JP2005285955A - Semiconductor device having active high resistive semiconductor layer and its manufacturing method - Google Patents

Semiconductor device having active high resistive semiconductor layer and its manufacturing method Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an active high resistive semiconductor layer at a high resistance and in a short lifetime. <P>SOLUTION: In a semiconductor device comprising the active high resistive semiconductor layer and its manufacturing method, in a p-type and n-type impurity of an impurity density or above in which a carrier lifetime is reduced compared with the time when an impurity density is not included in a semiconductor layer, or the impurity density is minute, two kinds or more of p-type and n-type impurities are mixedly present by a substantially equivalent amount for each, or the active high resistive semiconductor layer 10 contains still another impurity materializing a strain compensation between lattices to be entirely or selectively disposed on one face or both faces of a semiconductor substrate 1. Further, the active high resistive semiconductor layer can be adaptable to a diode structure, a transistor structure, a thyristor structure and an insulating gate type device structure. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は半導体装置に係り、特に高抵抗でかつキャリア寿命短縮化を図れる能動的高抵抗半導体層(アクティブ・イントリンシック・レイヤー:AIL)を有する半導体装置及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device having an active high-resistance semiconductor layer (active intrinsic layer: AIL) that has a high resistance and can shorten a carrier life, and a manufacturing method thereof.

静電誘導サイリスタ、静電誘導トランジスタは電力用半導体素子として開発され、実用化されている。高速化のために電子線照射、或いは重金属ドープ等の手段によるライフタイム制御が行われている。不純物が添加されていない高抵抗半導体層では、一般的に結晶が完全であるほどライフタイムは長くなるため、静電誘導サイリスタ、静電誘導トランジスタのような高抵抗半導体層を有するデバイスでは、半導体素子構造による特性制御が容易となり、本来のデバイス構造で決定される性能を得ることができるという利点がある。   Static induction thyristors and static induction transistors have been developed and put into practical use as power semiconductor elements. In order to increase the speed, lifetime control is performed by means such as electron beam irradiation or heavy metal doping. In a high-resistance semiconductor layer to which no impurity is added, the lifetime is generally longer as the crystal is complete. Therefore, in a device having a high-resistance semiconductor layer such as an electrostatic induction thyristor or an electrostatic induction transistor, a semiconductor The characteristic control by the element structure becomes easy, and there is an advantage that the performance determined by the original device structure can be obtained.

このような高抵抗半導体層に不純物を添加した場合、不純物原子の格子定数と高抵抗半導体層の格子定数が異なるため、結晶に歪が発生し、ミスフィット転位等の転位が発生しやすくなる。 When an impurity is added to such a high-resistance semiconductor layer, the lattice constant of the impurity atoms and the lattice constant of the high-resistance semiconductor layer are different, so that distortion occurs in the crystal, and dislocations such as misfit dislocations are likely to occur.

半導体基板と成長層の不純物密度差により発生する格子歪の検討は、西澤らによりSiの気相成長法で行われている(非特許文献1)。   The examination of the lattice strain generated by the difference in impurity density between the semiconductor substrate and the growth layer has been performed by the vapor phase growth method of Si by Nishizawa et al. (Non-patent Document 1).

Si単結晶はSi原子が規則正しく配列しているので、Siに添加された不純物がSi原子と置換した場合、ホウ素(B)やリン(P)のようにSiより共有結合半径の小さな原子では隣接するSi原子との距離がSi同士の距離より小さくなるので、BおよびPを高不純物密度に添加した結晶の格子定数は、真性のSi単結晶の格子定数よりも小さくなる。また、砒素(As)及びアンチモン(Sb)等、Si原子よりも共有結合半径の大きな不純物を添加した場合にはその逆となる。図26及び図27はポーリングによる代表的な原子の共有結合半径を示す(非特許文献2)。
西澤潤一、寺崎健、矢木邦博、宮本信雄(J. Nishizawa, T. Terasaki, K. yagi, and N. Miyamoto),“ 気相エピタキシャル成長によるシリコンの完全結晶成長(Perfect Crystal Growth of Silicon by Vapor Phase Epitaxy),”米国電気化学協会誌(J. Electrochemical Society)、第122巻、第5号、P.664〜P.669,1975年 ライナス・ポーリング (L.Pauling)著,“化学的結合論(The Nature Of Chemical Bonding)”, コーネル大学出版(Cornell University Press), 1960, p.205
Since Si atoms are regularly arranged in Si single crystals, when an impurity added to Si is replaced by Si atoms, atoms having a smaller covalent bond radius than Si, such as boron (B) and phosphorus (P), are adjacent to each other. Since the distance to the Si atoms to be performed is smaller than the distance between Si, the lattice constant of the crystal in which B and P are added to a high impurity density is smaller than the lattice constant of the intrinsic Si single crystal. The opposite is true when an impurity having a larger covalent bond radius than Si atoms, such as arsenic (As) and antimony (Sb), is added. FIGS. 26 and 27 show typical atomic covalent bond radii by polling (Non-Patent Document 2).
Junichi Nishizawa, Ken Terasaki, Kunihiro Yaki, Nobuo Miyamoto (J. Nishizawa, T. Terasaki, K. yagi, and N. Miyamoto), “Perfect Crystal Growth of Silicon by Vapor Phase Epitaxy ), "J. Electrochemical Society, Vol. 122, No. 5, p. 664-P. 669, 1975 Linus Pauling, “The Nature Of Chemical Bonding”, Cornell University Press, 1960, p.205.

本発明の目的は、p型、n型不純物を高不純物密度で略同じ場所に形成することによって、ライフタイムを低下させ、同時にp型、n型不純物の補償効果によって、実質的に高抵抗でかつキャリア寿命短縮化を図れる能動的高抵抗層(AIL)を提供することにある。   The object of the present invention is to reduce the lifetime by forming p-type and n-type impurities at substantially the same location with a high impurity density, and at the same time, with the compensation effect of the p-type and n-type impurities, the resistance is substantially high. Another object of the present invention is to provide an active high resistance layer (AIL) capable of shortening the carrier life.

又、ダイオード、トランジスタ、サイリスタ、絶縁ゲート型デバイスにおいて、このようなAIL層を備えることによって、高速スイッチング、低損失、低オン抵抗化を実現することができる、能動的高抵抗半導体層を有する半導体装置及びその製造方法を提供するにある。   In addition, in a diode, transistor, thyristor, or insulated gate type device, a semiconductor having an active high-resistance semiconductor layer that can realize high-speed switching, low loss, and low on-resistance by including such an AIL layer. It is in providing an apparatus and its manufacturing method.

上記目的を達成するために、本発明の第1の特徴は、半導体層中に不純物が含まれない時に比べ、半導体層中のキャリア寿命が低下する不純物以上のp型,n型不純物を2種類以上ほぼ等量ずつ混在させた能動的高抵抗半導体層を有する半導体装置であることを要旨とする。   In order to achieve the above object, the first feature of the present invention is that two types of p-type and n-type impurities, which are more than impurities whose carrier lifetime in the semiconductor layer is lower than when no impurity is contained in the semiconductor layer, are used. The gist of the present invention is a semiconductor device having active high-resistance semiconductor layers mixed in substantially equal amounts.

本発明の第2の特徴は、半導体層中の不純物密度が微少の時に比べ、半導体層中のキャリア寿命が低下する密度以上のp型,n型不純物を2種類以上ほぼ等量ずつ混在させた能動的高抵抗半導体層を有する半導体装置であることを要旨とする。   The second feature of the present invention is that two or more types of p-type and n-type impurities having a density lower than the carrier lifetime in the semiconductor layer are mixed in almost equal amounts compared to when the impurity density in the semiconductor layer is very small. The gist is that the semiconductor device has an active high-resistance semiconductor layer.

本発明の第3の特徴は、p型不純物及びn型不純物を含むエピタキシャル成長ガスを用いて、半導体基板全面に能動的高抵抗半導体層をエピタキシャル成長によって形成する工程を備える能動的高抵抗半導体層を有する半導体装置の製造方法であることを要旨とする。   According to a third aspect of the present invention, there is provided an active high-resistance semiconductor layer including a step of forming an active high-resistance semiconductor layer on the entire surface of a semiconductor substrate by epitaxial growth using an epitaxial growth gas containing p-type impurities and n-type impurities. The gist of the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device.

本発明の第4の特徴は、p型不純物及びn型不純物を含むエピタキシャル成長ガスを用いて、半導体基板において選択的に能動的高抵抗半導体層をエピタキシャル成長によって形成する工程を備える能動的高抵抗半導体層を有する半導体装置の製造方法であることを要旨とする。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an active high-resistance semiconductor layer including a step of selectively forming an active high-resistance semiconductor layer by epitaxial growth on a semiconductor substrate using an epitaxial growth gas containing a p-type impurity and an n-type impurity. The gist of the present invention is a method of manufacturing a semiconductor device having

本発明の第5の特徴は、(イ)p型不純物及びn型不純物を半導体基板全面に等量形成するイオン注入工程と、(ロ)イオン注入工程後、半導体基板全面に形成されたイオン注入層を高抵抗化する熱処理工程とを備える能動的高抵抗半導体層を有する半導体装置の製造方法であることを要旨とする。   The fifth feature of the present invention is that (a) an ion implantation step in which equal amounts of p-type impurities and n-type impurities are formed on the entire surface of the semiconductor substrate, and (b) ion implantation formed on the entire surface of the semiconductor substrate after the ion implantation step. The present invention is summarized as a method for manufacturing a semiconductor device having an active high-resistance semiconductor layer including a heat treatment step for increasing the resistance of the layer.

本発明の第6の特徴は、(イ)p型不純物及びn型不純物を半導体基板において選択的に等量形成するイオン注入工程と、(ロ)イオン注入工程後、半導体基板において選択的に形成されたイオン注入層を高抵抗化する熱処理工程とを備える能動的高抵抗半導体層を有する半導体装置の製造方法であることを要旨とする。   The sixth feature of the present invention is that (a) an ion implantation step for selectively forming equal amounts of p-type impurities and n-type impurities in a semiconductor substrate; and (b) after the ion implantation step, selectively formed on the semiconductor substrate. The present invention is summarized as a method for manufacturing a semiconductor device having an active high-resistance semiconductor layer including a heat treatment step for increasing the resistance of the ion-implanted layer.

本発明の第7の特徴は、(イ)高抵抗半導体層と、(ロ)高抵抗半導体層の主表面に配置されるアノード領域と、(ハ)高抵抗半導体層の別の主表面に配置されるカソード領域と、(ニ)高抵抗半導体層とアノード領域との間に介在して配置される能動的高抵抗半導体層とを備える能動的高抵抗半導体層を有する半導体装置であることを要旨とする。   The seventh feature of the present invention is that (a) a high-resistance semiconductor layer, (b) an anode region disposed on the main surface of the high-resistance semiconductor layer, and (c) disposed on another main surface of the high-resistance semiconductor layer. A semiconductor device having an active high-resistance semiconductor layer comprising: an active cathode region; and (d) an active high-resistance semiconductor layer disposed between the high-resistance semiconductor layer and the anode region. And

本発明の第8の特徴は、(イ)高抵抗半導体層と、(ロ)高抵抗半導体層の主表面に繰り返し配置されるアノード領域と、(ハ)アノード領域に接触するアノード電極と、(ニ)高抵抗半導体層の別の主表面に配置されるカソード領域と、(ホ)カソード領域に接触するカソード電極と、(へ)繰り返し配置されるアノード領域内に配置され、アノード領域とアノード電極によって短絡されるアノード短絡領域と、(ト)高抵抗半導体層とアノード短絡領域との間に介在して配置される能動的高抵抗半導体層とを備える能動的高抵抗半導体層を有する半導体装置であることを要旨とする。   The eighth feature of the present invention is that (a) a high resistance semiconductor layer, (b) an anode region repeatedly disposed on the main surface of the high resistance semiconductor layer, (c) an anode electrode in contact with the anode region, (D) a cathode region disposed on another main surface of the high-resistance semiconductor layer; (e) a cathode electrode in contact with the cathode region; (f) an anode region and an anode electrode disposed in the anode region disposed repeatedly. A semiconductor device having an active high-resistance semiconductor layer comprising: an anode short-circuit region that is short-circuited by the semiconductor device; and (g) an active high-resistance semiconductor layer disposed between the high-resistance semiconductor layer and the anode short-circuit region. It is a summary.

本発明の第9の特徴は、(イ)高抵抗半導体層と、(ロ)高抵抗半導体層の主表面に配置され、チャネル構造を有するアノード領域と、(ハ)高抵抗半導体層の別の主表面に配置されるカソード領域と、(ニ)高抵抗半導体層とアノード領域近傍において、チャネル構造内に配置される能動的高抵抗半導体層とを備える能動的高抵抗半導体層を有する半導体装置であることを要旨とする。   The ninth feature of the present invention is that (a) a high-resistance semiconductor layer, (b) an anode region disposed on the main surface of the high-resistance semiconductor layer and having a channel structure, and (c) another high-resistance semiconductor layer A semiconductor device having an active high-resistance semiconductor layer comprising: a cathode region disposed on a main surface; and (d) an active high-resistance semiconductor layer disposed in a channel structure in the vicinity of the high-resistance semiconductor layer and the anode region. It is a summary.

本発明の第10の特徴は、(イ)高抵抗半導体層と、(ロ)高抵抗半導体層の主表面に繰り返し配置されるゲート領域と、(ハ)ゲート領域に接触するゲート電極と、(ニ)高抵抗半導体層の別の主表面に配置されるドレイン領域と、(ホ)ドレイン領域に接触するドレイン電極と、(へ)繰り返し配置されるゲート領域間に配置されるソース領域と、(ト)主表面においてゲート電極に隣接して配置され、ソース領域に接触するソース電極と、(チ)高抵抗半導体層とソース領域との間に介在して配置される能動的高抵抗半導体層とを備える能動的高抵抗半導体層を有する半導体装置であることを要旨とする。   The tenth feature of the present invention is that (a) a high-resistance semiconductor layer, (b) a gate region repeatedly disposed on the main surface of the high-resistance semiconductor layer, (c) a gate electrode in contact with the gate region, (D) a drain region disposed on another main surface of the high-resistance semiconductor layer; (e) a drain electrode in contact with the drain region; (f) a source region disposed between the repeatedly disposed gate regions; G) a source electrode disposed adjacent to the gate electrode on the main surface and in contact with the source region; and (h) an active high resistance semiconductor layer disposed between the high resistance semiconductor layer and the source region. The gist of the invention is a semiconductor device having an active high-resistance semiconductor layer.

