JP2003282575A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高温でも安定な低ライフタイムの所定の領域
を形成する半導体装置およびその製造方法。 【解決手段】 半導体基板内に重金属を拡散した後に、
この半導体基板内に荷電粒子を照射し、さらに６５０℃
以上の熱処理を加えることにより半導体基板内に低ライ
フタイムの所定の領域を設けることを特徴とする半導体
装置の製造方法。所定の領域を形成後、６５０℃までの
その後のウェーハプロセス、組立工程の熱処理または使
用温度が制限されることはない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する分野】本発明は、半導体基板内に重金属
を拡散した後に、この半導体基板に荷電粒子を照射し、
さらに６５０℃以上の熱処理を加えることにより前記半
導体基板内に低ライフタイムの所定の領域を設けること
を特徴とする半導体装置の製造方法であり、特にスイッ
チング用半導体素子のスイッチング特性の改善と静特性
とスイッチング特性のトレードオフを改善するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】スイッチング電源などの高周波化が進め
られるにつれて、スイッチング用半導体素子であるスイ
ッチング用ダイオードに対し、（１）スイッチング損失
を少なくするために逆回復時間を小さくすること、
（２）ノイズ発生を抑制するためにソフトリカバリーで
あること、（３）順電圧と逆回復時間のトレードオフを
よくすることが要求されている。また、バイポーラトラ
ンジスタ、サイリスタ、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴその他
のＭＯＳ系素子等でも同様にスイッチング損失、ノイズ
の改善が求められている。

【０００３】スイッチング用半導体素子では、印加電圧
を順方向から逆方向に切替えたとき、順方向動作時に蓄
積された過剰少数キャリアの消滅に一定の時間がかか
り、高速化の障害になっている。 以下、従来の技術に
ついて、スイッチング用ダイオードを例にとって説明す
る。

【０００４】図１３は一般的なスイッチング用ダイオー
ドの逆回復特性を説明する図である。順方向にＩＦＭの
電流を流しておき時間ｔ１において逆方向に電圧を加え
る。順方向に流れている電流ＩＦＭは−ｄｉ／ｄｔの傾
きをもって減少する。時間ｔ２において逆方向に電流が
流れ始める。これを逆回復電流という。逆回復電流は最
初−ｄｉ／ｄｔのラインに沿って流れるが、ある時間ｔ
３において、逆回復電流の最大値ＩＲＭから徐々に少な
くなり、最終的には零になる。

【０００５】時間ｔ２からｔ４の差の時間を逆回復時間
（ｔｒｒ）という。また時間ｔ２からｔ４までに流れる
電流を時間で積分した値を逆回復電荷（Ｑｒｒ）とい
う。逆回復電荷はスイッチング損失に比例する。一般に
逆回復時間が小さいと逆回復電荷が少ないためスイッチ
ング損失を小さくするために逆回復時間を小さくすれば
よい。

【０００６】逆回復電流が減少していく時間ｔ３からｔ
４の電流の勾配が緩やかな波形をソフトリカバリとい
う。時間ｔ３からｔ４の電流の勾配が大きく急激に回復
する逆回復波形、即ち、図１３に示したｔｒｒ２が小さ
く振動波形になりやすいものをハードリカバリという。
図１６に示した逆回復波形ｂはハードリカバリの逆回復
波形の例である。ソフトリカバリの評価はソフトネスフ
ァクター（ＳＦ）で行われる。ソフトネスファクターは
逆回復電流の減少している時間と増加している時間との
比ｔｒｒ２／ｔｒｒ１で定義される。ソフトネスファク
ターが小さいほどハードリカバリといわれる。

【０００７】スイッチング損失を小さくするためには、
逆回復電荷を少なくする必要がある。即ち逆回復時間を
小さくすればよい。従来の技術では半導体素子中に金、
白金や鉄あるいはこれらの混合物を拡散して、ライフタ
イムを小さくしたり、電子線、中性子線等を照射して格
子欠陥を作り、再結合中心として作用させてライフタイ
ムを短くしていた。

【０００８】図１４は従来のスイッチング用ダイオード
の第一の例に係る構造を説明するための図である（重金
属の分布は図示せず）。ｎ型の低濃度の半導体基板の第
１の主面からｎ型の高濃度の不純物を拡散しｎ型の高濃
度の半導体層２を形成し、第１の主面と反対側の第２の
主面からｐ型の高濃度の不純物を拡散しｐ型の高濃度の
半導体層３を形成する。この結果、ｎ型の低濃度の半導
体基板とｐ型の高濃度の半導体層３との間でｐｎ接合が
できる。

