JP2006196775A - Jbs, its manufacturing method, and schottky barrier diode - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ショットキー接合とPN接合とが並存したJBS(Junction Barrier Controlled Schottky)およびその製造方法に関し、特には、ショットキー接合界面に欠陥が生じてしまうおそれを低減することができ、ソフトリカバリー特性を向上させることができるJBSおよびその製造方法に関する。 The present invention relates to a JBS (Junction Barrier Controlled Schottky) in which a Schottky junction and a PN junction coexist, and a method for manufacturing the same. In particular, the possibility of causing a defect at a Schottky junction interface can be reduced and soft recovery can be performed. The present invention relates to a JBS capable of improving characteristics and a manufacturing method thereof.
更に、本発明は、ショットキー接合を有するショットキーバリアダイオードに関し、特には、ショットキー接合界面に欠陥が生じてしまうおそれを低減することができ、ソフトリカバリー特性を向上させることができるショットキーバリアダイオードに関する。 Furthermore, the present invention relates to a Schottky barrier diode having a Schottky junction, and in particular, the Schottky barrier that can reduce the risk of defects at the Schottky junction interface and can improve soft recovery characteristics. It relates to a diode.
詳細には、本発明は、スイッチング速度を高速化し、性能を改善することができるJBSおよびその製造方法ならびにショットキーバリアダイオードに関する。更に詳細には、本発明は、ライフタイムキラーとしての例えばPt、Auなどのような重金属をデバイス内部に導入するにあたり、SBD(ショットキーバリアダイオード)界面特性に悪影響をおよぼすことなく、しかも、デバイス全体特性の逆回復時間trrを短縮することができ、ソフトリカバリー性を維持しつつ、順電圧降下VF特性を損なうことのないJBSおよびその製造方法ならびにショットキーバリアダイオードに関する。 Specifically, the present invention relates to a JBS and a manufacturing method thereof, and a Schottky barrier diode capable of increasing a switching speed and improving performance. More particularly, the present invention provides a device that does not adversely affect the SBD (Schottky Barrier Diode) interface characteristics when introducing a heavy metal such as Pt or Au as a lifetime killer into the device. The present invention relates to a JBS, a manufacturing method thereof, and a Schottky barrier diode that can reduce the reverse recovery time trr of the overall characteristics, maintain soft recovery, and do not impair forward voltage drop VF characteristics.
JBSの基本構造に関する記述は古くからあり、例えば非特許文献1(B.J.Baliga氏の著書”Modern Power Devices”)の中の第8章の4節(8.4 JBS Rectifiers)中に、ほぼそのすべてがまとめられている。更に詳細には、その8章末に紹介されている文献26(B.J.Baliga,”The pinch rectifier:A low forward drop,high speed power diode,”IEEE Electron Device Lett.EDL−5,194−196(1984))(以下、「非特許文献2」と称する。)および文献27(B.J.Baliga,”Analysis of junction barrier controlled Schottky rectifier characteristics,”Solid State Electron.,28,1089−1093(1985))(以下、「非特許文献3」と称する。)中にも同じ内容が述べられている。
The description of the basic structure of JBS has been around for a long time. For example, in Non-Patent Document 1 (BJ Baliga's book “Modern Power Devices”), Chapter 8, Section 4 (8.4 JBS Rectifiers), Almost all of them are put together. More specifically, reference 26 (BJ Baliga, “The pinch rectifier: A low forward drop, high speed power diode,” “IEEE Electron
図38は非特許文献1のFig.8.26.に相当する図である。図38(a)は順バイアス状態モードを示しており、図38(b)は逆バイアス状態モードを示している。Baliga氏は非特許文献1および非特許文献2中で、JBS整流器の特徴について説明している。
FIG. 38 is shown in FIG. 8.26. FIG. FIG. 38A shows a forward bias state mode, and FIG. 38B shows a reverse bias state mode. Baliga describes the features of the JBS rectifier in
JBS整流器は、非特許文献2において、”pinch rectifier”(ピンチ型整流器)と呼ばれており、低VF(Forward Voltage Drop)特性のSBD(ショットキーバリアダイオード)と(グリッド状の)PN接合をJBS整流器のドリフト領域中に集積したものであると定義されている。
The JBS rectifier is called “pinch rectifier” (pinch rectifier) in
Baliga氏は更に、0.7eV以下のバリアーハイトをもって製作されたSBDはデバイスの運転失敗に至りがちなソフトブレイクダウン特性を極度に示すので、ゼロボルトの順方向バイアス状態では決してその空乏層がピンチオフすることのないような配慮をもってPN接合グリッドを設計し、JBS構造中に併設すれば、SBD界面下には複数(多数)の伝導チャネルを含むようになり、このチャネルを通じて順バイアス状態での順方向電流通路が確保されると言及している。 Baliga further noted that SBDs fabricated with a barrier height of 0.7 eV or less exhibit extreme soft breakdown characteristics that can lead to device failure, so that the depletion layer never pinches off at zero volt forward bias conditions. If a PN junction grid is designed with care and is installed in the JBS structure, a plurality of (multiple) conduction channels are included under the SBD interface, and the forward direction in the forward bias state is passed through these channels. It is mentioned that a current path is secured.