本発明の第11の特徴は、(イ)高抵抗半導体層と、(ロ)チャネル構造を備え、高抵抗半導体層の主表面近傍に繰り返し配置されるゲート領域と、(ハ)ゲート領域に接触するゲート電極と、(ニ)高抵抗半導体層の別の主表面に配置されるアノード領域と、(ホ)アノード領域に接触するアノード電極と、(へ)繰り返し配置されるゲート領域間に配置されるカソード領域と、(ト)主表面においてゲート電極に隣接して配置され、カソード領域に接触するカソード電極と、(チ)高抵抗半導体層とアノード領域との間に介在して配置される能動的高抵抗半導体層とを備える能動的高抵抗半導体層を有する半導体装置であることを要旨とする。   The eleventh feature of the present invention is: (a) a high-resistance semiconductor layer, (b) a gate region having a channel structure, which is repeatedly arranged near the main surface of the high-resistance semiconductor layer, and (c) a contact with the gate region. A gate electrode, (d) an anode region disposed on another main surface of the high-resistance semiconductor layer, (e) an anode electrode in contact with the anode region, and (f) a gate region disposed repeatedly. (G) a cathode electrode disposed adjacent to the gate electrode on the main surface and in contact with the cathode region; and (h) an active layer disposed between the high-resistance semiconductor layer and the anode region. The present invention is summarized as a semiconductor device having an active high-resistance semiconductor layer including an active high-resistance semiconductor layer.

本発明の第12の特徴は、(イ)nベース層と、(ロ)チャネル構造を備え、nベース層の主表面近傍に繰り返し配置されるpベース領域と、(ハ)pベース層内の主表面近傍に配置されるnエミッタ領域と、(ニ)nエミッタ領域に接触し、pベース領域と短絡して主表面に配置されるエミッタ電極と、(ホ)繰り返し配置されるpベース領域間のチャネル構造に配置される能動的高抵抗半導体層と、(へ)能動的高抵抗半導体層及び隣接するpベース領域及びnエミッタ領域上に配置されるゲート絶縁層と、(ト)ゲート絶縁層上に配置されるゲート電極と、(チ)nベース層の別の主表面に配置されるpコレクタ領域と、(リ)pコレクタ領域に接触するコレクタ電極と、(ヌ)nベース層とpコレクタ領域との間に介在して配置される別の能動的高抵抗半導体層とを備える能動的高抵抗半導体層を有する半導体装置であることを要旨とする。   The twelfth feature of the present invention is that (a) an n base layer, (b) a p base region having a channel structure and repeatedly disposed in the vicinity of the main surface of the n base layer, and (c) in the p base layer Between the n emitter region arranged near the main surface, (d) the emitter electrode which is in contact with the n emitter region and short-circuited with the p base region and arranged on the main surface, and (e) the p base region arranged repeatedly An active high-resistance semiconductor layer disposed in the channel structure, (f) the active high-resistance semiconductor layer and a gate insulating layer disposed on the adjacent p base region and n emitter region, and (g) a gate insulating layer A gate electrode disposed above, (h) a p collector region disposed on another main surface of the n base layer, (li) a collector electrode in contact with the p collector region, (nu) an n base layer and p Between the collector region And summarized in that a semiconductor device having an active high-resistance semiconductor layer and a separate active high-resistance semiconductor layer.

本発明によれば、p型、n型不純物を高不純物密度で略同じ場所に形成することによって、ライフタイムを低下させ、同時にp型、n型不純物の補償効果によって実質的に高抵抗層を形成する能動的高抵抗層(AIL)を実現することができる。更に又、このようなAIL層を備えるダイオード、トランジスタ、サイリスタ、絶縁ゲート型デバイスにおいて、高速スイッチング、低損失、低オン抵抗化を実現することができる。即ち、このような高性能な能動的高抵抗半導体層を有する半導体装置及びその製造方法を提供することができる。   According to the present invention, the p-type and n-type impurities are formed at substantially the same location with a high impurity density, thereby reducing the lifetime, and at the same time, the high-resistance layer is substantially formed by the compensation effect of the p-type and n-type impurities. An active high resistance layer (AIL) can be realized. Furthermore, in a diode, transistor, thyristor, or insulated gate type device having such an AIL layer, high-speed switching, low loss, and low on-resistance can be realized. That is, a semiconductor device having such a high-performance active high-resistance semiconductor layer and a method for manufacturing the same can be provided.

次に、図面を参照して、本発明の第1乃至第5の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。   Next, first to fifth embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.

また、以下に示す第1乃至第5の実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。   Further, the following first to fifth embodiments exemplify apparatuses and methods for embodying the technical idea of the present invention, and the technical idea of the present invention is the component parts. The material, shape, structure, arrangement, etc. are not specified below. The technical idea of the present invention can be variously modified within the scope of the claims.

(第1の実施の形態)
[AIL層]
図1は本発明の原理的説明図であって、(a)p型半導体における抵抗、ライフタイムと不純物密度との関係、(b)n型半導体における抵抗、ライフタイムと不純物密度との関係、(c)本発明のAIL層における抵抗、ライフタイムと不純物密度との関係をそれぞれ表している。p型半導体における抵抗、ライフタイムと不純物密度との関係では、図1(a)に示すように、不純物密度の増加と共に、抵抗率Rは減少し、又電子のライフタイムτe,正孔のライフタイムτhも減少する傾向を示している。同様に、n型半導体においても抵抗、ライフタイムと不純物密度との関係では、図1(b)に示すように、不純物密度の増加と共に、抵抗率Rは減少し、又電子のライフタイムτe,正孔のライフタイムτhも減少する傾向を示している。これに対して、本発明の能動的高抵抗半導体層(AIL層)においては、図1(c)に示すように、不純物密度の増加に対して、n型不純物とp型不純物の濃度補償効果により抵抗率Rはほとんど変化せず、ほぼ一定のままである。一方、電子のライフタイムτe,正孔のライフタイムτhは不純物密度の増加と共に減少する傾向を示している。
(First embodiment)
[AIL layer]
FIG. 1 is a diagram illustrating the principle of the present invention. (A) Resistance in a p-type semiconductor, relationship between lifetime and impurity density, (b) Resistance in an n-type semiconductor, relationship between lifetime and impurity density, (C) Represents the relationship between the resistance, lifetime and impurity density in the AIL layer of the present invention. As shown in FIG. 1A, in the relationship between resistance, lifetime and impurity density in a p-type semiconductor, the resistivity R decreases as the impurity density increases, and the lifetime of electrons τ e , The lifetime τ h also tends to decrease. Similarly, in the relationship between resistance, lifetime and impurity density in an n-type semiconductor, as shown in FIG. 1B, the resistivity R decreases as the impurity density increases, and the lifetime of electrons τ e , The lifetime τ h of holes also tends to decrease. On the other hand, in the active high-resistance semiconductor layer (AIL layer) of the present invention, as shown in FIG. 1C, the concentration compensation effect of n-type impurities and p-type impurities against the increase in impurity density. Therefore, the resistivity R hardly changes and remains almost constant. On the other hand, the lifetime τ e of electrons and the lifetime τ h of holes show a tendency to decrease as the impurity density increases.

本発明の第1の実施の形態に係る能動的高抵抗半導体層を有する半導体装置は、半導体層中に不純物が含まれない時に比べ、半導体層中のキャリア寿命が低下する不純物以上のp型,n型不純物を2種類以上ほぼ等量ずつ混在させた能動的高抵抗半導体層を有する半導体装置である。   The semiconductor device having the active high-resistance semiconductor layer according to the first embodiment of the present invention has a p-type or higher impurity that lowers the carrier lifetime in the semiconductor layer compared to when no impurity is contained in the semiconductor layer. This is a semiconductor device having an active high-resistance semiconductor layer in which two or more types of n-type impurities are mixed in substantially equal amounts.

又、半導体層中の不純物密度が微少の時に比べ、半導体層中のキャリア寿命が低下する密度以上のp型,n型不純物を2種類以上ほぼ等量ずつ混在させた能動的高抵抗半導体層を備えていても良い。   In addition, an active high-resistance semiconductor layer in which two or more types of p-type and n-type impurities having a density lower than the carrier lifetime in the semiconductor layer are mixed in almost equal amounts compared to when the impurity density in the semiconductor layer is very small. You may have.

又能動的高抵抗半導体層は、p型不純物,n型不純物以外の格子間の歪み補償を実現する更にべつの不純物を含んでいても良い。   The active high-resistance semiconductor layer may further include another impurity that realizes strain compensation between lattices other than the p-type impurity and the n-type impurity.

又、能動的高抵抗半導体層は、半導体装置の基板の片面において、全面に配置されていても良い。   Further, the active high-resistance semiconductor layer may be disposed on the entire surface of one surface of the substrate of the semiconductor device.

又、能動的高抵抗半導体層は、半導体装置の基板の片面において、局所的に選択的に配置されていても良い。   The active high-resistance semiconductor layer may be selectively disposed locally on one side of the substrate of the semiconductor device.

又、能動的高抵抗半導体層は、半導体装置の基板の両面において、全面に配置されていても良い。   Further, the active high resistance semiconductor layer may be disposed on the entire surface of both sides of the substrate of the semiconductor device.

又、能動的高抵抗半導体層は、半導体装置の基板の両面において、局所的に選択的に配置されていても良い。   The active high resistance semiconductor layer may be selectively disposed locally on both sides of the substrate of the semiconductor device.

又、能動的高抵抗半導体層は、Si,SiC,ダイヤモンド若しくはGaNのいずれかによって形成されていても良い。 The active high resistance semiconductor layer may be formed of any one of Si, SiC, diamond, or GaN.

このように、本発明の第1の実施の形態にかかる能動的高抵抗半導体層においては、高抵抗を維持したまま、低ライフタイム化を実現することができる。   As described above, in the active high resistance semiconductor layer according to the first embodiment of the present invention, the lifetime can be reduced while maintaining the high resistance.

(ライフタイムシミュレーション)
ショックレー・リード・ホール(SRH)モデルによるライフタイムの式は(1)式のように表すことができる。
(Lifetime simulation)
The lifetime equation according to the Shockley Reed Hall (SRH) model can be expressed as equation (1).

τdop(Ni)=τmin+(τmaxmin)/[1+(Ni/Nrefγ] …(1)
ここで、τmaxは最大ライフタイムであり、電子の場合1×10-5(sec),正孔の場合3×10-6(sec)と設定した。τminは最小ライフタイムであり、電子の場合、正孔の場合共に0(sec)と設定した。Nrefは参照不純物密度であり、電子の場合、正孔の場合共に1×1016(cm-3)と設定した。Niは能動的高抵抗半導体層の不純物密度である。尚、γの値は1に設定した。以上の結果に基づいて、能動的高抵抗半導体層内における電子のライフタイムτe,正孔のライフタイムτhはそれぞれ(2),(3)式のように表される。
τ dop (N i ) = τ min + (τ max −τ min ) / [1+ (N i / N ref ) γ ] (1)
Here, τ max is the maximum lifetime, and is set to 1 × 10 −5 (sec) for electrons and 3 × 10 −6 (sec) for holes. τ min is the minimum lifetime, and is set to 0 (sec) for both electrons and holes. N ref is the reference impurity density, and was set to 1 × 10 16 (cm −3 ) for both electrons and holes. Ni is the impurity density of the active high-resistance semiconductor layer. The value of γ was set to 1. Based on the above results, the lifetime τ e of electrons and the lifetime τ h of holes in the active high-resistance semiconductor layer are expressed by equations (2) and (3), respectively.

τe=1×10-5/[1+(Ni/1×1016)] …(2)
τe=3×10-6/[1+(Ni/1×1016)] …(3)
n型基板の不純物密度を1013cm-3とした場合の(2),(3)式より求めた本発明のAIL層におけるライフタイムと不純物密度との関係を図2に示す。
τ e = 1 × 10 −5 / [1+ (N i / 1 × 10 16 )] (2)
τ e = 3 × 10 −6 / [1+ (N i / 1 × 10 16 )] (3)
FIG. 2 shows the relationship between the lifetime and the impurity density in the AIL layer of the present invention obtained from the equations (2) and (3) when the impurity density of the n-type substrate is 10 13 cm −3 .

又、本発明のAIL層におけるライフタイム、不純物密度と基板厚さとの関係を図3に示す。不純物としてはP及びBを想定し、基板の厚さは0〜200μmの範囲で変化させている。図2及び図3から明らかなように、本発明の第1の実施の形態に係るAIL層においては、電子のライフタイムτe,正孔のライフタイムτh共に、不純物密度が1015cm-3以上となると減少傾向を示している。又、基板厚さは100μm以下の場合に電子のライフタイムτe,正孔のライフタイムτhが共に減少する傾向を示している。図3中にはB、Pの不純物密度分布も示されているが、n型基板の不純物密度を1013cm-3としたことから、
基板厚さが100μm以上となると、ほぼ一定となっている。
FIG. 3 shows the relationship between the lifetime, impurity density, and substrate thickness in the AIL layer of the present invention. As the impurities, P and B are assumed, and the thickness of the substrate is changed in the range of 0 to 200 μm. As apparent from FIGS. 2 and 3, in the AIL layer according to the first embodiment of the present invention, both the electron lifetime τ e and the hole lifetime τ h have an impurity density of 10 15 cm −. When it is 3 or more, it shows a decreasing trend. Further, when the substrate thickness is 100 μm or less, both the electron lifetime τ e and the hole lifetime τ h tend to decrease. In FIG. 3, the impurity density distribution of B and P is also shown, but since the impurity density of the n-type substrate is 10 13 cm −3 ,
When the substrate thickness is 100 μm or more, it is almost constant.