【０００９】また、ｎ型の高濃度の半導体層２とｐ型の
高濃度の半導体層３の間にある第１導電型の低濃度の半
導体基板の部分であるｎ型の低濃度の半導体層１は順方
向動作時にはキャリアが注入される層であり、逆方向動
作時には、逆電圧を保持する層である。半導体基板の材
質は珪素である。

【００１０】低濃度の半導体基板にｎ型を用いているの
はｎ型のほうがソフトリカバリーになりやすいためであ
る。このため、第一の例の構造は、通常、ｐ型の高濃度
の半導体層３とｎ型の低濃度の半導体層１とｎ型の高濃
度の半導体層２で構成されるｐ^＋ｎｎ^＋型の構造であ
る。ｐ型の低濃度の半導体基板を用いると注入されたホ
ールが注入された電子の移動度より小さいため、逆回復
の時にｐｎ接合付近の空間電荷層の形成が遅れハードリ
カバリになりやすい。このため、ｐ型半導体基板を利用
することは少ない。

【００１１】ｐ^＋ｎｎ^＋の拡散構造のダイオードに深い
不純物準位を作る白金を拡散して逆回復時間を短くして
いる。図１５は従来のスイッチング用ダイオードの第一
の例に係る不純物濃度分布を説明するための図である。
図のラインａは白金の分布を示す。半導体基板内の白金
等の分布はほぼ一様に分布し、半導体基板全体のライフ
タイムをほぼ一様に下げる。白金や金の場合、拡散係数
が大きいため、半導体基板の表面付近で、半導体基板内
よりも若干濃度が高くなる。白金拡散後、アノード電極
４、カソード電極５を形成しスイッチング用ダイオード
の工程が完成する。電子線照射の場合は照射領域の深さ
方向において電子線照射によるライフタイムの値は一定
となる。電子線照射の工程は、ｐ型の高濃度の半導体層
３とｎ型の低濃度の半導体層１とｐ型の高濃度の半導体
層３で構成されるｐ^＋ｎｎ^＋型の拡散構造にアノード電
極４、カソード電極４を形成したのち、電子線照射を行
い、その後安定化のための３００から４００℃の熱処理
を行う。

【００１２】図１６は従来のスイッチングダイオードの
第一の例に係る逆回復特性を説明する図である。ライン
ｂの逆回復波形を示すダイオードはラインａの逆回復波
形を示すダイオードより白金の拡散温度を高くしライフ
タイムを短くしてある。図１６に示される逆回復波形の
ラインａと逆回復波形のラインｂの比較から解るよう
に、白金の拡散を用いると逆回復時間は小さくなるもの
の、逆回復電流が逆回復電流のピークＩＲＭから急激に
回復してしまい、ハードリカバリーになってしまう。こ
れは金や電子線を用いて半導体基板全体のライフタイム
を一様に小さくした場合も同様である。

【００１３】ハードリカバリの場合、逆回復電流の変化
ｄｉ／ｄｔが大きいため、ｄｉ／ｄｔとスイッチング用
ダイオードや回路のインダクタンスＬとの積による電圧
が発生し、また振動が起こるためノイズが発生しやすく
なると共にスイッチング用ダイオードが破壊するなどの
望ましくない現象が出る。スイッチング用ダイオードの
特性改善のためには逆回復時間を小さくすると共にソフ
トリカバリ波形にしなければならない。

【００１４】図１７は従来のスイッチング用ダイオード
の第二の例に係る構造を説明するための図である。従来
の第一の例と同様ｐ型の高濃度の半導体層３とｎ型の低
濃度の半導体層１とｎ型の高濃度の半導体層２で構成さ
れるｐ^＋ｎｎ^＋型の構造である。

【００１５】図１８は従来のスイッチング用ダイオード
の第二の例に係る欠陥・不純物濃度分布を説明するため
の図である。図のラインｂはヘリウムイオン照射により
できた欠陥の分布を示す。ｐ^＋ｎｎ^＋の構造のダイオー
ドに半導体基板全体に深い不純物準位を作る白金等の重
金属の拡散や電子線照射を行うのではなく、ｐ^＋ｎｎ^＋
の拡散構造を形成した後、アノード電極４、カソード電
極５を形成したのち、ｎ型の低濃度の半導体層１のｐｎ
接合近辺に半値幅約１０μｍのヘリウムイオンによる欠
陥層を作る。この局在した低ライフタイムの層を作るこ
とにより、逆回復特性を改善できる。ヘリウムイオンあ
るいはプロトンによる照射においては、照射後、欠陥の
安定化に加え、耐圧の回復と漏れ電流の低減のために３
００から４００℃の熱処理を行う。

