不純物拡散層１３より耐圧の高い（例えば不純物濃度の低い）第２のＰ＋型不純物拡散層１４を配置する。これにより、第２のＰ＋型不純物拡散層１４より中央寄りの第１のＰ＋型不純物拡散層１３で降伏現象を起こさせることができる。その上、第１のＰ＋型不純物拡散層１３及び絶縁層１５の上に金属プレートとしてのＡｌ層１６を位置させることで、金属プレートがシールド効果を奏する。その結果、上記の電圧クランプ用プレーナ型ダイオードから１～６ＧＨｚ帯域のノイズが発せられることを抑制でき、ノイズ低減効果が得られる。
【0040】
また、図１に示す電圧クランプ用プレーナ型ダイオードでは、第２のＰ＋型不純物拡散層１４の深さを、第１のＰ＋型不純物拡散層１３より深くすることで、降伏現象箇所を第１のＰ＋型不純物拡散層１３の端部より中央寄りにすることができる。これにより、ノイズ低減効果をより大きくすることができる。
【0041】
また、図１に示す電圧クランプ用プレーナ型ダイオードでは、第１の金属層としてのＡｌ層１６上に第２の金属層としてのＴｉ／Ｎｉ金属層１７を形成し、Ｔｉ／Ｎｉ金属層１７をＡｌ層１６と電気的に接続している。そのため、Ａｌ層１６とＴｉ／Ｎｉ金属層１７を合わせた金属プレート１８となり、この金属プレート１８がシールド効果を奏する。その結果、電圧クランプ用プレーナ型ダイオードから１～６ＧＨｚ帯域のノイズが発せられることを抑制でき、ノイズ低減効果が得られる。
【0042】
また、金属プレート１８のＴｉ／Ｎｉ金属層１７上にはんだ１９を形成し、金属プレート１８がはんだ１９に電気的に接続されている。そのため、はんだ１９と金属プレート１８を合わせてシールドとして作用することで、電圧クランプ用プレーナ型ダイオードから１～６ＧＨｚ帯域のノイズが発せられることを抑制できる。
【0043】
なお、図１から図５に示す半導体装置における不純物拡散層の作製方法は、例えばフォトレジスト膜をマスクとして酸化膜エッチングによりパターン化し、不純物を堆積させ、導入した後に、熱処理を施すことで作製される。また、Ｎ型エピタキシャル層１２上に位置する各々の層やポリイミド膜の作製方法には、例えばスパッタリング法、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法、塗布法、エッチング法等が用いられる。
【0044】
（第２の実施形態）
＜電圧クランプ用プレーナ型ダイオード＞
図６は、本発明の一態様に係る半導体装置を示す断面図であり、その断面は図１に対応する面である。また、図６は、図１と同一部分には同一符号を付し、同一部分の説明は省略する。
＜電圧クランプ用プレーナ型ダイオード＞
図６は、本発明の一態様に係る半導体装置を示す断面図であり、その断面は図１に対応する面である。また、図６は、図１と同一部分には同一符号を付し、同一部分の説明は省略する。
【0045】
図６に示すように、Ｎ型エピタキシャル層１２（「第１導電型の半導体層」ともいう。）内の表面側にはＰ＋型不純物拡散層１３ａ（「第２導電型拡散層」ともいう。）が形成されている。なお、ここでいうＰ＋型不純物拡散層１３ａは端部１３ｂも含む意味である。Ｐ＋型不純物拡散層１３ａの下には、Ｎ型エピタキシャル層１２内に位置するＮ型埋込層３１（「第１導電型の埋込層」ともいう。）が形成されており、Ｎ型埋込層３１はＮ型エピタキシャル層１２より不純物濃度が高い。またＮ型埋込層３１は、Ｐ＋型不純物拡散層１３ａと接触し、平面視においてＰ＋型不純物拡散層１３ａの内側に配置されている。つまり、Ｐ＋型不純物拡散層１３ａの端部１３ｂは、Ｎ型埋込層３１とは接触せず、Ｎ型エピタキシャル層１２と接触し、かつ、平面視においてＰ＋型不純物拡散層１３ａがＮ型埋込層３１と接触する部分を囲むように配置されている。