(比較例)
本発明の比較例におけるライフタイムと不純物密度との関係を図4に示し、本発明の比較例におけるライフタイム、不純物密度と基板厚さとの関係を図5に示す。比較例では、n型基板の不純物密度を1013cm-3とし、傾斜接合の場合を想定している。本発明の比較例においては、不純物密度の増加と共にライフタイムが減少する傾向は本発明の第1の実施の形態に係るAIL層と同様であるが、図5から明らかなように、P,Bの不純物密度の補償効果が働かない領域においてライフタイムが減少する傾向を示しており、図1(a),(b)に示したように、不純物密度の増加と共に抵抗率が減少する傾向となる。
(Comparative example)
FIG. 4 shows the relationship between lifetime and impurity density in the comparative example of the present invention, and FIG. 5 shows the relationship between lifetime, impurity density and substrate thickness in the comparative example of the present invention. In the comparative example, it is assumed that the impurity density of the n-type substrate is 10 13 cm −3 and the case of inclined junction is used. In the comparative example of the present invention, the tendency that the lifetime decreases as the impurity density increases is the same as that of the AIL layer according to the first embodiment of the present invention. However, as is apparent from FIG. As shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), the resistivity tends to decrease as the impurity density increases, as shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b). .

(AIL層の形成方法1)
図6は、本発明の第1の実施の形態に係るAIL層を形成する方法の説明図である。
(AIL layer forming method 1)
FIG. 6 is an explanatory diagram of a method for forming an AIL layer according to the first embodiment of the present invention.

(a)まず、図6(a)に示すように、高抵抗半導体層1から基板を準備する。抵抗率Rの分布は図6(e)に示す通りである。 (A) First, as shown in FIG. 6A, a substrate is prepared from the high-resistance semiconductor layer 1. The distribution of resistivity R is as shown in FIG.

(b)次に、図6(b)に示すように、高抵抗半導体層1の表面に不純物原子としてPをイオン注入して、イオン注入層2を形成する。Pの不純物添加によって、イオン注入層2内の抵抗率は図6(f)に示すように、低下する傾向を示す。 (B) Next, as shown in FIG. 6B, P ions are implanted as impurity atoms into the surface of the high resistance semiconductor layer 1 to form the ion implanted layer 2. Due to the impurity addition of P, the resistivity in the ion implantation layer 2 tends to decrease as shown in FIG.

(c)次に、図6(c)に示すように、Bをイオン注入して、イオン注入層3を形成する。Bの不純物添加によって、イオン注入層3内の抵抗率は図6(g)に示すように、低下する傾向を示す。 (C) Next, as shown in FIG. 6C, B is ion-implanted to form the ion-implanted layer 3. Due to the impurity addition of B, the resistivity in the ion implantation layer 3 tends to decrease as shown in FIG.

(d)次に、図6(d)に示すように、フラッシュランプアニ−ル等によって極めて短時間に高温の熱処理を行い、能動的高抵抗半導体層10を形成する。 (D) Next, as shown in FIG. 6D, high-temperature heat treatment is performed in a very short time by flash lamp annealing or the like to form the active high-resistance semiconductor layer 10.

BとPがほぼ同じ場所であるイオン注入層2,3部分において、略同程度の高不純物密度で形成されることによって、不純物密度の補償効果によって、高抵抗化される。フラッシュランプアニ−ル等の高温・短時間アニ−ルによって、拡散層の広がりを抑制しつつ、浅い接合を形成することができる。結果として、図6(h)に示すように高抵抗化され、能動的高抵抗半導体層(AIL)10を実現することができる。 In the ion-implanted layers 2 and 3 where B and P are substantially at the same place, the resistance is increased due to the effect of compensating the impurity density by forming the ion-implanted layers 2 and 3 with substantially the same impurity density. A shallow junction can be formed while suppressing the spread of the diffusion layer by high-temperature and short-time annealing such as flash lamp annealing. As a result, as shown in FIG. 6H, the resistance is increased and an active high resistance semiconductor layer (AIL) 10 can be realized.

(AIL層の形成方法2)
図7は、本発明の第1の実施の形態に係るAIL層を形成する別の方法の説明図である。
(Method 2 for forming AIL layer)
FIG. 7 is an explanatory diagram of another method for forming an AIL layer according to the first embodiment of the present invention.

(a)まず、図7(a)に示すように、高抵抗半導体層1から基板を準備する。抵抗率Rの分布は図7(d)に示す通りである。 (A) First, as shown in FIG. 7A, a substrate is prepared from the high-resistance semiconductor layer 1. The distribution of resistivity R is as shown in FIG.

(b)次に、p型、n型不純物の同時エピタキシャル成長を行い、n+,p+高濃度エピタキシャル層4を形成する。例えば、Siの場合、p型不純物としてB、n型不純物としてP、砒素(As),アンチモン(Sb)を適用することができる。窒化ガリウム(GaN)に対しては、p型不純物としては、例えばマグネシウム(Mg)、n型不純物としては、Siを用いることができる。炭化珪素(SiC)に対しては、p型不純物としては、例えばアルミニウム(Al)、n型不純物としては、窒素(N)を用いることができる。 (B) Next, simultaneous epitaxial growth of p-type and n-type impurities is performed to form an n + , p + high-concentration epitaxial layer 4. For example, in the case of Si, B as p-type impurity, P, arsenic (As), and antimony (Sb) can be applied as n-type impurities. For gallium nitride (GaN), for example, magnesium (Mg) can be used as the p-type impurity, and Si can be used as the n-type impurity. For silicon carbide (SiC), for example, aluminum (Al) can be used as the p-type impurity, and nitrogen (N) can be used as the n-type impurity.

+,p+高濃度エピタキシャル層4内における高濃度のn+,p+不純物の補償効果によって、能動的高抵抗半導体層10を実現することができる。高抵抗層が形成されることから、抵抗率Rの分布は図7(e)に示す通りである。 The active high resistance semiconductor layer 10 can be realized by the compensation effect of high concentration n + , p + impurities in the n + , p + high concentration epitaxial layer 4. Since the high resistance layer is formed, the distribution of the resistivity R is as shown in FIG.

更に、pアノード領域5をエピタキシャル成長によって形成する。 Further, the p anode region 5 is formed by epitaxial growth.

(c)結果として、図7(c)に示すように、AIL層10を挟んで積層されたpin構造が実現される。 (C) As a result, as shown in FIG. 7C, a pin structure laminated with the AIL layer 10 interposed therebetween is realized.

(格子歪み補償)
一般に不純物添加したSi単結晶の格子定数は高純度のSi単結晶の格子定数の値から、不純物添加によって相対的に変化した格子定数として表される。即ち、不純物添加した場合のSiの格子定数をad,不純物無添加の場合をaiとすると、adとaiの関係は、(4)式で表される。
(Lattice distortion compensation)
In general, the lattice constant of a Si single crystal doped with impurities is expressed as a lattice constant relatively changed by the addition of impurities from the value of the lattice constant of a high-purity Si single crystal. That is, the lattice constant of Si in the case of doping a d, the case of undoped and a i, relation between a d and a i is expressed by equation (4).

d=ai[1−(RSi 3(NSi−Ni)+Ri 3i)/RSi 3Si]1/3 (4)
ここで、RSiはSiの共有半径、Riは添加不純物原子の共有結合半径、NSiはSiの原子密度、Niは不純物密度を示している。ここで、格子定数のずれをΔa=ai−adとすると、体積変化率は、(5)式で表される。
a d = a i [1- (R Si 3 (N Si −N i ) + R i 3 N i ) / R Si 3 N Si ] 1/3 (4)
Here, R Si represents the Si shared radius, R i represents the covalent bond radius of the added impurity atoms, N Si represents the Si atomic density, and Ni represents the impurity density. Here, when the deviation of the lattice constant and Δa = a i -a d, volume change rate is expressed by the equation (5).

(ad 3−ai 3)/ai 3
[RSi 3(NSi−Ni)+Ri 3i−RSi 3i]/RSi 3Si …(5)
ここで、Δaの2次以上の項を無視すると、近似的に格子定数の相対変化率ε=Δa/aiは(6)式で表される。
(a d 3 −a i 3 ) / a i 3 =
[R Si 3 (N Si —N i ) + R i 3 N i —R Si 3 N i ] / R Si 3 N Si (5)
Here, if the second-order or higher term of Δa is ignored, the relative change rate ε = Δa / a i of the lattice constant is approximately expressed by equation (6).

ε=Δa/ai=(1/3)・[1−(Ri/RSi3](Ni/NSi)…(6)
図28に不純物密度と格子定数のずれの関係を示す。図28においては、下方向に格子の膨張、上方向に格子の収縮を表している。図28より明らかなように、B,P共に1019cm-3添加すると、10-4程度、高純度のSiの格子定数からのずれが生じる。即ち、気相成長によるデバイス作製の場合、高濃度に不純物が添加された基板とi層では格子定数が異なってくる。
ε = Δa / a i = (1/3) · [1- (R i / R Si ) 3 ] (N i / N Si ) (6)
FIG. 28 shows the relationship between the impurity density and the lattice constant shift. In FIG. 28, the expansion of the lattice is shown in the downward direction and the contraction of the lattice is shown in the upward direction. As is apparent from FIG. 28, when both B and P are added at 10 19 cm −3, a deviation from the lattice constant of high purity Si occurs by about 10 −4 . That is, in the case of device fabrication by vapor phase growth, the lattice constant differs between the substrate to which impurities are added at a high concentration and the i layer.

次に、この格子定数のくい違いによる格子歪について説明する。基板と成長層の界面に平行な方向にx,y軸、垂直な方向にz軸をとると、内部応力は(7)式で表される。   Next, the lattice distortion due to the difference in lattice constant will be described. When the x and y axes are taken in the direction parallel to the interface between the substrate and the growth layer, and the z axis is taken in the direction perpendicular to the substrate, the internal stress is expressed by equation (7).

σxx=σyy=σ
σyz=0 …(7)
従って、(7)式によって表される応力によって生じる格子歪はEをヤング率、vをポアソン比とすると、
εxx=εyy=[σ/E](1−v)=−ε
εzz=−2σv/E …(8)
で与えられるので(6)式を用いると、内部応力は(9)式で与えられる。
σ xx = σ yy = σ
σ yz = 0 (7)
Accordingly, the lattice strain caused by the stress expressed by the equation (7) is expressed by the following equation:
ε xx = ε yy = [σ / E] (1−v) = − ε
ε zz = −2σv / E (8)
Therefore, if the equation (6) is used, the internal stress is given by the equation (9).

σxx=σyy=βNiE/(1−v)
σzz=βNiE/2v …(9)
β=(1/3)・[1−(Ri/RSi3]/NSi
高濃度不純物添加の基板と真性伝導に近い成長層との格子定数の違いが顕著になると、半導体層は内部応力のために湾曲してしまう。
σ xx = σ yy = βN i E / (1-v)
σ zz = βN i E / 2v (9)
β = (1/3) · [1- (R i / R Si ) 3 ] / N Si
When the difference in lattice constant between the substrate doped with a high concentration impurity and the growth layer close to intrinsic conduction becomes significant, the semiconductor layer is bent due to internal stress.

格子定数の違いによる半導体層の湾曲の曲率はミスフィット係数f=Δa/aを用いることにより、(10)式で与えられる。   The curvature of the curvature of the semiconductor layer due to the difference in lattice constant is given by equation (10) by using the misfit coefficient f = Δa / a.

1/R=6trSf/(tr+tS3 …(10)
ここで、Rは曲率半径、trは成長層の厚さ、tSは基板の厚さである。
1 / R = 6t r t S f / (t r + t S ) 3 (10)
Here, R represents the radius of curvature, t r is the thickness of the growth layer, t S is the thickness of the substrate.

例えば、厚さ300μm、直径75mm、不純物としてPを1×1019cm-3添加してある半導体基板上の厚さ10μmのi層の場合の曲率半径は1.47×104cmであり、例えば水平面に置くと、外周は約5μm浮き上がってしまう。同じ条件でBが添加された基板を用いた場合には約16μm外周が浮き上がってしまうことになる。更に格子定数の違いが大きくなって、(9)式で表される内部応力が結晶中の原子の結合を切るための臨界値を越えると、内部応力を緩和するためにミスフィット転位が導入されることになる。p型の場合、B添加の1×1019cm-3の半導体基板上のi層では、ミスフィット係数f=|Δa/a|=3.83×10-5である。通常GaAs等の化合物半導体のヘテロ接合では、fが1×10-3以上でミスフィット転位が観測されている。 For example, the radius of curvature in the case of an i layer having a thickness of 300 μm, a diameter of 75 mm, and a thickness of 10 μm on a semiconductor substrate to which P is added as an impurity is 1 × 10 19 cm −3 is 1.47 × 10 4 cm, For example, when placed on a horizontal plane, the outer periphery rises about 5 μm. When a substrate to which B is added under the same conditions is used, the outer periphery of about 16 μm is lifted. When the difference in lattice constant further increases and the internal stress expressed by the formula (9) exceeds the critical value for breaking the bonds of the atoms in the crystal, misfit dislocations are introduced to alleviate the internal stress. Will be. In the case of the p-type, the misfit coefficient f = | Δa / a | = 3.83 × 10 −5 in the i layer on the B-added 1 × 10 19 cm −3 semiconductor substrate. Usually, in a heterojunction of a compound semiconductor such as GaAs, misfit dislocation is observed when f is 1 × 10 −3 or more.

本発明の第1の実施の形態に係る能動的高抵抗半導体層においても、格子歪補償を行うことで内部応力の発生を緩和し、かつn型、p型の高不純物密度補償効果とともに、高抵抗でライフタイムの低減化された高抵抗層を実現することができる。 Also in the active high resistance semiconductor layer according to the first embodiment of the present invention, the generation of internal stress is reduced by performing lattice strain compensation, and the high impurity density compensation effect of n-type and p-type is high. It is possible to realize a high resistance layer whose lifetime is reduced by resistance.

(第2の実施の形態)
[ダイオード構造]
図8(a)は、本発明の第2の実施の形態に係るAIL層を備えるダイオードの模式的断面構造を示す。図8(b)は、本発明の第2の実施の形態の変形例1に係るAIL層を備えるダイオードの模式的断面構造を示す。更に図8(c)は、図8(a)、(b)に対応する抵抗分布を示す。
(Second Embodiment)
[Diode structure]
FIG. 8A shows a schematic cross-sectional structure of a diode including an AIL layer according to the second embodiment of the present invention. FIG. 8B shows a schematic cross-sectional structure of a diode including an AIL layer according to Modification 1 of the second embodiment of the present invention. Further, FIG. 8C shows a resistance distribution corresponding to FIGS. 8A and 8B.