【００１６】半導体基板中にヘリウムイオンを打ち込
み、これらのイオンが半導体基板中に停止する時に停止
位置付近に高密度の欠陥を生じる。この現象を利用して
低ライフタイム領域を局在化できる。欠陥層の厚さ（半
値幅）はイオンの質量に依存してプロトン、デュトロ
ン、ヘリウムイオンの順に小さくなり、ヘリウムイオン
の場合、約１０μｍである。局在した低ライフタイムの
層の制御にはプロトン等よりヘリウムイオンのほうが適
している。

【００１７】図１９は従来のスイッチングダイオードの
第二の例（第三の例を含む）に係る逆回復特性を説明す
る図である。ラインｂの逆回復波形を示すダイオードは
ラインａの逆回復波形を示すダイオードより白金の拡散
温度を高くしライフタイムを短くしたものである。逆回
復波形のラインｃはｎ型の低濃度の半導体層１のｐｎ接
合近辺に半値幅約１０μｍのヘリウムイオンによる欠陥
層を作り、局在した低ライフタイムの層を作った図１７
に示した構造と図１８に示した欠陥・不純物濃度分布を
持つスイッチング用ダイオードの逆回復特性特性であ
る。

【００１８】欠陥によるライフタイムの小さい局在した
領域により、逆回復時間が小さくなる。ｐｎ接合近傍に
ライフタイムの小さい局在した層があるため、ｐｎ接合
近傍では蓄積過剰キャリアが少なく、ｎｎ^＋界面では蓄
積キャリアが相対的に多くなる。このため、逆回復時に
おいて、注入キャリアの少ないｐｎ接合付近が早く回復
するので逆回復電流のピーク値ＩＲＭが小さくなる。ま
たｐｎ付近が早く回復するとこの部分が高抵抗層として
働き、ｎｎ＋層付近に残っている過剰注入キャリアは流
れにくくなり、逆回復波形はソフトになる。低ライフタ
イム領域を局在させることにより、さらに、順電圧と逆
回復時間の相関も改善できる。

【００１９】さらに逆回復時間を小さくするために半導
体基板全体に電子線を照射することもできる。電子線、
ヘリウムイオン照射においては、照射後、欠陥の安定化
に加え耐圧の回復と漏れ電流の低減のため３００から４
００℃の熱処理を行う。但し、４００℃以上の熱処理で
欠陥が消えてしまうため、熱的安定性に乏しい。照射
後、欠陥の安定化に加え耐圧の回復と漏れ電流の低減の
ため３００から４００℃の熱処理後、さらに３００℃以
上の工程を通すことは望ましくない。

【００２０】荷電粒子線を利用した工程は、ｐｎ拡散工
程、アノード電極並びにカソード電極形成工程の後に重
金属を使わないライフタイム制御ができるのが利点であ
る。また、逆回復時間の微調整が可能である。半導体製
造プロセスにおいて、重金属を使わないことは重金属汚
染対策が必要なくなる利点がある。もちろん従来工程で
ある白金拡散あるいは金拡散工程を行った後に電極形成
し、ヘリウム照射を行うこともできる。

【００２１】図２０は従来のスイッチング用ダイオード
の第三の例に係る製造工程を説明するための図である。
以下、この製造工程を説明する。図２１は従来のスイッ
チング用ダイオードの第三の例に係る構造を説明するた
めの図である。第１の工程において半導体基板に拡散層
を形成し、図２１に示すｐｎｎ^＋の拡散構造を作製す
る。

【００２２】第１の工程の最初の拡散工程で、ｎ型の低
濃度の半導体基板の第１の主面からｎ型の高濃度の不純
物として燐を拡散し、ｎ型の高濃度の半導体層２を形成
する。次に第１の工程の二回目の拡散工程で、第１の主
面と反対側の第２の主面に、ボロンイオンをイオン注入
し、熱処理することにより表面濃度１０^１７個／cm^３、
接合深さ３μｍのｐ型の低濃度の半導体層９を形成す
る。ｐ型の低濃度の半導体層９の表面濃度が低濃度でし
かも拡散接合深さが浅いのが特色である。ｐ型の低濃度
の半導体層９とｎ型の高濃度の半導体層２とに挟まれた
ｎ型の低濃度の半導体基板がｎ型の低濃度の半導体層１
である。この３層により、ｐｎｎ ^＋の拡散構造が形成さ
れる。

【００２３】第２の工程ではｐ型の低濃度の半導体層９
の表面に白金をスパッタして、白金の層を作り８００〜
１０００℃で熱処理し、半導体基板全体に拡散する。図
２２は従来のスイッチング用ダイオードの第三の例に係
る欠陥・不純物濃度分布を説明するための図である。白
金拡散による白金の分布は図のラインａに示される。

【００２４】第３の工程はｐ型の低濃度の半導体層９の
表面に残った白金を除去した後ｐ型の低濃度の半導体層
９の表面にアノード電極４を形成する。ｎ型の高濃度の
半導体層２の表面にカソード電極５を形成する（図２
１）。