【0046】
平面視においてＮ型埋込層３１の外側のＰ＋型不純物拡散層の端部１３ｂ及びＰ＋型不純物拡散層の端部１３ｂの外側のＮ型エピタキシャル層１２の上には絶縁層１５が形成されている。Ｐ＋型不純物拡散層１３ａ、Ｐ＋型不純物拡散層の端部１３ｂ及び絶縁層１５の上にはＡｌ層１６（「金属プレート」ともいう。）が形成されている。
【0047】
本実施形態によれば、平面視においてＮ型埋込層３１をＰ＋型不純物拡散層１３ａの内側に形成し、そのＰ＋型不純物拡散層１３ａとＮ型埋込層３１を接触させている。このため、平面視においてＮ型埋込層３１の外側に位置するＰ＋型不純物拡散層１３ａの端部１３ｂはＮ型エピタキシャル層１２に接触する。そして、Ｎ型エピタキシャル層１２はＮ型埋込層３１より不純物濃度が低いため、Ｎ型埋込層３１の外側に位置するＰ＋型不純物拡散層１３ａの端部１３ｂは、Ｎ型埋込層３１と接触するＰ＋型不純物拡散層１３ａより耐圧が高くなる。これにより、Ｐ＋型不純物拡散層１３ａの端部１３ｂより中央寄りのＰ＋型不純物拡散層１３ａで降伏現象を起こさせることができる。その上、Ｐ＋型不純物拡散層１３ａ及び絶縁層１５の上に金属プレートとしてのＡｌ層１６を形成することで、Ａｌ層１６がシールド効果を奏する。その結果、上記の電圧クランプ用プレーナ型ダイオードから１～６ＧＨｚ帯域のノイズが発せられることを抑制でき、ノイズ低減効果が得られる。
【0048】
（第３の実施形態）
＜電圧クランプ用メサ型ダイオード＞
図７は、本発明の一態様に係る半導体装置を示す断面図である。図７に示す半導体装置は電圧クランプ用メサ型ダイオードであり、図１１と同一部分には同一符号を付し、同一部分の説明は省略する。また図７に示す電圧クランプ用メサ型ダイオードは、図１１に示す従来の電圧クランプ用メサ型ダイオードに図１に示す第１の実施形態の特徴を加えたものである。
＜電圧クランプ用メサ型ダイオード＞
図７は、本発明の一態様に係る半導体装置を示す断面図である。図７に示す半導体装置は電圧クランプ用メサ型ダイオードであり、図１１と同一部分には同一符号を付し、同一部分の説明は省略する。また図７に示す電圧クランプ用メサ型ダイオードは、図１１に示す従来の電圧クランプ用メサ型ダイオードに図１に示す第１の実施形態の特徴を加えたものである。
【0049】
図７に示す電圧クランプ用メサ型ダイオードはＮ＋＋型シリコン基板１０１（「第１導電型の半導体基板」ともいう。）を有する。このＮ＋＋型シリコン基板１０１上にはＮ型エピタキシャル層１０２（「第１導電型の半導体層」ともいう。）が形成されている。このＮ型エピタキシャル層１０２内の表面側には第１のＰ＋＋型不純物拡散層１３（「第１の第２導電型拡散層」ともいう。）が形成されている。また、Ｎ型エピタキシャル層１０２内には第２のＰ＋型不純物拡散層１４（「第２の第２導電型拡散層」ともいう。）が形成されている。第２のＰ＋型不純物拡散層１４は、平面視において第１のＰ＋型不純物拡散層１３と接触し、かつ、第１のＰ＋型不純物拡散層１３を囲むように配置されている。クランプ動作の際には電流が後述する金属プレートの下部に位置する半導体領域で流れるように構成されている。なお、第２のＰ＋型不純物拡散層１４は、第１のＰ＋型不純物拡散層１３より耐圧が高くなるように形成されている。詳細には、第２のＰ＋型不純物拡散層１４は、第１のＰ＋型不純物拡散層１３若しくは、第２のＰ＋型不純物拡散層１４と第１のＰ＋型不純物拡散層１３の接触部付近で、降伏現象（ツェナー降伏現象、アバランシェ降伏現象若しくは、ツェナー降伏現象とアバランシェ降伏現象が混在する降伏現象）が生ずるように形成されている。