本発明の第2の実施の形態に係る能動的高抵抗半導体層を有する半導体装置は、図8に示すように、高抵抗半導体層1と、高抵抗半導体層1のアノード側主表面に配置されるpアノード領域5と、高抵抗半導体層1の別の主表面であるカソード側主表面に配置されるnカソード領域12と、高抵抗半導体層1とpアノード領域5との間に介在して配置される能動的高抵抗半導体層10と、pアノード領域5に接触するアノード電極16と、nカソード領域12に接触するカソード電極14とを備える。図8(a)ではAIL層10の厚さがWa1の例であり、図8(b)の変形例1ではAIL層10の厚さをWa1よりも厚く設定したWa2の例である。図8(c)は図8(a),(b)の構造に対応した抵抗率Rの分布を示す。能動的高抵抗半導体層10の近傍において抵抗率が急上昇していることがわかる。   A semiconductor device having an active high-resistance semiconductor layer according to the second embodiment of the present invention is disposed on the high-resistance semiconductor layer 1 and the anode-side main surface of the high-resistance semiconductor layer 1 as shown in FIG. P anode region 5, n cathode region 12 disposed on the cathode-side main surface, which is another main surface of high resistance semiconductor layer 1, and high resistance semiconductor layer 1 and p anode region 5. The active high resistance semiconductor layer 10 to be disposed, an anode electrode 16 in contact with the p anode region 5, and a cathode electrode 14 in contact with the n cathode region 12 are provided. FIG. 8A shows an example in which the thickness of the AIL layer 10 is Wa1, and Modification 1 in FIG. 8B shows an example of Wa2 in which the thickness of the AIL layer 10 is set to be thicker than Wa1. FIG. 8C shows a distribution of resistivity R corresponding to the structures of FIGS. 8A and 8B. It can be seen that the resistivity rapidly increases in the vicinity of the active high resistance semiconductor layer 10.

図9(a)は、図8に対応するダイオードの逆回復損失Prと順方向電圧降下VFMとの関係、図9(b)はスイッチング電圧V、スイッチング電流I、オン損失Pon、逆回復損失Prと時間との関係を示す。図9(a)から明らかなように、ダイオードの逆回復損失Prと順方向電圧降下VFMとの関係は互いにトレードオフの関係にあるが、AIL層10の厚さを変化させることで、トレードオフ関係が変化している。AILtはAIL層10の厚さが相対的に薄い場合、AILwはAIL層10の厚さが相対的に厚い場合に対応している。AIL層10の厚さが薄い方がトレードオフ関係は特性が良好となることがわかる。 9A shows the relationship between the reverse recovery loss Pr and the forward voltage drop V FM of the diode corresponding to FIG. 8, and FIG. 9B shows the switching voltage V, the switching current I, the on loss Pon, and the reverse recovery loss. The relationship between Pr and time is shown. As apparent from FIG. 9A, the relationship between the reverse recovery loss Pr of the diode and the forward voltage drop V FM is in a trade-off relationship with each other. However, by changing the thickness of the AIL layer 10, the trade The off relationship has changed. AILt corresponds to the case where the AIL layer 10 is relatively thin, and AILw corresponds to the case where the AIL layer 10 is relatively thick. It can be seen that the characteristics of the trade-off relationship are better when the thickness of the AIL layer 10 is thinner.

(第2の実施の形態の変形例)
図10(a)は、本発明の第2の実施の形態の変形例2に係るAIL層を備えるダイオードの模式的断面構造、図10(b)は、本発明の第2の実施の形態の変形例3に係るAIL層を備えるダイオードの模式的断面構造、図10(c)は、本発明の第2の実施の形態の変形例4に係るAIL層を備えるダイオードの模式的断面構造をそれぞれ示している。
(Modification of the second embodiment)
FIG. 10A is a schematic cross-sectional structure of a diode including an AIL layer according to the second modification of the second embodiment of the present invention, and FIG. 10B is a diagram of the second embodiment of the present invention. FIG. 10C is a schematic cross-sectional structure of a diode including an AIL layer according to Modification 4 of the second embodiment of the present invention. Show.

(変形例2)
本発明の第2の実施の形態の変形例2に係る能動的高抵抗半導体層を有する半導体装置は、図10(a)に示すように、高抵抗半導体層1と、高抵抗半導体層1の主表面に配置されるpアノード領域5と、高抵抗半導体層1の別の主表面に配置されるnカソード領域12と、高抵抗半導体層1とpアノード領域5との間に介在して配置される能動的高抵抗半導体層10とを備え、能動的高抵抗半導体層10とpアノード領域5はアノード側表面から測った接合深さは実質的に等しく、かつpアノード領域5はチャネル構造を備える。
(Modification 2)
A semiconductor device having an active high resistance semiconductor layer according to Modification 2 of the second embodiment of the present invention includes a high resistance semiconductor layer 1 and a high resistance semiconductor layer 1 as shown in FIG. A p anode region 5 disposed on the main surface, an n cathode region 12 disposed on another main surface of the high resistance semiconductor layer 1, and interposed between the high resistance semiconductor layer 1 and the p anode region 5. The active high resistance semiconductor layer 10 and the p anode region 5 have substantially the same junction depth measured from the anode side surface, and the p anode region 5 has a channel structure. Prepare.

(変形例3)
本発明の第2の実施の形態の変形例3に係る能動的高抵抗半導体層を有する半導体装置は、図10(b)に示すように、高抵抗半導体層1と、高抵抗半導体層1の主表面に配置されるpアノード領域5と、高抵抗半導体層1の別の主表面に配置されるnカソード領域12と、高抵抗半導体層1とpアノード領域5との間に介在して配置される能動的高抵抗半導体層10とを備え、能動的高抵抗半導体層10はpアノード領域5よりもアノード側表面から測った接合深さが深く配置され、かつpアノード領域5はチャネル構造を備える。
(Modification 3)
A semiconductor device having an active high-resistance semiconductor layer according to Modification 3 of the second embodiment of the present invention includes a high-resistance semiconductor layer 1 and a high-resistance semiconductor layer 1 as shown in FIG. A p anode region 5 disposed on the main surface, an n cathode region 12 disposed on another main surface of the high resistance semiconductor layer 1, and interposed between the high resistance semiconductor layer 1 and the p anode region 5. The active high resistance semiconductor layer 10 is arranged such that the active high resistance semiconductor layer 10 has a deeper junction depth measured from the anode side surface than the p anode region 5, and the p anode region 5 has a channel structure. Prepare.

(変形例4)
本発明の第2の実施の形態の変形例4に係る能動的高抵抗半導体層を有する半導体装置は、図10(c)に示すように、高抵抗半導体層1と、高抵抗半導体層1の主表面に配置されるpアノード領域5と、高抵抗半導体層1の別の主表面に配置されるnカソード領域12と、高抵抗半導体層1とpアノード領域5との間に介在して配置される能動的高抵抗半導体層10とを備え、能動的高抵抗半導体層10はチャネル構造を備える。
(Modification 4)
A semiconductor device having an active high-resistance semiconductor layer according to Modification 4 of the second embodiment of the present invention includes a high-resistance semiconductor layer 1 and a high-resistance semiconductor layer 1 as shown in FIG. A p anode region 5 disposed on the main surface, an n cathode region 12 disposed on another main surface of the high resistance semiconductor layer 1, and interposed between the high resistance semiconductor layer 1 and the p anode region 5. Active high resistance semiconductor layer 10, and active high resistance semiconductor layer 10 has a channel structure.

図11(a)は、逆回復損失Prと定常状態の逆方向漏れ電流Irの不純物密度との関係を示し、図11(b)は、逆回復損失Prと順方向電圧降下VFMとの関係を模式的に示す。図11(a)の横軸は不純物密度で表されているが、ライフタイムの逆数で表した場合にも同様の傾向が現れる。図11(a)中、AIL(a)は図10(a)の構造に対応し、AIL(b)は図10(b)の構造に対応し、AIL(c)は図10(c)の構造に対応している。定常状態の逆方向漏れ電流IrはAIL(a)、AIL(b)、AIL(c)の順で小さくなる傾向が見られる。 11A shows the relationship between the reverse recovery loss Pr and the impurity density of the reverse leakage current Ir in the steady state, and FIG. 11B shows the relationship between the reverse recovery loss Pr and the forward voltage drop V FM. Is shown schematically. Although the horizontal axis of FIG. 11A is expressed by the impurity density, the same tendency appears when expressed by the reciprocal of the lifetime. In FIG. 11 (a), AIL (a) corresponds to the structure of FIG. 10 (a), AIL (b) corresponds to the structure of FIG. 10 (b), and AIL (c) corresponds to the structure of FIG. 10 (c). Corresponds to the structure. The reverse leakage current Ir in the steady state tends to decrease in the order of AIL (a), AIL (b), and AIL (c).

(変形例5)
図12は、本発明の第2の実施の形態の変形例5に係るAIL層を備えるダイオードの模式的断面構造を示す。
(Modification 5)
FIG. 12 shows a schematic cross-sectional structure of a diode including an AIL layer according to Modification 5 of the second embodiment of the present invention.

本発明の第2の実施の形態の変形例5に係る能動的高抵抗半導体層を有する半導体装置は、図12に示すように、高抵抗半導体層1と、高抵抗半導体層1の主表面に繰り返し配置されるpアノード領域5と、pアノード領域5に接触するアノード電極16と、高抵抗半導体層1の別の主表面に配置されるnカソード領域12と、nカソード領域12に接触するカソード電極14と、繰り返し配置されるpアノード領域5内に配置され、pアノード領域5とアノード電極16によって短絡されるアノード短絡領域18と、高抵抗半導体層1とアノード短絡領域18との間に介在して配置される能動的高抵抗半導体層10とを備える。   A semiconductor device having an active high-resistance semiconductor layer according to Modification 5 of the second embodiment of the present invention has a high-resistance semiconductor layer 1 and main surfaces of the high-resistance semiconductor layer 1 as shown in FIG. Repeatedly arranged p anode region 5, anode electrode 16 in contact with p anode region 5, n cathode region 12 disposed on another main surface of high resistance semiconductor layer 1, and cathode in contact with n cathode region 12 An electrode 14, an anode short-circuit region 18 that is disposed in the p-anode region 5 that is repeatedly disposed and short-circuited by the p-anode region 5 and the anode electrode 16, and is interposed between the high-resistance semiconductor layer 1 and the anode short-circuit region 18. Active high resistance semiconductor layer 10.

図12に示す構造では、アノード短絡領域18を静電誘導(SI)アノード短絡領域として構成しても良いことはもちろんである。pアノード領域5と静電誘導(SI)アノード短絡領域18との間には、能動的高抵抗半導体層10のみならず、単なる高抵抗層19を配置しても良い。   In the structure shown in FIG. 12, the anode short-circuit region 18 may of course be configured as an electrostatic induction (SI) anode short-circuit region. Between the p anode region 5 and the electrostatic induction (SI) anode short-circuit region 18, not only the active high resistance semiconductor layer 10 but also a simple high resistance layer 19 may be disposed.

本発明の第2の実施の形態の変形例5に係る能動的高抵抗半導体層を有する半導体装置によれば、比較的簡単な構成でプレーナ構造のダイオードを実現することができる。   According to the semiconductor device having an active high-resistance semiconductor layer according to the fifth modification of the second embodiment of the present invention, a planar structure diode can be realized with a relatively simple configuration.

(変形例6)
図13(d)は、本発明の第2の実施の形態の変形例6に係るAIL層を備えるダイオードの模式的断面構造を示す。
(Modification 6)
FIG. 13D shows a schematic cross-sectional structure of a diode including an AIL layer according to Modification 6 of the second embodiment of the present invention.

本発明の第2の実施の形態の変形例6に係る能動的高抵抗半導体層を有する半導体装置は、図13(d)に示すように、高抵抗半導体層1と、高抵抗半導体層1の主表面に配置され、チャネル構造を有するpアノード領域5と、高抵抗半導体層1の別の主表面に配置されるnカソード領域12と、高抵抗半導体層1とpアノード領域5近傍において、チャネル構造内に配置される能動的高抵抗半導体層10とを備える。   A semiconductor device having an active high-resistance semiconductor layer according to Modification 6 of the second embodiment of the present invention includes a high-resistance semiconductor layer 1 and a high-resistance semiconductor layer 1 as shown in FIG. A p anode region 5 having a channel structure disposed on the main surface, an n cathode region 12 disposed on another main surface of the high resistance semiconductor layer 1, and a channel in the vicinity of the high resistance semiconductor layer 1 and the p anode region 5. And an active high resistance semiconductor layer 10 disposed in the structure.

(シミュレーションに用いる構造)
図13(a)は、本発明の比較例としてのバルクpnダイオードの模式的断面構造を示し、図13(b)は、図8(a)に示した本発明の第2の実施の形態に係るAIL層を有するダイオードの模式的断面構造を示し、図13(c)本発明の比較例としての静電誘導ダイオードの模式的断面構造を示し、図13(d)は、本発明の第2の実施の形態の変形例6に係るAIL層を有する静電誘導ダイオードの模式的断面構造を示し、図13(e)は、図10(e)に示した本発明の第2の実施の形態の変形例4に係る構造に相当するAIL層を有するダイオードの模式的断面構造を示す。
(Structure used for simulation)
13A shows a schematic cross-sectional structure of a bulk pn diode as a comparative example of the present invention, and FIG. 13B shows the second embodiment of the present invention shown in FIG. FIG. 13 (c) shows a schematic cross-sectional structure of an electrostatic induction diode as a comparative example of the present invention, and FIG. 13 (d) shows a second cross-section of the present invention. FIG. 13E shows a schematic cross-sectional structure of an electrostatic induction diode having an AIL layer according to a sixth modification of the embodiment, and FIG. 13E shows the second embodiment of the present invention shown in FIG. 9 shows a schematic cross-sectional structure of a diode having an AIL layer corresponding to the structure according to the modified example 4 of FIG.