【００２５】第４の工程ではアノード電極の方からカソ
−ド電極に向けてヘリウムイオンを注入する。まずアノ
ード側に、アノード電極４に対置するように、所定のイ
オン源、ヘリウムイオンビーム照射源を配置する。次に
ヘリウムイオン照射の深さを照射エネルギー量を変える
ことなく調節するための金属バッファ層（例えばアルミ
フォイル）をアノード電極４の前方に配置し、この金属
バッファ層を介して、ヘリウムイオンをｐｎ接合付近、
即ちｎ層表面付近に、基板表面から見て所定の深さに照
射する。これにより、所定の位置に欠陥層ができる。図
２２は従来のスイッチング用ダイオードの第三の例に係
る欠陥・不純物濃度分布を説明するための図である。図
２２のラインｂはヘリウムイオン照射による欠陥の濃度
分布を示す。この欠陥層が局在した低ライフタイムの層
となる。

【００２６】第５の工程は、３００から４００℃の熱処
理を加えてヘリウムイオンによる欠陥層を熱的に安定化
させ、ヘリウムイオンの照射による耐圧低下とリーク電
流の増加を回復させるものである。

【００２７】本実施例もｐｎ接合近傍にライフタイムの
小さい局在した層があるため、ｐｎ接合近傍では蓄積過
剰キャリアが少なく、ｎｎ^＋界面では蓄積キャリアが相
対的に多くなる。このため、逆回復時において、注入キ
ャリアの少ないｐｎ接合付近が早く回復するので逆回復
電流のピーク値が小さくなる。

【００２８】またｐｎ接合付近が早く回復すると高抵抗
層として働き、ｎｎ^＋層付近に残っている過剰注入キャ
リアは流れにくくなり、逆回復波形はソフトになる。ｐ
ｎｎ ^＋構造を利用しまたライフタイム領域を局在させる
ことにより、さらに、順電圧と逆回復時間の相関も改善
できる。従来のスイッチング用ダイオードの第二の例に
比較し、ｐ型の半導体層の表面濃度が１０^１７個／c
m^３、接合深さが３μｍと表面濃度が低濃度で、しかも
拡散接合深さが浅いため、さらに、ノイズが少なく、順
電圧と逆回復時間の相関がよくなる。

【００２９】前記第ニの実施例または第三の実施例によ
り低損失、ソフトリカバリ特性を有するスイッチング用
ダイオードを、耐圧を劣化させることなく汎用系イオン
源たるヘリウムイオンビームにて容易に形成することが
できる。従来のスイッチング用ダイオードの第二の実施
例、第三の実施例によりほぼ良好な特性が得られる。白
金などの重金属拡散に比べ、ヘリウムイオンなどの軽イ
オン照射によるライフタイムコントロール技術は、低ラ
イフタイム領域をデバイス内の特定の層あるいは領域に
のみ設けることができ、順電圧と逆回復時間との相関関
係を大きく改善できるという利点がある。

【００３０】しかし、荷電粒子照射によって形成される
欠陥準位は４００℃以上の温度領域で完全に消滅してし
まうため、照射後の高温半田による工程の温度や半導体
装置の使用温度が制限されてしまう。

【００３１】

【発明が解決しようとする課題】所望の領域に高温でも
安定な低ライフタイム領域を形成する工程を含む半導体
装置の製造方法とこれを利用した半導体装置を提供する
ものである。

【００３２】

【課題を解決しようとする手段】上記課題を解決するた
めに、請求項１記載の発明は、半導体基板内に重金属を
拡散した後に、前記半導体基板内に荷電粒子を照射し、
さらに６５０℃以上の熱処理を加えることにより前記半
導体基板内に低ライフタイムの所定の領域を設けること
を特徴とする半導体装置の製造方法である。請求項２記
載の発明は、前記重金属は白金または金であることを特
徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法である。
請求項３記載の発明は、前記荷電粒子はヘリウムイオン
であることを特徴とする請求項１または請求項２のいず
れか１項記載の半導体装置の製造方法である。請求項４
記載の発明は、前記所定の領域は半導体基板の第１の主
面より一定の深さにある２以上の領域であることを特徴
とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の半導
体装置の製造方法である。請求項５記載の発明は、前記
所定の領域は半導体基板の第１の主面より２以上の深さ
にあることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれ
か１項記載の半導体装置の製造方法である。請求項６記
載の発明は、前記荷電粒子は電子線であることを特徴と
する請求項１または請求項２のいずれか１項記載の半導
体装置の製造方法である。請求項７記載の発明は、前記
所定の領域は半導体基板の第１の主面より該第1の主面
と反対側の第2の主面に至る1または２以上の領域である
ことを特徴とする請求項６記載の半導体装置の製造方法
である。請求項８記載の発明は、請求項１乃至請求項７
のいずれか１項記載の半導体装置の製造方法を用いたこ
とを特徴とする半導体装置である。