これを実現するために、詳細典型例として、図３に示す（２）と図３に示す（１）、図３に示す（３）と図３に示す（１）、図３に示す（４）と図３に示す（１）、又は図３に示す（５）と図３に示す（１）の関係のように、第２のＰ＋型不純物拡散層１４の不純物の濃度勾配[0]は、[0]第１のＰ＋型不純物拡散層１３の不純物の濃度勾配より緩やかに[0]形成されている。ここでいう不純物の濃度勾配とはＰＮ接合部に近づくにつれて変化する不純物濃度の変化率の絶対値のことである。なお、図３では、典型的なガウス(Gauss)型の変化を仮定しており、不純物濃度は深さ方向に対して単純に減少するが、降伏現象が上記のように生ずるのであれば、不純物濃度の分布は何でもよく、図３のような例に限定されるのもではない。これは、本発明の他の実施形態においても同様である。第２のＰ＋型不純物拡散層１４は、第１のＰ＋型不純物拡散層１３より表面濃度が高くても同等でも低くてもよく、第１のＰ＋型不純物拡散層１３よりも深く拡散して形成されているとよい。
【0050】
図７に示すように、第２のＰ＋型不純物拡散層１４及び平面視で第２のＰ＋型不純物拡散層１４の外側のＮ型エピタキシャル層１０２の上には絶縁層１０５が形成されている。第１のＰ＋型不純物拡散層１３、第２のＰ＋型不純物拡散層１４及び絶縁層１５の上にはＡｌ層１６（「金属プレート」ともいう。）が形成されている。Ａｌ層１６は、第２のＰ＋型不純物拡散層１４の外側まで拡がって形成されている。
【0051】
Ａｌ層１６（「第１の金属層」ともいう。）上にはＴｉ／Ｎｉ金属層１７（「第２の金属層」ともいう。）が形成されており、Ｔｉ／Ｎｉ金属層１７はＡｌ層１６と電気的に接続されている。なお、上述したようにＡｌ層１６を金属プレートとしてもよいが、Ａｌ層１６とＴｉ／Ｎｉ金属層１７を合わせて金属プレート１８と呼んでも良い。
【0052】
絶縁層１０５及びＡｌ層１６の上にはポリイミド膜２７が形成されている。Ｔｉ／Ｎｉ金属層１７上には、はんだ１９が形成されている。
【0053】
本実施形態においても第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【0054】
（第４の実施形態）
＜電圧クランプ用メサ型ダイオード＞
図９は、本発明の一態様に係る半導体装置を示す断面図であり、図７と同一部分には同一符号を付し、同一部分の説明は省略する。図９に示す半導体装置は、電圧クランプ用メサ型ダイオードであり、図１１に示す従来の電圧クランプ用メサ型ダイオードに図６に示す第２の実施形態の特徴を加えたものである。
＜電圧クランプ用メサ型ダイオード＞
図９は、本発明の一態様に係る半導体装置を示す断面図であり、図７と同一部分には同一符号を付し、同一部分の説明は省略する。図９に示す半導体装置は、電圧クランプ用メサ型ダイオードであり、図１１に示す従来の電圧クランプ用メサ型ダイオードに図６に示す第２の実施形態の特徴を加えたものである。
【0055】
図９に示すように、Ｎ型エピタキシャル層１０２（「第１導電型の半導体層」ともいう。）内の表面側にはＰ＋型不純物拡散層１３ａ（「第２導電型拡散層」ともいう。）が形成されている。Ｐ＋型不純物拡散層１３ａの下には、Ｎ型エピタキシャル層１０２内に位置するＮ型埋込層３１（「第１導電型の埋込層」ともいう。）が形成されており、Ｎ型埋込層３１はＮ型エピタキシャル層１０２より不純物濃度が高い。またＮ型埋込層３１は、Ｐ＋型不純物拡散層１３ａと接触し、平面視においてＰ＋型不純物拡散層１３ａの内側に配置されている。つまり、Ｐ＋型不純物拡散層１３ａの端部１３ｂは、Ｎ型埋込層３１とは接触せず、Ｎ型エピタキシャル層１０２と接触し、かつ、平面視においてＰ＋型不純物拡散層１３ａがＮ型埋込層３１と接触する部分を囲むように配置されている。