更に、図14は、逆回復損失Prとオン電圧VFMとの関係を図10(a),(b),(c),(e)の構造について表したものである。バルクpnダイオードに比較して、本発明の第2の実施の形態に係るAIL層を有するダイオードでは明らかに逆回復損失Prとオン電圧VFMとの関係においてトレードオフの改善が見られる。 Further, FIG. 14, FIG. 10 the relationship between the reverse recovery loss Pr and the ON voltage V FM (a), (b ), (c), a representation for the structure of (e). Compared to the bulk pn diode, improving the trade-off is seen clearly in relationship between the reverse recovery loss Pr and the ON voltage V FM is a diode having an AIL layer according to a second embodiment of the present invention.

図15は、逆回復損失Prとオン電圧VFMとの関係を図10(c)、(d)の構造について表したものである。静電誘導ダイオードと本発明の第2の実施の形態の変形例6に係るAIL層を有する静電誘導ダイオードを比較すると、逆回復損失Prとオン電圧VFMとの関係では略同様のトレードオフ曲線に乗っているが、本発明の第2の実施の形態の変形例6に係るAIL層を有する静電誘導ダイオードの方が、オン電圧VFMは上昇するものの逆回復損失Prが一桁近く改善される可能性がある。 FIG. 15 shows the relationship between the reverse recovery loss Pr and the on-voltage V FM for the structures of FIGS. 10 (c) and 10 (d). When comparing the electrostatic induction diode and the electrostatic induction diode having the AIL layer according to the modified example 6 of the second embodiment of the present invention, the trade-off between the reverse recovery loss Pr and the on-voltage V FM is substantially the same. The electrostatic induction diode having an AIL layer according to the sixth modification of the second embodiment of the present invention, which is on the curve, increases the on-voltage V FM but has a reverse recovery loss Pr of almost one digit. There is a possibility of improvement.

図16は2500Vの印加時における定常状態の逆方向漏れ電流Irとオン電圧VFMとの関係を図10(a)、(b)、(c)の構造について比較した図である。逆方向漏れ電流Irが一番低いのは明らかにバルクpnダイオードの場合であるが、本発明の第2の実施の形態に係るAIL層を有するダイオード場合にも低く抑えられていることがわかる。これに対して、静電誘導ダイオード構造では、チャネル部分を導通する電流成分があるため、比較的大きな逆方向漏れ電流Irが現れている。 FIG. 16 is a diagram comparing the relationship between the reverse leakage current Ir in a steady state and the on-voltage V FM when 2500 V is applied with respect to the structures of FIGS. 10 (a), 10 (b), and 10 (c). It is apparent that the reverse leakage current Ir is lowest in the case of the bulk pn diode, but is also kept low in the case of the diode having the AIL layer according to the second embodiment of the present invention. On the other hand, in the electrostatic induction diode structure, since there is a current component that conducts through the channel portion, a relatively large reverse leakage current Ir appears.

本発明の第2の実施の形態に係る能動的高抵抗半導体層を有する半導体装置によれば、逆回復損失Prとオン電圧VFMとの関係においてトレードオフの改善が見られ、定常状態の逆方向リーク電流Irも低減化されたダイオードを提供することができる。 According to the semiconductor device having an active high-resistance semiconductor layer according to the second embodiment of the present invention, an improvement in trade-off is seen in the relationship between the reverse recovery loss Pr and the on-voltage V FM, and the reverse of the steady state A diode in which the direction leakage current Ir is also reduced can be provided.

(第3の実施の形態)
[トランジスタ構造]
図17は、本発明の第3の実施の形態に係るAIL層を備えるトランジスタの模式的断面構造を示す。
(Third embodiment)
[Transistor structure]
FIG. 17 shows a schematic cross-sectional structure of a transistor including an AIL layer according to the third embodiment of the present invention.

本発明の第3の実施の形態に係る能動的高抵抗半導体層を有する半導体装置は、図17に示すように、高抵抗半導体層20と、高抵抗半導体層20の主表面に繰り返し配置されるp+ゲート領域24と、p+ゲート領域24に接触するゲート電極(G)30と、高抵抗半導体層20の別の主表面に配置されるn+ドレイン領域22と、n+ドレイン領域に接触するドレイン電極28と、繰り返し配置されるp+ゲート領域24間に配置されるn+ソース領域26と、主表面においてゲート電極(G)30に隣接して配置され、n+ソース領域26に接触するソース電極(S)32と、高抵抗半導体層20とn+ソース領域26との間に介在して配置される能動的高抵抗半導体層10とを備える。 A semiconductor device having an active high-resistance semiconductor layer according to the third embodiment of the present invention is repeatedly arranged on the main surface of the high-resistance semiconductor layer 20 and the high-resistance semiconductor layer 20 as shown in FIG. p + gate region 24, gate electrode (G) 30 in contact with p + gate region 24, n + drain region 22 disposed on another main surface of high-resistance semiconductor layer 20, and contact with n + drain region Drain electrode 28, n + source region 26 disposed between p + gate regions 24 repeatedly disposed, and adjacent to gate electrode (G) 30 on the main surface and in contact with n + source region 26 Source electrode (S) 32 and active high resistance semiconductor layer 10 disposed between high resistance semiconductor layer 20 and n + source region 26.

+ゲート領域24とn+ソース領域26との間には、能動的高抵抗半導体層10のみならず、単なる高抵抗層34を配置しても良い。 Between the p + gate region 24 and the n + source region 26, not only the active high resistance semiconductor layer 10 but also a simple high resistance layer 34 may be disposed.

本発明の第3の実施の形態に係る能動的高抵抗半導体層を有する半導体装置によれば、比較的簡単な構成でプレーナ構造の静電誘導トランジスタ或いはバイポーラトランジスタを実現することができる。   According to the semiconductor device having the active high-resistance semiconductor layer according to the third embodiment of the present invention, a planar structure electrostatic induction transistor or bipolar transistor can be realized with a relatively simple configuration.

(第3の実施の形態の変形例)
図18は、本発明の第3の実施の形態の変形例に係るAIL層を備えるトランジスタの模式的断面構造を示す。
(Modification of the third embodiment)
FIG. 18 shows a schematic cross-sectional structure of a transistor including an AIL layer according to a modification of the third embodiment of the present invention.

本発明の第3の実施の形態の変形例に係る能動的高抵抗半導体層を有する半導体装置は、図18に示すように、高抵抗半導体層20と、高抵抗半導体層20の主表面に繰り返し配置されるp+ゲート領域24と、p+ゲート領域24内に埋め込まれて配置されかつp+ゲート領域24に接触するゲート電極(G)30と、高抵抗半導体層20の別の主表面に配置されるn+ドレイン領域22と、n+ドレイン領域に接触するドレイン電極28と、繰り返し配置されるp+ゲート領域24間に配置されるn+ソース領域26と、主表面においてゲート電極(G)30上に配置される絶縁層36を介して配置され、n+ソース領域26に接触するソース電極(S)32と、高抵抗半導体層20とn+ソース領域26との間に介在して配置される能動的高抵抗半導体層10とを備える。 A semiconductor device having an active high-resistance semiconductor layer according to a modification of the third embodiment of the present invention is repeatedly provided on the main surface of the high-resistance semiconductor layer 20 and the high-resistance semiconductor layer 20 as shown in FIG. a p + gate regions 24 which are arranged, and the gate electrode (G) 30 in contact with the arranged embedded in p + gate region 24 and p + gate region 24, to another main surface of the high-resistance semiconductor layer 20 N + drain region 22 arranged, drain electrode 28 in contact with n + drain region, n + source region 26 arranged between p + gate regions 24 repeatedly arranged, and gate electrode (G on the main surface) ) Disposed via an insulating layer 36 disposed on 30, interposed between the source electrode (S) 32 contacting the n + source region 26, and the high resistance semiconductor layer 20 and the n + source region 26. Active high deployed And a anti semiconductor layer 10.

+ゲート領域24とn+ソース領域26との間には、能動的高抵抗半導体層10のみならず、単なる高抵抗層34を配置しても良い。 Between the p + gate region 24 and the n + source region 26, not only the active high resistance semiconductor layer 10 but also a simple high resistance layer 34 may be disposed.

本発明の第3の実施の形態の変形例に係る能動的高抵抗半導体層を有する半導体装置によれば、比較的簡単な構成でプレーナ構造の静電誘導トランジスタ或いはバイポーラトランジスタを実現することができる。   According to the semiconductor device having the active high resistance semiconductor layer according to the modification of the third embodiment of the present invention, it is possible to realize an electrostatic induction transistor or bipolar transistor having a planar structure with a relatively simple configuration. .

(第4の実施の形態)
[サイリスタ構造]
図19(a)は、本発明の第4の実施の形態に係るAIL層を備えるサイリスタの模式的断面構造を示す。
(Fourth embodiment)
[Thyristor structure]
FIG. 19A shows a schematic cross-sectional structure of a thyristor including an AIL layer according to the fourth embodiment of the present invention.

本発明の第4の実施の形態に係る能動的高抵抗半導体層を有する半導体装置は、図19(a)に示すように、高抵抗半導体層1と、チャネル構造を備え、高抵抗半導体層1の主表面近傍に繰り返し配置されるp+ゲート領域24と、p+ゲート領域に接触するゲート電極(G)30と、高抵抗半導体層1の別の主表面に配置されるpアノード領域5と、pアノード領域5に接触するアノード電極16と、繰り返し配置されるp+ゲート領域間に配置されるnカソード領域12と、主表面においてゲート電極30に隣接して配置され、nカソード領域12に接触するカソード電極(K)14と、高抵抗半導体層1とpアノード領域5との間に介在して配置される能動的高抵抗半導体層10とを備える。図19(b)は、図19(a)のI−I線に沿う断面構造における抵抗率Rの分布を示している。図8(c)に示したダイオード構造の場合と同様に、能動的高抵抗半導体層10近傍において、抵抗率Rの急上昇が見られる。 A semiconductor device having an active high-resistance semiconductor layer according to the fourth embodiment of the present invention includes a high-resistance semiconductor layer 1 and a channel structure, as shown in FIG. P + gate region 24 repeatedly arranged in the vicinity of the main surface, gate electrode (G) 30 in contact with the p + gate region, p anode region 5 disposed on another main surface of high resistance semiconductor layer 1, , An anode electrode 16 in contact with the p anode region 5, an n cathode region 12 disposed between repeatedly arranged p + gate regions, a gate electrode 30 disposed on the main surface, and an n cathode region 12 A cathode electrode (K) 14 that is in contact with each other and an active high resistance semiconductor layer 10 disposed between the high resistance semiconductor layer 1 and the p anode region 5 are provided. FIG. 19B shows the distribution of resistivity R in the cross-sectional structure taken along the line II in FIG. As in the case of the diode structure shown in FIG. 8C, a rapid increase in the resistivity R is observed in the vicinity of the active high resistance semiconductor layer 10.

(変形例1)
図19(c)は、本発明の第4の実施の形態の変形例1に係るAIL層を備えるサイリスタの模式的断面構造を示す。
(Modification 1)
FIG. 19 (c) shows a schematic cross-sectional structure of a thyristor including an AIL layer according to Modification 1 of the fourth embodiment of the present invention.

本発明の第4の実施の形態の変形例1に係る能動的高抵抗半導体層を有する半導体装置は、図19(c)に示すように、高抵抗半導体層1と、チャネル構造を備え、高抵抗半導体層1の主表面近傍に繰り返し配置されるp+ゲート領域24と、p+ゲート領域24に接触するゲート電極(G)30と、高抵抗半導体層1の別の主表面に配置されるpアノード領域5と、pアノード領域5に接触するアノード電極16と、繰り返し配置されるp+ゲート領域24間に配置されるnカソード領域12と、主表面においてゲート電極30に隣接して配置され、nカソード領域12に接触するカソード電極(K)14と、高抵抗半導体層1とpアノード領域5との間に介在して配置され、更に別のチャネル構造を備える能動的高抵抗半導体層10とを備える。 A semiconductor device having an active high-resistance semiconductor layer according to Modification 1 of the fourth embodiment of the present invention includes a high-resistance semiconductor layer 1 and a channel structure as shown in FIG. The p + gate region 24 repeatedly arranged in the vicinity of the main surface of the resistance semiconductor layer 1, the gate electrode (G) 30 in contact with the p + gate region 24, and another main surface of the high resistance semiconductor layer 1 p anode region 5, anode electrode 16 in contact with p anode region 5, n cathode region 12 disposed between p + gate regions 24 repeatedly disposed, and gate electrode 30 disposed on the main surface. , An active high-resistance semiconductor layer 10 that is disposed between the high-resistance semiconductor layer 1 and the p-anode region 5 and has another channel structure. And be prepared That.

図20(a)は、ターンオフエネルギー損失Eoffと順方向電圧降下VTMとの関係を示す。図中、「AIL1Wa大」及び「AIL1Wa小」とは図19(a)の構造において、能動的高抵抗半導体層10の厚さWaが相対的に厚い場合と薄い場合に対応している。又「AIL2」とは図19(c)に示す変形例1の構造に対応している。ターンオフエネルギー損失Eoffと順方向電圧降下VTMとのトレードオフ関係は、図19(a)の構造において、AIL層10の厚さWaが薄いほど良好となる。更に図19(a)の構造に対して変形例1に示すように、AIL層10にチャネル構造をもたせた場合には、ターンオフエネルギー損失Eoffと順方向電圧降下VTMとのトレードオフ関係は更に改善されている。 FIG. 20A shows the relationship between the turn-off energy loss E off and the forward voltage drop V TM . In the drawing, “large AIL1Wa” and “small AIL1Wa” correspond to the case where the thickness Wa of the active high-resistance semiconductor layer 10 is relatively thick and thin in the structure of FIG. “AIL2” corresponds to the structure of Modification 1 shown in FIG. The trade-off relationship between the turn-off energy loss E off and the forward voltage drop V TM becomes better as the thickness Wa of the AIL layer 10 is thinner in the structure of FIG. Further, as shown in Modification 1 with respect to the structure of FIG. 19A, when the AIL layer 10 has a channel structure, the trade-off relationship between the turn-off energy loss E off and the forward voltage drop V TM is Further improvements have been made.