【００３３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面で説明
する。図１は本発明のスイッチング用ダイオードの第一
の例に係る製造工程を説明するための図である。

【００３４】図２は本発明のスイッチング用ダイオード
の第一の例に係るｐ、ｎ拡散工程を説明するための図で
ある。用いるｎ型の低濃度の半導体基板は厚さ２５３μ
ｍ、比抵抗３４Ω−ｃｍの珪素である。第１の工程の最
初の拡散工程で、ｎ型の低濃度の半導体基板の第１の主
面からｎ型の高濃度の不純物として、燐を拡散し、拡散
深さ１５０μｍのｎ型の高濃度の半導体層２を形成す
る。

【００３５】次に第１の工程の二回目の拡散工程で、第
１の主面と反対側の第２の主面に、ボロンイオンをイオ
ン注入し、熱処理することにより表面濃度１０^１７個／
cm^３、接合深さ３μｍのｐ型の低濃度の半導体層９を形
成する。ｐ型の低濃度の半導体層９の表面濃度が低濃度
で、しかも拡散接合深さが浅いのが特色である。ｐ型の
低濃度の半導体層９とｎ型の高濃度の半導体層２とに挟
まれたｎ型の低濃度の半導体基板がｎ型の低濃度の半導
体層１である。このｐ型の低濃度の半導体層９、ｎ型の
低濃度の半導体層１とｎ型の高濃度の半導体層２の３個
の層により、ｐｎｎ^＋の拡散構造が形成される。

【００３６】図３は本発明のスイッチング用ダイオード
の第一の例に係る重金属拡散工程を説明するための図で
ある。ここでは、重金属として白金を用いた。第２の工
程ではｐ型の低濃度の半導体層９の表面に白金をスパッ
タして、白金の層６を作り７００〜１０００℃、好まし
くは８００℃で１時間熱処理し、ｐ型の低濃度の半導体
層９、ｎ型の低濃度の半導体層１とｎ型の高濃度の半導
体層２で形成されるｐｎｎ^＋の半導体基板全体に拡散す
る。

【００３７】図４は本発明のスイッチング用ダイオード
の第一の例に係る不純物濃度分布を説明するための図で
ある。白金拡散による白金の分布は図のラインａに示さ
れる。白金はｐｎｎ^＋の半導体基板全体にほぼ一様に拡
散する。白金は、拡散係数が大きいため、半導体基板表
面である第１の主面と第２の主面付近で、若干、濃度が
高くなる。

【００３８】図５は本発明のスイッチング用ダイオード
の第一の例に係るヘリウムイオン照射工程を説明するた
めの図である。第３の工程ではまず最初に、ｐ型の低濃
度の半導体層９の表面に残った白金を王水で除去する。

【００３９】次に、アノード側からカソ−ド側に向けて
ヘリウムイオンを注入する。まずアノード側に、アノー
ドに対置するように、所定のイオン源であるヘリウムイ
オン照射源を配置する。次にヘリウムイオン照射の深さ
を照射量を変えることなく調節するための金属のバッフ
ァ層７（今回の実施例ではＡｌ）をｐ型の低濃度の半導
体層９の前方に配置し、この金属のバッファ層７を介し
て、ヘリウムイオンをｐｎ接合付近、即ちｎ型の低濃度
の半導体層１の表面付近に照射し、所定の深さに欠陥層
を作る。

【００４０】図６は本発明のスイッチング用ダイオード
の第一の例に係る欠陥・不純物濃度分布を説明するため
の図である。図６のラインｂは欠陥の濃度分布を示す。
ヘリウムイオンの加速電圧は２４ＭeＶであり、ヘリウ
ムイオンのドーズ量は１×１０^１３／cm^２である。ま
た、金属のバッファ層７のＡｌの厚さは２７５μｍであ
る。ヘリウムイオンの照射により、所定の、ｐ型の半導
体層３の表面から所定の約１０μｍの深さに、半値幅約
１０μｍの欠陥層を作ることができる。

【００４１】第４の工程において、半導体基板に６５０
から１０００℃、望ましくは７００℃で１時間の熱処理
を加える。図７は本発明のスイッチング用ダイオードの
第一の例に係る欠陥・不純物濃度分布を説明するための
図である。図７のラインａは白金の濃度分布を示す。第
４の工程の熱処理により、ヘリウムイオンによる欠陥層
が高濃度の白金層にかわり、低ライフタイムの所定の領
域を設けることができる。６５０℃より低い温度の熱処
理では、欠陥が消滅してしまうか、白金が移動しないた
め、局在した低ライフタイムの所定の領域を設けること
はできない。１０００℃より高い温度の熱処理では、最
初局在した低ライフタイムの所定の領域ができても再分
布してしまい、最終的には局在した低ライフタイムの所
定の領域はできない。