【0056】
平面視においてＮ型埋込層３１の外側のＰ＋型不純物拡散層の端部１３ｂ及びＰ＋型不純物拡散層の端部１３ｂの外側のＮ型エピタキシャル層１０２の上には絶縁層１０５が形成されている。Ｐ＋型不純物拡散層１３ａ、Ｐ＋型不純物拡散層の端部１３ｂ及び絶縁層１５の上にはＡｌ層１６（「金属プレート」ともいう。）が形成されている。
【0057】
本実施形態においても第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【0058】
【0059】
図１０に示す半導体装置は、Ｎ＋＋型シリコン基板１１（「第１導電型の半導体基板」ともいう。）と、Ｎ＋＋型シリコン基板１１上に形成された金属プレート１８と、この金属プレート１８上にはんだ１９によって電気的に接続して形成された第１のリード線２１と、Ｎ＋＋型シリコン基板１１に電気的に接続された第２のリード線２２を有する。第２のリード線２２は、はんだ３４によって電極３３に電気的に接続され、電極３３はＮ＋＋型シリコン基板１１に電気的に接続されている。なお、金属プレート１８は、Ａｌ層、Ｎｉ層、Ｔｉ層、Ａｕ層、及び、Ｎｉ層とＡｌ層の積層からなる群から選択された少なくとも一つの金属層を有するプレートであるとよい。
【0060】
【0061】
さらに、図１０に示すＮ＋＋型シリコン基板１１は、図１２に示す従来の電圧クランプ用メサ型ダイオードを適用してもよい。詳細には、Ｎ＋＋型シリコン基板１０１と、そのＮ＋＋型シリコン基板１０１上に形成されたＮ型エピタキシャル層１０２と、そのＮ型エピタキシャル層１０２内の表面側に形成されたＰ＋＋型拡散層１０３と、そのＰ＋＋型拡散層１０３上に形成された第１の金属膜１０４（「金属プレート」ともいう。）と、を有する電圧クランプ用メサ型ダイオードを適用してもよい。
【0062】
また、第１のリード線２１及び第２のリード線２２それぞれの一部、Ｎ＋＋型シリコン基板１１、及び金属プレート１８は樹脂２３によって封止されている。
【0063】
この樹脂２３の表面はシールド膜２４によって覆われており、このシールド膜２４は第１のリード線２１及び第２のリード線２２の少なくとも一方に接触している。なお、シールド膜２４は、例えば、信越樹脂：KMC140-9又は化研テック製シールドペースト（CR-3911,3913,3915,4000～4002）である。
【0064】
また、樹脂２３には、その樹脂２３より誘電率の高い材料３５が混入されている。図１０では、誘電率の高い材料３５を３つの点で示しているが、誘電率の高い材料３５は樹脂２３に均一性良く混入されていることが好ましい。
【0065】
本実施形態によれば、第１のリード線２１及び第２のリード線２２の少なくとも一方に接触するシールド膜２４で樹脂２３の表面を覆うことにより、ダイオードから発せられるＧＨｚ帯域のノイズを樹脂２３内に閉じ込めることができ、ノイズ低減効果が得られる。
【0066】
また、本実施形態では、第１のリード線２１及び第２のリード線２２それぞれの一部、Ｎ＋＋型シリコン基板１１、及び金属プレート１８を樹脂２３により封止し、この樹脂２３に誘電率の高い材料を混入させることで、この誘電率の高い材料がダイオードから発せられるＧＨｚ帯域のノイズを吸収し、ノイズが樹脂２３の外側に出されることを抑制できる。