図20(b)は、ターンオンエネルギー損失Eonとオン電圧Vonとの関係を示す。ターンオンエネルギー損失Eonとオン電圧Vonとのトレードオフ関係は、図19(a)の構造において、AIL層10の厚さWaが薄いほど良好となる。更に図19(a)の構造に対して変形例1に示すように、AIL層10にチャネル構造をもたせた場合には、ターンオンエネルギー損失Eonとオン電圧Vonとのトレードオフ関係は更に改善されている。 FIG. 20B shows the relationship between the turn-on energy loss E on and the on-voltage V on . The trade-off relationship between the turn-on energy loss E on and the on-voltage V on becomes better as the thickness Wa of the AIL layer 10 is thinner in the structure of FIG. Further, as shown in Modification 1 with respect to the structure of FIG. 19A, when the AIL layer 10 has a channel structure, the trade-off relationship between the turn-on energy loss E on and the on-voltage V on is further improved. Has been.

(変形例2)
図21(a)は、本発明の第4の実施の形態の変形例2に係るAIL層を備えるサイリスタの模式的断面構造を示す。
(Modification 2)
FIG. 21A shows a schematic cross-sectional structure of a thyristor including an AIL layer according to Modification 2 of the fourth embodiment of the present invention.

本発明の第4の実施の形態の変形例2に係る能動的高抵抗半導体層を有する半導体装置は、図21(a)に示すように、高抵抗半導体層1と、チャネル構造を備え、高抵抗半導体層1の主表面近傍に繰り返し配置されるp+ゲート領域24と、p+ゲート領域24に接触するゲート電極(G)30と、高抵抗半導体層1の別の主表面に配置されるpアノード領域5と、pアノード領域5に接触するアノード電極16と、繰り返し配置されるp+ゲート領域24間に配置されるnカソード領域12と、主表面においてゲート電極30に隣接して配置され、nカソード領域12に接触するカソード電極(K)14と、高抵抗半導体層1とpアノード領域5との間に介在して配置される能動的高抵抗半導体層10と、p+ゲート領域24とnカソード領域12間に配置される更に別の能動的高抵抗半導体層10とを備える。 A semiconductor device having an active high-resistance semiconductor layer according to Modification 2 of the fourth embodiment of the present invention includes a high-resistance semiconductor layer 1 and a channel structure as shown in FIG. The p + gate region 24 repeatedly arranged in the vicinity of the main surface of the resistance semiconductor layer 1, the gate electrode (G) 30 in contact with the p + gate region 24, and another main surface of the high resistance semiconductor layer 1 p anode region 5, anode electrode 16 in contact with p anode region 5, n cathode region 12 disposed between p + gate regions 24 repeatedly disposed, and gate electrode 30 disposed on the main surface. , A cathode electrode (K) 14 in contact with the n cathode region 12, an active high resistance semiconductor layer 10 disposed between the high resistance semiconductor layer 1 and the p anode region 5, and a p + gate region 24. And n cathode Further comprising a separate active high-resistance semiconductor layer 10 is disposed between the band 12.

(変形例3)
図21(b)は、本発明の第4の実施の形態の変形例3に係るAIL層を有するサイリスタの模式的断面構造を示す。
(Modification 3)
FIG. 21B shows a schematic cross-sectional structure of a thyristor having an AIL layer according to Modification 3 of the fourth embodiment of the present invention.

本発明の第4の実施の形態の変形例3に係る能動的高抵抗半導体層を有する半導体装置は、図21(b)に示すように、高抵抗半導体層1と、チャネル構造を備え、高抵抗半導体層1の主表面近傍に繰り返し配置されるp+ゲート領域24と、p+ゲート領域24に接触するゲート電極(G)30と、高抵抗半導体層1の別の主表面に配置されるpアノード領域5と、pアノード領域5に接触するアノード電極16と、繰り返し配置されるp+ゲート領域24間に配置されるnカソード領域12と、主表面においてゲート電極30に隣接して配置され、nカソード領域12に接触するカソード電極(K)14と、高抵抗半導体層1とpアノード領域5との間に介在して配置され、更に別のチャネル構造を備える能動的高抵抗半導体層10と、p+ゲート領域24とnカソード領域12間に配置される更に別の能動的高抵抗半導体層10とを備える。 A semiconductor device having an active high-resistance semiconductor layer according to Modification 3 of the fourth embodiment of the present invention includes a high-resistance semiconductor layer 1 and a channel structure as shown in FIG. The p + gate region 24 repeatedly arranged in the vicinity of the main surface of the resistance semiconductor layer 1, the gate electrode (G) 30 in contact with the p + gate region 24, and another main surface of the high resistance semiconductor layer 1 p anode region 5, anode electrode 16 in contact with p anode region 5, n cathode region 12 disposed between p + gate regions 24 repeatedly disposed, and gate electrode 30 disposed on the main surface. , An active high-resistance semiconductor layer 10 that is disposed between the high-resistance semiconductor layer 1 and the p-anode region 5 and has another channel structure. And p + Further comprising a further active high-resistance semiconductor layer 10 is disposed between the gate region 24 and the n cathode region 12.

図22(a)は、蓄積時間tsと不純物密度との関係を示す。又図22(b)は、スイッチング電圧Vとスイッチング電流Iの波形と各部分の定義を示す。ITはアノード・カソード間電流波形、VDはアノード・カソード間電圧波形、IGはターンオフ時のゲート電流波形をそれぞれ示している。tsは蓄積時間、tfは下降時間、tgqはtsとtfの和で表されるターンオフ時間である。 FIG. 22 (a) shows the relationship between the accumulation time t s and the impurity density. FIG. 22B shows the waveforms of the switching voltage V and the switching current I and the definition of each part. I T represents the anode-cathode current waveform, V D represents the anode-cathode voltage waveform, and I G represents the gate current waveform during turn-off. t s is an accumulation time, t f is a falling time, and t gq is a turn-off time represented by the sum of t s and t f .

図22(a)から明らかなように、図21(a)又は(b)に示す本発明の第4の実施の形態の変形例2又は変形例3に係る能動的高抵抗半導体層を有する半導体装置の場合において、p+ゲート領域24とnカソード領域12間に配置される能動的高抵抗半導体層10の不純物密度を例えば、1016cm-3よりも増加するにつれて、蓄積時間tsが減少する傾向が見られる。 As is apparent from FIG. 22 (a), a semiconductor having an active high-resistance semiconductor layer according to Modification 2 or Modification 3 of the fourth embodiment of the present invention shown in FIG. 21 (a) or (b). In the case of the device, the accumulation time t s decreases as the impurity density of the active high resistance semiconductor layer 10 disposed between the p + gate region 24 and the n cathode region 12 is increased, for example, to 10 16 cm −3. The tendency to do is seen.

本発明の第4の実施の形態に係る能動的高抵抗半導体層を有する半導体装置によれば、アノード領域近傍に能動的高抵抗半導体層を配置することで、ターンオフエネルギー損失Eoffと順方向電圧降下VTMとのトレードオフ関係が改善され、ターンオンエネルギー損失Eonとオン電圧Vonとのトレードオフ関係も改善されたサイリスタを提供することができる。更に、カソード領域近傍に別の能動的高抵抗半導体層を配置することで、蓄積時間tsが減少するサイリスタを提供することもできる。 According to the semiconductor device having the active high-resistance semiconductor layer according to the fourth embodiment of the present invention, the turn-off energy loss E off and the forward voltage are arranged by disposing the active high-resistance semiconductor layer in the vicinity of the anode region. It is possible to provide a thyristor in which the trade-off relationship with the drop V TM is improved and the trade-off relationship between the turn-on energy loss E on and the on-voltage V on is also improved. Furthermore, by placing another active high-resistance semiconductor layer in the vicinity of the cathode region, it is also possible to provide a thyristor which storage time t s is reduced.

(変形例4)
図23は、本発明の第4の実施の形態の変形例4に係るAIL層を備えるサイリスタの模式的断面構造を示す。
(Modification 4)
FIG. 23 shows a schematic cross-sectional structure of a thyristor including an AIL layer according to Modification 4 of the fourth embodiment of the present invention.

本発明の第4の実施の形態の変形例4に係る能動的高抵抗半導体層を有する半導体装置は、図23に示すように、高抵抗半導体層1と、チャネル構造を備え、高抵抗半導体層1の主表面近傍に繰り返し配置される埋め込み構造のp+ゲート領域24と、高抵抗半導体層の別の主表面に配置されるpアノード領域5と、前記繰り返し配置されるp+ゲート領域上に配置されるnカソード領域12と、埋め込み構造のp+ゲート領域24間の高抵抗半導体層1とnカソード領域12との間に配置される能動的高抵抗半導体層10とを備える。 As shown in FIG. 23, a semiconductor device having an active high-resistance semiconductor layer according to Modification 4 of the fourth embodiment of the present invention includes a high-resistance semiconductor layer 1 and a channel structure, and includes a high-resistance semiconductor layer. A p + gate region 24 having a buried structure repeatedly disposed in the vicinity of one main surface, a p anode region 5 disposed on another main surface of the high-resistance semiconductor layer, and the p + gate region repeatedly disposed The n cathode region 12 is disposed, and the high resistance semiconductor layer 1 between the p + gate region 24 of the buried structure and the active high resistance semiconductor layer 10 disposed between the n cathode region 12 are provided.

更に又、高抵抗半導体層1とpアノード領域5との間に介在して配置される別の能動的高抵抗半導体層10を備えていてもよい。   Furthermore, another active high resistance semiconductor layer 10 disposed between the high resistance semiconductor layer 1 and the p anode region 5 may be provided.

更に又、高抵抗半導体層1とpアノード領域5との間に介在して配置される能動的高抵抗半導体層10は埋め込みゲート領域24とは別のチャネル構造を備えていても良い。 Furthermore, the active high resistance semiconductor layer 10 disposed between the high resistance semiconductor layer 1 and the p anode region 5 may have a channel structure different from that of the buried gate region 24.

(製造方法)
図24は、本発明の第4の実施の形態の変形例4に係るAIL層を備えるサイリスタの製造工程の模式図であって、図24(a)は、エピタキシャル工程、図24(b)はカソード形成工程を示す。
(Production method)
24A and 24B are schematic views of a manufacturing process of a thyristor including an AIL layer according to Modification 4 of the fourth embodiment of the present invention. FIG. 24A is an epitaxial process, and FIG. A cathode formation process is shown.

(a)図24(a)に示すように、高抵抗半導体層1に対してp+ゲート領域24を拡散工程によって形成後、P、Siを含む気相エピタキシャル成長によって、能動的高抵抗半導体層10を形成する。p+ゲート領域24内のボロン(B)原子はP、Siを含む気相エピタキシャル成長の過程で、気相中に飛び出してくるため、B、P、Siを含む気相エピタキシャル成長を実施しても良い。高不純物密度のn型及びp型にドープされたエピタキシャル成長層を形成する際には、格子歪補償を考慮しても良い。結果として、高抵抗でライフタイムの短縮化された能動的高抵抗半導体層10を形成することができる。 (A) As shown in FIG. 24A, after the p + gate region 24 is formed on the high resistance semiconductor layer 1 by a diffusion process, the active high resistance semiconductor layer 10 is formed by vapor phase epitaxial growth containing P and Si. Form. Since boron (B) atoms in the p + gate region 24 jump out into the vapor phase in the process of vapor phase epitaxial growth including P and Si, vapor phase epitaxial growth including B, P and Si may be performed. . Lattice strain compensation may be taken into account when forming high impurity density n-type and p-type epitaxial growth layers. As a result, the active high-resistance semiconductor layer 10 having a high resistance and a shortened lifetime can be formed.

(b)次に、能動的高抵抗半導体層10の上部にエピタキシャル成長によって、nカソード領域12を形成する。 (B) Next, an n cathode region 12 is formed on the active high resistance semiconductor layer 10 by epitaxial growth.

本発明の第4の実施の形態の変形例4に係る能動的高抵抗半導体層を有する半導体装置によれば、埋め込みゲート構造を有することからゲート・カソード間の高耐圧化が容易でかつ、アノード領域近傍に能動的高抵抗半導体層を配置することで、ターンオフエネルギー損失Eoffと順方向電圧降下VTMとのトレードオフ関係が改善され、ターンオンエネルギー損失Eonとオン電圧Vonとのトレードオフ関係も改善された埋め込みゲート構造のサイリスタを提供することができる。更に、カソード領域近傍に別の能動的高抵抗半導体層を配置することで、蓄積時間tsが減少する、埋め込みゲート構造のサイリスタを提供することもできる。 According to the semiconductor device having the active high-resistance semiconductor layer according to the fourth modification of the fourth embodiment of the present invention, since the embedded gate structure is provided, it is easy to increase the breakdown voltage between the gate and the cathode, and the anode By arranging an active high-resistance semiconductor layer in the vicinity of the region, the trade-off relationship between the turn-off energy loss E off and the forward voltage drop V TM is improved, and the trade-off between the turn-on energy loss E on and the on-voltage V on. It is possible to provide a buried gate structure thyristor having an improved relationship. Furthermore, by placing another active high-resistance semiconductor layer in the vicinity of the cathode region, accumulation time t s is reduced, it is also possible to provide a thyristor of buried gate structure.

(第5の実施の形態)
[絶縁ゲートデバイス]
図25は、本発明の第5の実施の形態に係るAIL層を備える半導体装置として、絶縁ゲートデバイスの模式的構造を示す。図25に示す構造は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)の構成に対応している。
(Fifth embodiment)
[Insulated gate device]
FIG. 25 shows a schematic structure of an insulated gate device as a semiconductor device including an AIL layer according to the fifth embodiment of the present invention. The structure shown in FIG. 25 corresponds to the configuration of an insulated gate bipolar transistor (IGBT).