【００４２】第５の工程は、アノード電極４とカソード
電極５を形成する工程である。図８は本発明のスイッチ
ング用ダイオードの第一の例に係る構造を説明するため
の図である。ｐ型の低濃度の半導体層９の表面にアノー
ド電極４を形成し、ｎ型の高濃度の半導体層２の表面に
カソード電極５を形成する。アノード電極４とカソード
電極５として、Ｔｉ（チタニュウム）−Ｎｉ（ニッケ
ル）−Ａｇ（銀）の電極システムを用いる。作製には電
子ビーム蒸着法を用いる。チタニウムは珪素の半導体基
板と電極とのオーミック性をとるために用いられ、ニッ
ケルは半田耐蝕性のために用いられ、また銀はニッケル
の酸化防止用にを用いられる。

【００４３】図１に示される本発明の工程では、低ライ
フタイムの所定の層は白金などの重金属による局在した
層である。これに対して図２０に示される従来の工程で
は、低ライフタイムの所定の層はヘリウムイオンの照射
により形成された欠陥層を利用している。

【００４４】白金などの重金属による局在した低ライフ
タイムの所定の層ができる現象は次のように考えられ
る。あらかじめ白金などの重金属を拡散した半導体基板
に、ヘリウムイオンなどの荷電粒子線を照射し、所望の
領域に欠陥を形成した後、６５０℃以上の熱処理を加え
ることにより、低温で容易に移動することができ電気的
に不活性な格子間型白金原子が、高温でも安定で電気的
に活性な置換型白金原子に変化する。このため、ヘリウ
ムイオンなどによる荷電粒子線などの照射による場合と
比較し、熱的に安定な低ライフタイムの所定の層が形成
できる。

【００４５】荷電粒子照射によって形成される欠陥準位
は４００℃以上の温度領域で完全に消滅してしまうた
め、この欠陥準位をライフタイムキラーとして利用する
従来の方法では、照射後の高温半田による工程温度や半
導体装置の使用温度等が制限されてしまう。これに対し
て、本発明の場合、ヘリウムイオンなどによる荷電粒子
線などの照射による欠陥準位をライフタイムキラーとし
て利用する従来の方法と比較し、熱的に安定な低ライフ
タイムの所定の層が形成できる。６５０℃までの温度処
理に安定である。

【００４６】本発明の実施例によれば、順電圧は白金拡
散だけのものと比べて同じ逆回復時間でも低い。また逆
回復波形は逆回復時間を非常に小さくしてもソフトとで
ある。図９は 本発明のスイッチング用ダイオードの第
一の例に係る順電流が流れている時の蓄積キャリアの分
布を説明するための図である。図９のラインaは注入キ
ャリアの分布である。ｐｎ接合近辺のライフタイムが小
さいためアノード側であるｐｎ接合付近の蓄積キャリア
が小さく、カソード側にいくにしたがって大きくなって
いる。このため、ダイオードにかかる印加電圧を順方向
から逆方向に切替えた時、ｐｎ接合付近のキャリアの消
滅が早く、カソード側のキャリアが消滅しきれないうち
にｐｎ送付近は空間電荷層ができ、抵抗が大きくなる。
この傾向は、電流が少なくなるほど進み、逆回復波形の
電流の傾斜は緩くなり、前述の図１９に示されるライン
cの逆回復波形のように逆回復時間を短くしてもソフト
波形になる。

【００４７】本実施例の場合は、p型層の濃度を下げ、
拡散深さも浅くしてあるため、p層からの注入は少なく
（注入効率が悪い）、pｎ接合付近のキャリアは低ライ
フタイム層を局在させたものより更に少なく、ソフト波
形になりやすいようになっている。

【００４８】これにより低損失、ソフトリカバリ特性を
有し、しかも耐圧劣化のない半導体装置を汎用系イオン
源たるヘリウムイオンビームを用いた照射にて容易に形
成することができる。６５０℃以上の熱処理で熱に対し
て安定な低ライフタイム層を作っているので、この後の
保護膜作製時における熱処理や組立工程における半田付
け工程の３５０〜４５０℃における熱処理その他６５０
℃までの熱処理では逆回復特性の変化はおきない。

【００４９】図１０は本発明のスイッチング用ダイオー
ドの第二の例に係る不純物濃度分布を説明するための図
である。図１０のラインａは白金の分布である。ｐ、ｎ
拡散構造や電極は図８に示した第一の例の構造と同じで
ある。本実施例では、ｎ型の低濃度の半導体層１の表
面、即ちｐｎ接合付近だけでなく、カソード側、即ちｎ
型の低濃度の半導体層１とn型の高濃度層の半導体層２
のｎｎ^＋界面付近にも低ライフタイム層を作ることによ
り、設計の自由度をあげ、更に順電圧と逆回復時間のト
レードオフを改善するものである。