【0067】
（第６の実施形態）
＜スイッチング電源装置＞
図１３は、本発明の一態様に係るスイッチング電源装置を示す回路図である。図１４は、比較例のＤＣＲスナバ６１を用いたスイッチング電源装置を示す回路図である。
図１３に示すスイッチング電源装置は、第１から第５の実施形態それぞれの半導体装置を含むパワークランパ５１を備えている。図１３に示すスイッチング電源装置は、図１４に示すＤＣＲスナバ６１をパワークランパ５１に置き換えたもので、ハードスイッチングのフライバック電源回路に主に用いられ、例えば、テレビ、複写機等のスタンバイ電源、エアコンの室内機用電源等に適用される。
以下に図１３及び図１４の構成を説明する。
図１４に示すように、キャパシタ５４の一方の電極と他方の電極の間に入力電圧ＶＩＮが印加されるように構成される。キャパシタ５４の一方の電極は、ＤＣＲスナバ６１の抵抗６２の一端及びキャパシタ６３の一方の電極に電気的に接続されている。抵抗６２の他端は、キャパシタ６３の他方の電極及びファスト・リカバリ・ダイオード６４のカソードに電気的に接続されている。ファスト・リカバリ・ダイオード６４のアノードは、トランス５６の一次巻線の一端及びスイッチング素子５７の一方の電極に電気的に接続されている。スイッチング素子５７の他方の電極はキャパシタ５４の他方の電極に電気的に接続されている。また、キャパシタ６３の一方の電極は寄生インダクタ５５の一端に電気的に接続されており、寄生インダクタ５５の他端はトランス５６の一次巻線の他端に電気的に接続されている。トランス５６の二次巻線の一端はダイオード５８のアノードに電気的に接続されており、ダイオード５８のカソードはキャパシタ５９の一方の電極に電気的に接続されている。キャパシタ５９の他方の電極はトランス５６の二次巻線の他端に電気的に接続されており、キャパシタ５９の一方の電極と他方の電極の間には出力電圧ＶＯＵＴが出力される。
図１３に示すスイッチング電源装置は、図１４に示すスイッチング電源装置と以下の部分のみが異なる。
図１３に示すように、キャパシタ５４の一方の電極は、パワークランパ５１のツェナーダイオード（アバランシェダイオード）５３のアノード及び寄生インダクタ５５の一端に電気的に接続されている。ツェナーダイオード５３のカソードはファスト・リカバリ・ダイオード５２のカソードに電気的に接続されている。ファスト・リカバリ・ダイオード５２のアノードは、トランス５６の一次巻線の一端及びスイッチング素子５７の一方の電極に電気的に接続されている。
＜スイッチング電源装置＞
図１３は、本発明の一態様に係るスイッチング電源装置を示す回路図である。図１４は、比較例のＤＣＲスナバ６１を用いたスイッチング電源装置を示す回路図である。
図１３に示すスイッチング電源装置は、第１から第５の実施形態それぞれの半導体装置を含むパワークランパ５１を備えている。図１３に示すスイッチング電源装置は、図１４に示すＤＣＲスナバ６１をパワークランパ５１に置き換えたもので、ハードスイッチングのフライバック電源回路に主に用いられ、例えば、テレビ、複写機等のスタンバイ電源、エアコンの室内機用電源等に適用される。
以下に図１３及び図１４の構成を説明する。