本発明の第5の実施の形態に係る半導体装置は、図25に示すように、
nベース層40と、チャネル構造を備え、nベース層40の主表面近傍に繰り返し配置されるp+ベース領域44と、p+ベース領域44内の主表面近傍に配置されるn+エミッタ領域46と、n+エミッタ領域46に接触し、p+ベース領域44と短絡して主表面に配置されるエミッタ電極(E)48と、繰り返し配置されるp+ベース領域44間のチャネル構造に配置される能動的高抵抗半導体層10と、能動的高抵抗半導体層10及び隣接するp+ベース領域44及びn+エミッタ領域46上に配置されるゲート絶縁層54と、ゲート絶縁層54上に配置されるゲート電極(G)50と、nベース層40の別の主表面に配置されるp+コレクタ領域42と、p+コレクタ領域42に接触するコレクタ電極52と、
nベース層40と前記pコレクタ領域との間に介在して配置される別の能動的高抵抗半導体層10とを備える。
As shown in FIG. 25, the semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention
An n base layer 40, a p + base region 44 having a channel structure and repeatedly disposed near the main surface of the n base layer 40, and an n + emitter region 46 disposed near the main surface in the p + base region 44. If, in contact with n + emitter region 46, an emitter electrode (E) 48 disposed on the main surface and short-circuited to the p + base region 44, is positioned in a channel structure between the p + base region 44 are repeatedly arranged Active high resistance semiconductor layer 10, gate insulating layer 54 disposed on active high resistance semiconductor layer 10 and adjacent p + base region 44 and n + emitter region 46, and gate insulating layer 54. A gate electrode (G) 50, a p + collector region 42 disposed on another main surface of the n base layer 40, a collector electrode 52 in contact with the p + collector region 42,
Another active high resistance semiconductor layer 10 disposed between the n base layer 40 and the p collector region is provided.

本発明の第5の実施の形態に係る能動的高抵抗半導体層を有する半導体装置によれば、チャネル近傍に能動的高抵抗半導体層10を備えることによって、チャネル近傍のライフタイムを低減化できることから、ターンオンロスを低減化できる。更に、p+コレクタ領域42近傍に配置した別の能動的高抵抗半導体層10によって、ターンオフ時のテ−ル電流を低減化可能となり、ターンオフロスを低減化することもできる。従って、全体としてロスの低減化されたIGBT等の絶縁ゲートデバイスを提供することができる。 According to the semiconductor device having the active high resistance semiconductor layer according to the fifth embodiment of the present invention, the lifetime in the vicinity of the channel can be reduced by providing the active high resistance semiconductor layer 10 in the vicinity of the channel. , Turn-on loss can be reduced. Further, another active high-resistance semiconductor layer 10 disposed in the vicinity of the p + collector region 42 makes it possible to reduce the tail current at the time of turn-off and to reduce the turn-off loss. Accordingly, it is possible to provide an insulated gate device such as an IGBT with reduced loss as a whole.

(その他の実施の形態)
上記のように、本発明は第1乃至第5の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
(Other embodiments)
As described above, the present invention has been described according to the first to fifth embodiments. However, it should not be understood that the description and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。   As described above, the present invention naturally includes various embodiments not described herein. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from the above description.

本発明の原理的説明図であって、(a)p型半導体における抵抗、ライフタイムと不純物密度との関係、(b)n型半導体における抵抗、ライフタイムと不純物密度との関係、(c)本発明のAIL層における抵抗、ライフタイムと不純物密度との関係。It is a principle explanatory view of the present invention, (a) resistance in p-type semiconductor, relationship between lifetime and impurity density, (b) resistance in n-type semiconductor, relationship between lifetime and impurity density, (c) Relationship between resistance, lifetime and impurity density in the AIL layer of the present invention. 本発明のAIL層におけるライフタイムと不純物密度との関係。Relationship between lifetime and impurity density in the AIL layer of the present invention. 本発明のAIL層におけるライフタイム、不純物密度と基板厚さとの関係。Relationship between lifetime, impurity density and substrate thickness in the AIL layer of the present invention. 本発明の比較例におけるライフタイムと不純物密度との関係。The relationship between the lifetime and impurity density in the comparative example of this invention. 本発明の比較例におけるライフタイム、不純物密度と基板厚さとの関係。The relationship between the lifetime, impurity density, and board | substrate thickness in the comparative example of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係るAIL層を形成する方法の説明図であって、(a)基板、(b)リンイオン注入工程、(c)ボロンイオン注入工程、(d)熱処理工程によるAIL層の形成工程、(e)(a)に対応する抵抗分布、(f)(b)に対応する抵抗分布、(g)(c)に対応する抵抗分布、(h)(d)に対応する抵抗分布。It is explanatory drawing of the method of forming the AIL layer based on the 1st Embodiment of this invention, Comprising: (a) A board | substrate, (b) Phosphorus ion implantation process, (c) Boron ion implantation process, (d) By heat processing process AIL layer forming step, resistance distribution corresponding to (e) and (a), resistance distribution corresponding to (f) and (b), resistance distribution corresponding to (g) and (c), corresponding to (h) and (d) Resistance distribution. 本発明の第1の実施の形態に係るAIL層を形成する別の方法の説明図であって、(a)基板、(b)p型、n型不純物の同時エピタキシャル工程、(c)AIL層を挟んで積層されたpin構造、(d)シリコンのエピタキシャル工程、(e)AIL層の形成工程、(d)(a)に対応する抵抗分布、(e)(b)に対応する抵抗分布。It is explanatory drawing of another method of forming the AIL layer based on the 1st Embodiment of this invention, Comprising: (a) Substrate, (b) Simultaneous epitaxial process of p-type and n-type impurity, (c) AIL layer (D) Silicon epitaxial process, (e) AIL layer forming process, (d) Resistance distribution corresponding to (a), (e) Resistance distribution corresponding to (b). (a)本発明の第2の実施の形態に係るAIL層を備えるダイオードの模式的断面構造図、(b)本発明の第2の実施の形態の変形例1に係るAIL層を備えるダイオードの模式的断面構造図、(c)(a)、(b)に対応する抵抗分布。(A) Schematic cross-sectional structure diagram of a diode including an AIL layer according to the second embodiment of the present invention, (b) of a diode including an AIL layer according to Modification 1 of the second embodiment of the present invention. Typical cross-section diagram, (c) Resistance distribution corresponding to (a), (b). (a)図8に対応するダイオードの逆回復損失と順方向電圧降下との関係、(b)スイッチング電圧、電流、損失と時間との関係。(A) Relationship between reverse recovery loss and forward voltage drop of the diode corresponding to FIG. 8, (b) Relationship between switching voltage, current, loss and time. (a)本発明の第2の実施の形態の変形例2に係るAIL層を備えるダイオードの模式的断面構造図、(b)本発明の第2の実施の形態の変形例3に係るAIL層を備えるダイオードの模式的断面構造図、(c)本発明の第2の実施の形態の変形例4に係るAIL層を備えるダイオードの模式的断面構造図。(A) Schematic cross-sectional structure diagram of a diode including an AIL layer according to Modification 2 of the second embodiment of the present invention, (b) AIL layer according to Modification 3 of the second embodiment of the present invention (C) The typical cross-section figure of a diode provided with the AIL layer which concerns on the modification 4 of the 2nd Embodiment of this invention. (a)逆回復損失Prと定常状態の逆方向漏れ電流Irの不純物密度との関係、(b)逆回復損失Prと順方向電圧降下VFMとの関係。(A) Relationship between reverse recovery loss Pr and impurity density of steady-state reverse leakage current Ir, (b) Relationship between reverse recovery loss Pr and forward voltage drop V FM . 本発明の第2の実施の形態の変形例5に係るAIL層を備えるダイオードの模式的断面構造図。The typical cross-section figure of a diode provided with the AIL layer concerning the modification 5 of the 2nd Embodiment of this invention. (a)本発明の比較例としてのバルクpnダイオードの模式的断面構造図、(b)図8(a)に示した本発明の第2の実施の形態に係るAIL層を備えるダイオードの模式的断面構造図、(c)本発明の比較例としての静電誘導ダイオードの模式的断面構造図、(d)本発明の第2の実施の形態の変形例6に係るAIL層を備える静電誘導ダイオードの模式的断面構造図、(e)本発明の第2の実施の形態の変形例4に係るAIL層を備えるダイオードの模式的断面構造図。(A) Schematic cross-sectional structure diagram of a bulk pn diode as a comparative example of the present invention, (b) Schematic of a diode provided with an AIL layer according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 8 (a) Cross-sectional structure diagram, (c) A schematic cross-sectional structure diagram of an electrostatic induction diode as a comparative example of the present invention, (d) Static induction including an AIL layer according to Modification 6 of the second embodiment of the present invention. The typical cross-section figure of a diode, (e) The typical cross-section figure of a diode provided with the AIL layer which concerns on the modification 4 of the 2nd Embodiment of this invention. 逆回復損失とオン電圧との関係。Relationship between reverse recovery loss and on-voltage. 逆回復損失とオン電圧との関係。Relationship between reverse recovery loss and on-voltage. 逆方向漏れ電流とオン電圧との関係。Relationship between reverse leakage current and on-voltage. 本発明の第3の実施の形態に係るAIL層を備えるトランジスタの模式的断面構造図。The typical cross-section figure of the transistor provided with the AIL layer concerning a 3rd embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施の形態の変形例に係るAIL層を備えるトランジスタの模式的断面構造図。The typical cross-section figure of the transistor provided with the AIL layer concerning the modification of the 3rd Embodiment of this invention. (a)本発明の第4の実施の形態に係るAIL層を備えるサイリスタの模式的断面構造図、(b)(a)のI−I線に層断面方向における抵抗分布、(c)本発明の第4の実施の形態の変形例1に係るAIL層を備えるサイリスタの模式的断面構造図。(A) Schematic cross-sectional structure diagram of a thyristor provided with an AIL layer according to a fourth embodiment of the present invention, (b) resistance distribution in the layer cross-sectional direction along the line II in (a), (c) the present invention The typical cross-section figure of a thyristor provided with the AIL layer which concerns on the modification 1 of 4th Embodiment of this. (a)ターンオフエネルギー損失と順方向電圧降下との関係、(b)ターンオンエネルギー損失とオン電圧との関係。(A) Relationship between turn-off energy loss and forward voltage drop, (b) Relationship between turn-on energy loss and on-voltage. (a)本発明の第4の実施の形態の変形例2に係るAIL層を備えるサイリスタの模式的断面構造図、(b)本発明の第4の実施の形態の変形例3に係るAIL層を備えるサイリスタの模式的断面構造図。(A) Schematic cross-sectional structure diagram of a thyristor including an AIL layer according to Modification 2 of the fourth embodiment of the present invention, (b) AIL layer according to Modification 3 of the fourth embodiment of the present invention. The typical cross-section figure of a thyristor provided with. (a)蓄積時間と不純物密度との関係、(b)スイッチング電圧波形及びスイッチング電流波形。(A) Relationship between accumulation time and impurity density, (b) Switching voltage waveform and switching current waveform. 本発明の第4の実施の形態の変形例4に係るAIL層を備えるサイリスタの模式的断面構造図。The typical cross-section figure of a thyristor provided with the AIL layer which concerns on the modification 4 of the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態の変形例4に係るAIL層を備えるサイリスタの製造工程の模式図であって、(a)エピタキシャル工程、(b)カソード形成工程。It is a schematic diagram of the manufacturing process of a thyristor provided with the AIL layer which concerns on the modification 4 of the 4th Embodiment of this invention, Comprising: (a) Epitaxial process, (b) Cathode formation process. 本発明の第5の実施の形態に係るAIL層を備える絶縁ゲートデバイスの模式的構造図。The typical structure figure of the insulated gate device provided with the AIL layer concerning a 5th embodiment of the present invention. 代表的な原子の共有結合半径。Typical atomic bond radius. 原子による共有結合半径の変化。Changes in the radius of covalent bonds by atoms. 不純物密度と格子定数のずれの関係。Relationship between impurity density and lattice constant deviation.

符号の説明Explanation of symbols

1,20…高抵抗半導体層
2,3…イオン注入層
4…n+,p+高密度エピタキシャル層
5…pアノード領域
10…能動的高抵抗半導体層
12…nカソード領域
14…カソード電極
16…アノード電極
18…静電誘導(SI)アノード短絡領域
19,34…高抵抗領域
22…n+ドレイン領域
24…p+ゲート領域
26…n+ソース領域
28…ドレイン電極
30…ゲート電極
32…ソース電極
40…nベース層
42…p+コレクタ領域
44…p+ベース領域
46…nエミッタ領域
48…エミッタ電極
50…ゲート電極
52…コレクタ電極
54…ゲート絶縁層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,20 ... High resistance semiconductor layer 2, 3 ... Ion implantation layer 4 ... n <+> , p + high density epitaxial layer 5 ... p anode region 10 ... Active high resistance semiconductor layer 12 ... n cathode region 14 ... Cathode electrode 16 ... Anode electrode 18 ... Static induction (SI) anode short-circuit region 19, 34 ... high resistance region 22 ... n + drain region 24 ... p + gate region 26 ... n + source region 28 ... drain electrode 30 ... gate electrode 32 ... source electrode 40 ... n base layer 42 ... p + collector region 44 ... p + base region 46 ... n emitter region 48 ... emitter electrode 50 ... gate electrode 52 ... collector electrode 54 ... gate insulating layer

Claims (26)