【００５０】図１１は本発明のＩＧＢＴの例に係る構造
を説明するための図である。ｎ型の高濃度のバッファ層
１２付近に低ライフタイムの領域を作ると、オン電圧と
ターンオフ時間のトレードオフが改善できる。低ライフ
タイムの所定の領域として深さ方向での局在化に加え、
部分照射により照射領域の横方向の局在化を行うことに
よりトレードオフの改善ができる。部分照射の実現はス
テンレスのマスクを用いることによって達成された。チ
ャネル直下は低オン電圧のためなるべくライフタイムを
下げないように低ライフタイム領域２１をつくる。ｐ型
半導体層１３の直下はターンオフタイムを小さくするた
めに低ライフタイム領域２０とし各々役割分担する。

【００５１】図１２は本発明のスイッチング用ダイオー
ドの第三の例に係る構造を説明するための図である。図
１２の構造はプレーナ型のダイオードの転流破壊の改善
策である。高耐圧のプレーナダイオードの逆回復過程に
おいて、サージ電圧が静耐圧以下であるにもかかわら
ず、順電流を高速に切ると、即ち、−ｄｉ／ｄｔの絶対
値が大きいと破壊することがある。この原因は逆回復時
外周部４１に蓄積されているキャリアが回復時ｐ型の低
濃度の半導体領域３４の周辺に集中するためである。プ
レーナ型ダイオードの主電流の流れる外側の領域である
外周部４１を低ライフタイム領域とし、周辺に蓄積する
キャリアを少なくすることでこの破壊の問題を解決でき
る。図１２の構造はｐ、ｎ拡散構造作製後、電極形成前
に、本発明のスイッチング用ダイオードの第一の例の製
造工程と同様に白金拡散を行い、次に、ステンレスをマ
スクとし、素子外周部４１に電子線を照射し周辺部４１
全域に欠陥を作り、７００℃で熱処理することにより、
中央部４０に比較し、周辺部４１のライフタイムを小さ
くできる。電子線の場合深さ方向に選択性がなく、半導
体基板深さ方向全体に欠陥層を作ってしまう性質がある
ことをを利用した。

【００５２】スイッチング用のダイオードの第一の実施
例において、重金属として白金、荷電粒子の照射にヘリ
ウムイオンを用いた例を示した。重金属は白金の他金ま
たは鉄あるいはこれらの混合物であってもよい。また深
さ方向の所定の位置に１または２の低ライフタイムの層
を設けたが、さらに３層またはそれ以上であってもよ
い。またこれらの層は横方向に複数に存在してもよい。
本発明は低ライフタイムの領域を深さ方向、平面方向に
複数、自由に３次元に作ることができる。

【００５３】実施例においてスイッチング用ダイオー
ド、ＩＧＢＴについて一例を述べたが、ｐｎ接合とショ
ットキダイオードとの複合素子（ＭＰＳ；Ｍｅｒｇｅｄ
ｐ−ｉ−ｎ／Ｓｃｈｏｔｔｋｙ）、バイポーラトラン
ジスタ、ＭＯＳＦＥＴやＭＯＳゲートサイリスタなどに
も適用できる。また実施例では、ソフトリカバリ波形を
説明するために、ｎ型の低濃度の半導体基板を利用した
例を述べたが、本発明はｐ型の低濃度の半導体基板を利
用した所謂ｐ型素子であってもよい。

【００５４】荷電粒子の照射方向全領域を制御する場合
は電子線がよく、深さ方向の所定の位置に制御するのに
はヘリウムイオンが好ましいが、必要とする低ライフタ
イムの所定の領域の条件により、ヘリウムイオン、デュ
トロン、プロトン、電子線などを使い分けることができ
る。

【００５５】

【発明の効果】本発明によれば、半導体基板内の低ライ
フタイムの所定の領域を作るために、６５０℃以上の温
度で安定化するため、６５０℃まで、その後のウェーハ
プロセス、組立工程の熱処理、使用温度が制限されるこ
とはない。低ライフタイムを一定の深さ方向だけでな
く、複数とし、さらに平面方向に局在化し、低ライフタ
イムの領域を三次元で局在化することにより、スイッチ
ング素子のスイッチング時間を短くでき、逆回復波形を
ソフトにでき、順損失と逆損失のトレードオフを改善で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のスイッチング用ダイオードの第一の
例に係る製造工程を説明するための図である。