図１４に示すように、キャパシタ５４の一方の電極と他方の電極の間に入力電圧ＶＩＮが印加されるように構成される。キャパシタ５４の一方の電極は、ＤＣＲスナバ６１の抵抗６２の一端及びキャパシタ６３の一方の電極に電気的に接続されている。抵抗６２の他端は、キャパシタ６３の他方の電極及びファスト・リカバリ・ダイオード６４のカソードに電気的に接続されている。ファスト・リカバリ・ダイオード６４のアノードは、トランス５６の一次巻線の一端及びスイッチング素子５７の一方の電極に電気的に接続されている。スイッチング素子５７の他方の電極はキャパシタ５４の他方の電極に電気的に接続されている。また、キャパシタ６３の一方の電極は寄生インダクタ５５の一端に電気的に接続されており、寄生インダクタ５５の他端はトランス５６の一次巻線の他端に電気的に接続されている。トランス５６の二次巻線の一端はダイオード５８のアノードに電気的に接続されており、ダイオード５８のカソードはキャパシタ５９の一方の電極に電気的に接続されている。キャパシタ５９の他方の電極はトランス５６の二次巻線の他端に電気的に接続されており、キャパシタ５９の一方の電極と他方の電極の間には出力電圧ＶＯＵＴが出力される。
図１３に示すスイッチング電源装置は、図１４に示すスイッチング電源装置と以下の部分のみが異なる。
図１３に示すように、キャパシタ５４の一方の電極は、パワークランパ５１のツェナーダイオード（アバランシェダイオード）５３のアノード及び寄生インダクタ５５の一端に電気的に接続されている。ツェナーダイオード５３のカソードはファスト・リカバリ・ダイオード５２のカソードに電気的に接続されている。ファスト・リカバリ・ダイオード５２のアノードは、トランス５６の一次巻線の一端及びスイッチング素子５７の一方の電極に電気的に接続されている。
【0068】
なお、上記の第１から第６の実施形態は互いに組み合わせて実施することも可能である。
【実施例0069】
【0070】
【表1】
【0071】
図１５に示すIpはダイオードの降伏現象により流れる降伏電流のピーク値である。このグラフはＧＨｚ帯域のノイズが出始めるIp値をプロットしている。Ip値が高いほどノイズ抑制効果が高いと判断できる。
【0072】
(1)で囲まれた枠のデータは、図１に示す第２のＰ＋型不純物拡散層１４が図２に示すようなリング構造であるが、外側層である第２のＰ＋型不純物拡散層１４の耐圧の方が低くなってしまい、第２のＰ＋型不純物拡散層１４のコーナー外側（リング部）で降伏したサンプルの降伏電流のピーク値である。これら３つのサンプルの降伏電流のピーク値からは、フィールドプレート（ＦＰ）である金属プレート（Ａｌ層１６）が平面視で外側に長い方がノイズ発生の抑制効果が向上することが分かる（表１及び図１５参照）。なお、ＦＰ長さはＦＰ６０＜ＦＰ８０である。
【0073】
(2)で囲まれた枠のデータは、内側浅い拡散層（バルク）である図１に示す第１のＰ＋型不純物拡散層１３で降伏しているが、金属プレート（Ａｌ層１６）が無いサンプルの降伏電流のピーク値である。(1)の1-1のデータと比較すると内側（第１のＰ＋型不純物拡散層１３）で降伏させることでノイズ発生の抑制効果が向上することが分かる。
【0074】
(3)で囲まれた枠のデータは、内側浅い拡散層（バルク）である図１に示す第１のＰ＋型不純物拡散層１３で降伏していて、ＦＰである金属プレート（Ａｌ層１６）が有るサンプルの降伏電流のピーク値である。これら４つのサンプルの降伏電流のピーク値からは、ＦＰである金属プレート（Ａｌ層１６）が平面視で外側に長い方がノイズ発生の抑制効果が向上することが分かる（表１及び図１５参照）。
【0075】
【0076】
(5)で囲まれた枠のデータは、(4)の6-1st_Bのサンプルの図１２に示すプレーナ型ダイオードにＦＰ（金属プレート）を付けたサンプル（6-1st_B+FP60, 6-1st_B+FP80）の降伏電流のピーク値である。
【0077】