半導体層中に不純物が含まれない時に比べ、前記半導体層中のキャリア寿命が低下する不純物以上のp型,n型不純物を2種類以上ほぼ等量ずつ混在させたことを特徴とする能動的高抵抗半導体層を有する半導体装置。   The active layer is characterized in that two or more types of p-type and n-type impurities having a lower carrier lifetime in the semiconductor layer than in the case where no impurity is contained in the semiconductor layer are mixed in substantially equal amounts. A semiconductor device having a resistive semiconductor layer. 半導体層中の不純物密度が微少の時に比べ、前記半導体層中のキャリア寿命が低下する密度以上のp型,n型不純物を2種類以上ほぼ等量ずつ混在させたことを特徴とする能動的高抵抗半導体層を有する半導体装置。   Compared with the case where the impurity density in the semiconductor layer is very small, two or more types of p-type and n-type impurities having a density equal to or lower than the density at which the carrier lifetime in the semiconductor layer is reduced are mixed together. A semiconductor device having a resistive semiconductor layer. 前記能動的高抵抗半導体層は、前記p型不純物,前記n型不純物以外の格子間の歪み補償を実現する更にべつの不純物を含むことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の能動的高抵抗半導体層を有する半導体装置。   3. The active high resistance semiconductor layer according to claim 1, wherein the active high-resistance semiconductor layer further includes another impurity that realizes strain compensation between lattices other than the p-type impurity and the n-type impurity. Device having a high resistance semiconductor layer. 前記能動的高抵抗半導体層は、半導体装置の基板の片面において、全面に配置されることを特徴とする請求項1乃至請求項3の内、いずれか1項に記載の能動的高抵抗半導体層を有する半導体装置。   The active high-resistance semiconductor layer according to any one of claims 1 to 3, wherein the active high-resistance semiconductor layer is disposed on one side of a substrate of a semiconductor device. A semiconductor device. 前記能動的高抵抗半導体層は、半導体装置の基板の片面において、局所的に選択的に配置されることを特徴とする請求項1乃至請求項3の内、いずれか1項に記載の能動的高抵抗半導体層を有する半導体装置。   4. The active high resistance semiconductor layer according to claim 1, wherein the active high resistance semiconductor layer is selectively disposed locally on one side of a substrate of a semiconductor device. 5. A semiconductor device having a high-resistance semiconductor layer. 前記能動的高抵抗半導体層は、半導体装置の基板の両面において、全面に配置されることを特徴とする請求項1乃至請求項3の内、いずれか1項に記載の能動的高抵抗半導体層を有する半導体装置。   The active high-resistance semiconductor layer according to any one of claims 1 to 3, wherein the active high-resistance semiconductor layer is disposed on both sides of the substrate of the semiconductor device. A semiconductor device. 前記能動的高抵抗半導体層は、半導体装置の基板の両面において、局所的に選択的に配置されることを特徴とする請求項1乃至請求項3の内、いずれか1項に記載の能動的高抵抗半導体層を有する半導体装置。   4. The active high resistance semiconductor layer according to claim 1, wherein the active high resistance semiconductor layer is selectively disposed locally on both sides of the substrate of the semiconductor device. 5. A semiconductor device having a high-resistance semiconductor layer. 前記能動的高抵抗半導体層は、Si,SiC,ダイヤモンド若しくはGaNのいずれかによって形成されることを特徴とする請求項1乃至請求項7の内、いずれか1項に記載の能動的高抵抗半導体層を有する半導体装置。   The active high-resistance semiconductor layer according to any one of claims 1 to 7, wherein the active high-resistance semiconductor layer is formed of any one of Si, SiC, diamond, or GaN. A semiconductor device having a layer. p型不純物及びn型不純物を含むエピタキシャル成長ガスを用いて、半導体基板全面に能動的高抵抗半導体層をエピタキシャル成長によって形成する工程を備えることを特徴とする能動的高抵抗半導体層を有する半導体装置の製造方法。   Manufacturing of a semiconductor device having an active high-resistance semiconductor layer, comprising the step of forming an active high-resistance semiconductor layer on the entire surface of a semiconductor substrate by epitaxial growth using an epitaxial growth gas containing a p-type impurity and an n-type impurity Method. p型不純物及びn型不純物を含むエピタキシャル成長ガスを用いて、半導体基板において選択的に能動的高抵抗半導体層をエピタキシャル成長によって形成する工程を備えることを特徴とする能動的高抵抗半導体層を有する半導体装置の製造方法。   A semiconductor device having an active high-resistance semiconductor layer, characterized by comprising a step of selectively forming an active high-resistance semiconductor layer on a semiconductor substrate by epitaxial growth using an epitaxial growth gas containing a p-type impurity and an n-type impurity. Manufacturing method. p型不純物及びn型不純物を半導体基板全面に等量形成するイオン注入工程と、
前記イオン注入工程後、前記半導体基板全面に形成されたイオン注入層を高抵抗する熱処理工程
とを備えることを特徴とする能動的高抵抗半導体層を有する半導体装置の製造方法。
an ion implantation step of forming equal amounts of p-type impurities and n-type impurities over the entire surface of the semiconductor substrate;
A method of manufacturing a semiconductor device having an active high resistance semiconductor layer, comprising: a heat treatment step for increasing resistance of an ion implantation layer formed on the entire surface of the semiconductor substrate after the ion implantation step.
p型不純物及びn型不純物を半導体基板において選択的に等量形成するイオン注入工程と、
前記イオン注入工程後、前記半導体基板において選択的に形成されたイオン注入層を高抵抗する熱処理工程
とを備えることを特徴とする能動的高抵抗半導体層を有する半導体装置の製造方法。
an ion implantation step of selectively forming equal amounts of p-type impurities and n-type impurities in a semiconductor substrate;
A method of manufacturing a semiconductor device having an active high-resistance semiconductor layer, comprising: a heat treatment step for high resistance of an ion implantation layer selectively formed in the semiconductor substrate after the ion implantation step.
前記半導体基板は、Si,SiC,ダイヤモンド若しくはGaNのいずれかによって形成されることを特徴とする請求項9乃至請求項12の内、いずれか1項に記載の能動的高抵抗半導体層を有する半導体装置の製造方法。   The semiconductor having an active high-resistance semiconductor layer according to any one of claims 9 to 12, wherein the semiconductor substrate is formed of any one of Si, SiC, diamond, and GaN. Device manufacturing method. 高抵抗半導体層と、
前記高抵抗半導体層の主表面に配置されるアノード領域と、
前記高抵抗半導体層の別の主表面に配置されるカソード領域と、
前記高抵抗半導体層と前記アノード領域との間に介在して配置される能動的高抵抗半導体層
とを備えることを特徴とする能動的高抵抗半導体層を有する半導体装置。
A high resistance semiconductor layer;
An anode region disposed on the main surface of the high-resistance semiconductor layer;
A cathode region disposed on another main surface of the high-resistance semiconductor layer;
A semiconductor device having an active high resistance semiconductor layer, comprising: an active high resistance semiconductor layer disposed between the high resistance semiconductor layer and the anode region.
前記能動的高抵抗半導体層と前記アノード領域はアノード側表面から測った接合深さは実質的に等しく、かつ前記アノード領域はチャネル構造を備えることを特徴とする請求項14記載の能動的高抵抗半導体層を有する半導体装置。   15. The active high resistance semiconductor layer according to claim 14, wherein the active high resistance semiconductor layer and the anode region have substantially the same junction depth measured from the anode side surface, and the anode region has a channel structure. A semiconductor device having a semiconductor layer. 前記能動的高抵抗半導体層は前記アノード領域よりもアノード側表面から測った接合深さが深く配置され、かつ前記アノード領域はチャネル構造を備えることを特徴とする請求項14記載の能動的高抵抗半導体層を有する半導体装置。   15. The active high resistance semiconductor layer according to claim 14, wherein the active high resistance semiconductor layer has a junction depth measured from the anode side surface deeper than the anode region, and the anode region has a channel structure. A semiconductor device having a semiconductor layer. 前記能動的高抵抗半導体層はチャネル構造を備えることを特徴とする請求項14記載の能動的高抵抗半導体層を有する半導体装置。   15. The semiconductor device having an active high resistance semiconductor layer according to claim 14, wherein the active high resistance semiconductor layer has a channel structure. 高抵抗半導体層と、
前記高抵抗半導体層の主表面に繰り返し配置されるアノード領域と、
前記アノード領域に接触するアノード電極と、
前記高抵抗半導体層の別の主表面に配置されるカソード領域と、
前記カソード領域に接触するカソード電極と、
前記繰り返し配置されるアノード領域内に配置され、前記アノード領域と前記アノード電極によって短絡されるアノード短絡領域と、
前記高抵抗半導体層と前記アノード短絡領域との間に介在して配置される能動的高抵抗半導体層
とを備えることを特徴とする能動的高抵抗半導体層を有する半導体装置。
A high resistance semiconductor layer;
An anode region repeatedly disposed on the main surface of the high-resistance semiconductor layer;
An anode electrode in contact with the anode region;
A cathode region disposed on another main surface of the high-resistance semiconductor layer;
A cathode electrode in contact with the cathode region;
An anode short-circuit region disposed in the anode region repeatedly disposed, and short-circuited by the anode region and the anode electrode;
A semiconductor device having an active high resistance semiconductor layer, comprising: an active high resistance semiconductor layer disposed between the high resistance semiconductor layer and the anode short-circuit region.
高抵抗半導体層と、
前記高抵抗半導体層の主表面に配置され、チャネル構造を有するアノード領域と、
前記高抵抗半導体層の別の主表面に配置されるカソード領域と、
前記高抵抗半導体層と前記アノード領域近傍において、前記チャネル構造内に配置される能動的高抵抗半導体層
とを備えることを特徴とする能動的高抵抗半導体層を有する半導体装置。
A high resistance semiconductor layer;
An anode region disposed on a main surface of the high-resistance semiconductor layer and having a channel structure;
A cathode region disposed on another main surface of the high-resistance semiconductor layer;
A semiconductor device having an active high-resistance semiconductor layer, comprising: an active high-resistance semiconductor layer disposed in the channel structure in the vicinity of the high-resistance semiconductor layer and the anode region.
高抵抗半導体層と、
前記高抵抗半導体層の主表面に繰り返し配置されるゲート領域と、
前記ゲート領域に接触するゲート電極と、
前記高抵抗半導体層の別の主表面に配置されるドレイン領域と、
前記ドレイン領域に接触するドレイン電極と、
前記繰り返し配置されるゲート領域間に配置されるソース領域と、
前記主表面において前記ゲート電極に隣接して配置され、ソース領域に接触するソース電極と、
前記高抵抗半導体層と前記ソース領域との間に介在して配置される能動的高抵抗半導体層
とを備えることを特徴とする能動的高抵抗半導体層を有する半導体装置。
A high resistance semiconductor layer;
A gate region repeatedly disposed on the main surface of the high-resistance semiconductor layer;
A gate electrode in contact with the gate region;
A drain region disposed on another main surface of the high-resistance semiconductor layer;
A drain electrode in contact with the drain region;
A source region disposed between the repeatedly disposed gate regions;
A source electrode disposed adjacent to the gate electrode on the main surface and in contact with a source region;
A semiconductor device having an active high resistance semiconductor layer, comprising: an active high resistance semiconductor layer disposed between the high resistance semiconductor layer and the source region.
前記ゲート電極は前記ゲート領域内に埋め込まれて配置され、前記ソース電極は前記ゲート電極上に配置される絶縁層を介して配置されることを特徴とする請求項20記載の能動的高抵抗半導体層を有する半導体装置。   21. The active high resistance semiconductor according to claim 20, wherein the gate electrode is disposed so as to be embedded in the gate region, and the source electrode is disposed through an insulating layer disposed on the gate electrode. A semiconductor device having a layer. 高抵抗半導体層と、
チャネル構造を備え、前記高抵抗半導体層の主表面近傍に繰り返し配置されるゲート領域と、
前記ゲート領域に接触するゲート電極と、
前記高抵抗半導体層の別の主表面に配置されるアノード領域と、
前記アノード領域に接触するアノード電極と、
前記繰り返し配置されるゲート領域間に配置されるカソード領域と、
前記主表面において前記ゲート電極に隣接して配置され、前記カソード領域に接触するカソード電極と、
前記高抵抗半導体層と前記アノード領域との間に介在して配置される能動的高抵抗半導体層
とを備えることを特徴とする能動的高抵抗半導体層を有する半導体装置。
A high resistance semiconductor layer;
A gate region having a channel structure and repeatedly arranged in the vicinity of the main surface of the high-resistance semiconductor layer;
A gate electrode in contact with the gate region;
An anode region disposed on another main surface of the high-resistance semiconductor layer;
An anode electrode in contact with the anode region;
A cathode region disposed between the repeatedly disposed gate regions;
A cathode electrode disposed adjacent to the gate electrode on the main surface and in contact with the cathode region;
A semiconductor device having an active high resistance semiconductor layer, comprising: an active high resistance semiconductor layer disposed between the high resistance semiconductor layer and the anode region.
前記能動的高抵抗半導体層は更に別のチャネル構造を備えることを特徴とする請求項22記載の能動的高抵抗半導体層を有する半導体装置。   23. The semiconductor device having an active high resistance semiconductor layer according to claim 22, wherein the active high resistance semiconductor layer further includes another channel structure. 前記ゲート領域と前記カソード領域間に更に別の能動的高抵抗半導体層を備えることを特徴とする請求項22又は23記載の能動的高抵抗半導体層を有する半導体装置。   24. The semiconductor device having an active high-resistance semiconductor layer according to claim 22, further comprising another active high-resistance semiconductor layer between the gate region and the cathode region. 前記高抵抗半導体層の主表面近傍に繰り返し配置されるゲート領域は埋め込み構造を備えることを特徴とする請求項22乃至請求項24の内、いずれか1項記載の能動的高抵抗半導体層を有する半導体装置。   The active high-resistance semiconductor layer according to any one of claims 22 to 24, wherein the gate region repeatedly disposed in the vicinity of the main surface of the high-resistance semiconductor layer has a buried structure. Semiconductor device. nベース層と、
チャネル構造を備え、前記nベース層の主表面近傍に繰り返し配置されるpベース領域と、
前記pベース層内の主表面近傍に配置されるnエミッタ領域と、
前記nエミッタ領域に接触し、前記pベース領域と短絡して前記主表面に配置されるエミッタ電極と、
前記繰り返し配置されるpベース領域間の前記チャネル構造に配置される能動的高抵抗半導体層と、
前記能動的高抵抗半導体層及び隣接する前記pベース領域及び前記nエミッタ領域上に配置されるゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層上に配置されるゲート電極と、
前記nベース層の別の主表面に配置されるpコレクタ領域と、
前記pコレクタ領域に接触するコレクタ電極と、
前記nベース層と前記pコレクタ領域との間に介在して配置される別の能動的高抵抗半導体層
とを備えることを特徴とする能動的高抵抗半導体層を有する半導体装置。
an n base layer;
A p base region having a channel structure and repeatedly arranged in the vicinity of the main surface of the n base layer;
An n-emitter region disposed near the main surface in the p-base layer;
An emitter electrode that is in contact with the n emitter region and is short-circuited with the p base region and disposed on the main surface;
An active high resistance semiconductor layer disposed in the channel structure between the repeatedly disposed p base regions;
A gate insulating layer disposed on the active high resistance semiconductor layer and the adjacent p base region and n emitter region;
A gate electrode disposed on the gate insulating layer;
A p collector region disposed on another main surface of the n base layer;
A collector electrode in contact with the p collector region;
A semiconductor device having an active high-resistance semiconductor layer, comprising: another active high-resistance semiconductor layer disposed between the n base layer and the p collector region.
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