【図２】 本発明のスイッチング用ダイオードの第一の
例に係るｐ、ｎ拡散工程を説明するための図である。

【図３】 本発明のスイッチング用ダイオードの第一の
例に係る重金属拡散工程を説明するための図である。

【図４】 本発明のスイッチング用ダイオードの第一の
例に係る不純物濃度分布を説明するための図である。

【図５】 本発明のスイッチング用ダイオードの第一の
例に係るヘリウムイオン照射工程を説明するための図で
ある。

【図６】 本発明のスイッチング用ダイオードの第一の
例に係る欠陥・不純物濃度分布を説明するための図であ
る。

【図７】 本発明のスイッチング用ダイオードの第一の
例に係る不純物濃度分布を説明するための図である。

【図８】 本発明のスイッチング用ダイオードの第一の
例に係る構造を説明するための図である。

【図９】 本発明のスイッチング用ダイオードの第一の
例に係る順電流が流れている時の蓄積キャリアの分布を
説明するための図である。

【図１０】 本発明のスイッチング用ダイオードの第二
の例に係る不純物濃度分布を説明するための図である。

【図１１】 本発明のＩＧＢＴの例に係る構造を説明す
るための図である。

【図１２】 本発明ののスイッチング用ダイオードの第
三の例に係る構造を説明するための図である。

【図１３】 一般的なスイッチング用ダイオードの逆回
復特性を説明する図である。

【図１４】 従来のスイッチング用ダイオードの第一の
例に係る構造を説明するための図である。

【図１５】 従来のスイッチング用ダイオードの第一の
例に係る不純物濃度分布を説明するための図である。

【図１６】 従来のスイッチングダイオードの第一の例
に係る逆回復特性を説明する図である。

【図１７】 従来のスイッチング用ダイオードの第二の
例に係る構造を説明するための図である。

【図１８】 従来のスイッチング用ダイオードの第二の
例に係る欠陥・不純物濃度分布を説明するための図であ
る。

【図１９】 従来のスイッチングダイオードの第二の例
と第三の例に係る逆回復特性を説明する図である。

【図２０】 従来のスイッチング用ダイオードの第三の
例に係る製造工程を説明するための図である。

【図２１】 従来のスイッチング用ダイオードの第三の
例に係る構造を説明するための図である。

【図２２】 従来のスイッチング用ダイオードの第三の
例に係る係る欠陥・不純物濃度分布を説明するための図
である。

【符号の説明】

１ ｎ型の低濃度の半導体層 ２ ｎ型の高濃度の半導体層 ３ ｐ型の高濃度の半導体層 ４ アノード電極 ５ カソード電極 ６ 白金の層 ７ 金属のバッファ層 ８ オーミック電極層 ９ ｐ型の低濃度の半導体層 １１ ｎ型の低濃度の半導体層 １２ ｎ型の高濃度のバッファ層 １３ ｐ型の低濃度の半導体層 １４ ｐ型の高濃度の半導体層 １５ ｎ型の高濃度の半導体層 １６ 絶縁膜 １７ エミッタ電極 １８ コレクタ電極 １９ ゲート電極 ２０、２１ 低ライフタイム領域 ３１ ｎ型の低濃度の半導体層 ３４ ｐ型の低濃度の半導体領域 ３５ ｎ型の高濃度の半導体層 ３６ 絶縁膜 ３７ カソード電極 ３８ アノード電極 ４１ 外周部

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板内に重金属を拡散した後に、
   荷電粒子を照射し、さらに６５０℃以上の熱処理を加え
   ることにより前記半導体基板内に低ライフタイムの所定
   の領域を設けることを特徴とする半導体装置の製造方
   法。
2. 【請求項２】 前記重金属は白金または金であることを
   特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
3. 【請求項３】 前記荷電粒子はヘリウムイオンであるこ
   とを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項
   記載の半導体装置の製造方法。
4. 【請求項４】 前記所定の領域は半導体基板の第１の主
   面より一定の深さにある２以上の領域であることを特徴
   とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の半導
   体装置の製造方法。
5. 【請求項５】 前記所定の領域は半導体基板の第１の主
   面より２以上の深さにあることを特徴とする請求項１乃
   至請求項４のいずれか１項記載の半導体装置の製造方
   法。
6. 【請求項６】 前記荷電粒子は電子線であることを特徴
   とする請求項１または請求項２のいずれか一項記載の半
   導体装置の製造方法。
7. 【請求項７】 前記所定の領域は半導体基板の第１の主
   面より該第1の主面と反対側の第2の主面に至る1または
   ２以上の領域であることを特徴とする請求項６記載の半
   導体装置の製造方法。
8. 【請求項８】 請求項１乃至請求項７のいずれか１項記
   載の半導体装置の製造方法を用いたことを特徴とする半
   導体装置。