(6)で囲まれた枠のデータは、外周層である第２のＰ＋型不純物拡散層１４の不純物濃度を低くして（2次試作）、外周層の耐圧を高くし、ＦＰが最も長いパターンのサンプルの降伏電流のピーク値である。このサンプルでは、内側層（第１のＰ＋型不純物拡散層１３）で降伏し、最もノイズ発生の抑制効果が高かった。
【0078】
(7)で囲まれた枠のデータは、(3)の6-9のサンプルの電圧クランプ用プレーナ型ダイオードと組み合わせるファスト・リカバリ・ダイオード(FRD)を別パッケージに入れた場合と同じパッケージに組んだ場合とを比較した結果である。本発明の比較対象とはならない。
【0079】
(1)の1-1のサンプルと(2)の6-1のサンプルとの比較と、(2)の６つのサンプルの比較から内側（第１のＰ＋型不純物拡散層１３）で降伏させることによるノイズ発生の抑制効果を確認することができた。
【0080】
(1)のサンプルでの比較、(2)のサンプルと(3)のサンプルの比較、(4)の6-1st_Bのサンプルと(5)のサンプル内の比較でフィールドプレートが外側に長いほどノイズ発生の抑制効果が高いことを確認することができた。以上、本発明を上記の実施形態及び実施例に基づいて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。その趣旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。
上記実施形態において記載した構成要素の数、材質、形状、位置、大きさ等は例示であり、本発明の効果を損なわない範囲において変更することが可能である。
上記実施形態において記載した構成要素の数、材質、形状、位置、大きさ等は例示であり、本発明の効果を損なわない範囲において変更することが可能である。
【符号の説明】
【0081】
１１ Ｎ＋＋型シリコン基板（第１導電型の半導体基板）
１２ Ｎ型エピタキシャル層（第１導電型の半導体層）
１３ 第１のＰ＋型不純物拡散層（第１の第２導電型拡散層）
１３ａ Ｐ＋型不純物拡散層（第２導電型拡散層）
１３ｂ Ｐ＋型不純物拡散層の端部（第２導電型拡散層の端部）
１４ 第２のＰ＋型不純物拡散層（第２の第２導電型拡散層）
１４ｂ 第２のＰ＋型不純物拡散層（第２の第２導電型拡散層）
１５ 絶縁層
１６ Ａｌ層（第１の金属層、金属プレート）
１７ Ｔｉ／Ｎｉ金属層（第２の金属層）
１８ 金属プレート
１９ はんだ
２１ 第１のリード線
２２ 第２のリード線
２３ 樹脂
２４ シールド膜
３１ Ｎ型埋込層（第１導電型の埋込層）
３２ Ａｌ層
１０１ Ｎ＋＋型シリコン基板（第１導電型の半導体基板）
１０２ Ｎ型エピタキシャル層（第１導電型の半導体層）
１０５ 絶縁層
１２ Ｎ型エピタキシャル層（第１導電型の半導体層）
１３ 第１のＰ＋型不純物拡散層（第１の第２導電型拡散層）
１３ａ Ｐ＋型不純物拡散層（第２導電型拡散層）
１３ｂ Ｐ＋型不純物拡散層の端部（第２導電型拡散層の端部）
１４ 第２のＰ＋型不純物拡散層（第２の第２導電型拡散層）
１４ｂ 第２のＰ＋型不純物拡散層（第２の第２導電型拡散層）
１５ 絶縁層
１６ Ａｌ層（第１の金属層、金属プレート）
１７ Ｔｉ／Ｎｉ金属層（第２の金属層）
１８ 金属プレート
１９ はんだ
２１ 第１のリード線
２２ 第２のリード線
２３ 樹脂
２４ シールド膜
３１ Ｎ型埋込層（第１導電型の埋込層）
３２ Ａｌ層
１０１ Ｎ＋＋型シリコン基板（第１導電型の半導体基板）
１０２ Ｎ型エピタキシャル層（第１導電型の半導体層）
１０５ 絶縁層
【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14】
【図15】