また、Baliga氏は、N+基板側に正のバイアスがかけられた時、つまり、JBS素子にとっては逆バイアスがかけられた時には、PN接合およびSB面が逆バイアスとなっているので、空乏層が上記のチャネル中に広がることとなり、この空乏層がSB界面下を塞ぐようにJBS整流器のPN接合グリッド構造をうまく設計すれば、わずか2〜3(V)の逆バイアスでも、空乏層相互間にピンチオフを起こすことができると言及している。更に、Baliga氏は、ピンチオフが達成された後には、空乏層がチャネル中にポテンシャルバリアーを形成することとなり、さらなる逆バイアス電圧の印加に対しても、空乏層がN+基板側にさらに延びて、より高い印加逆電圧を支えるようになると言及している。 Baliga explained that when a positive bias is applied to the N + substrate side, that is, when a reverse bias is applied to the JBS element, the PN junction and the SB surface are reverse biased. If the PN junction grid structure of the JBS rectifier is well designed so that the depletion layer closes under the SB interface, it can be spread between the depletion layers even with a reverse bias of only 2 to 3 (V). It mentions that it can cause a pinch-off. Furthermore, Baliga said that after the pinch-off is achieved, the depletion layer forms a potential barrier in the channel, and the depletion layer further extends to the N + substrate side even when a further reverse bias voltage is applied, It is said that it will support higher applied reverse voltage.
更に、Baliga氏は、このポテンシャルバリアーのシールド効果によって、JBS整流器は、従来のJBSでは問題となっていたSBDバリアハイトΦBの低下現象や、(高温・高逆バイアス時の)リーク電流の増大の問題をより改善でき、熱暴走(サーマルランナウェイ)を起こすこともなく、正規のアバランシェブレイクダウン電圧まで運転可能となると言及している。 Furthermore, Baliga said that due to the shielding effect of the potential barrier, the JBS rectifier has a problem of a decrease in SBD barrier height ΦB, which has been a problem in the conventional JBS, and an increase in leakage current (during high temperature and high reverse bias). It is said that it will be possible to operate to a normal avalanche breakdown voltage without causing thermal runaway (thermal runaway).
更に、Baliga氏は、その結果として、従来は使用不可能であった、より低ΦB(イクオールより大きいリーク電流)のバリア材もまた使用できるようになるであろうと言及している。 Furthermore, Baliga notes that as a result, barrier materials with lower ΦB (greater leakage current than equol), which could not be used before, will also be usable.
日本国内においても、JBS構造は古くから着目され、例えば特許文献1(特公昭59−35183号公報)にその内容が開示されている。特許文献1においても、逆電流を低減させ、かつ、逆方向の最大電圧を高めることが可能なSBDを提供することが目的とされている。特許文献1の請求項には、PN接合を逆バイアスした時にSB界面とPN接合を通って流れる逆電流をPN接合面に生じる空乏層によって抑制するようPN接合領域を配置した旨が記載されているため、特許文献1に記載されたJBS整流器は、非特許文献1、非特許文献2に記載されたJBS整流器と同様・類似の構造を有すると考えられる。
Even in Japan, the JBS structure has attracted attention for a long time, and the contents thereof are disclosed in, for example, Patent Document 1 (Japanese Patent Publication No. 59-35183).
図39は特許文献1の第1図に相当する図、図40は特許文献1の第2図に相当する図である。図39および図40において、1はN+形シリコン層、2はN形シリコン領域、3はシリコン基板、4はP+形シリコン領域、4aは帯状部分、4b,4cは結合部、5は酸化膜、6は開口、7は金属層、8は金属電極である。
39 is a diagram corresponding to FIG. 1 of
更に、JBSの従来技術の他の例として、例えば特許文献2(特公昭59−49714号公報)に記載されたものがある。図41は特許文献2の第4図に相当する図である。図41において、11はn形領域、12はn形半導体領域、12’は直下領域、13はp形領域、14,15は電極、16は絶縁層である。特許文献2には、逆方向回復特性のゆるやかな整流素子(いわゆるソフトリカバリー特性を有する整流素子)を実現するための構造が記載されている。特許文献2に記載されたものでは、N−層中での正孔(少数キャリア)拡散長の2倍以内の間隔をもって、P型層が複数個配置されている。詳細には、図41に示すように、絶縁層16の直下領域(N−領域)12’が、主電流の通らないキャリア蓄積領域として動作せしめられている。つまり、この部分がゆるやかな逆電流の回復に寄与するため、ソフトリカバリー特性が得られている。
Furthermore, as another example of the prior art of JBS, for example, there is one described in Patent Document 2 (Japanese Patent Publication No. 59-49714). FIG. 41 is a view corresponding to FIG. In FIG. 41, 11 is an n-type region, 12 is an n-type semiconductor region, 12 'is a region immediately below, 13 is a p-type region, 14 and 15 are electrodes, and 16 is an insulating layer.
以上のように、JBS構造のデバイスにおいては、ユニポーラデバイス部分であるSBD領域と、バイポーラデバイス部分であるPN接合とが混在している。本来であれば、少数キャリアの蓄積時間を有さないSBDは超高速素子であって、低損失(低VF)でかつ超高速(短いtrr)の両特性を併せ持つはずである。 As described above, in the device having the JBS structure, the SBD region that is the unipolar device portion and the PN junction that is the bipolar device portion are mixed. Originally, an SBD having no minority carrier accumulation time is an ultrahigh-speed device, and should have both low loss (low VF) and ultrahigh speed (short trr) characteristics.
ところが、より高耐圧化のSBDを得るためには、より低濃度で、かつ、より厚いN−層が用いられる必要があり、また、このようなN−層を有するSBDでは、より高ΦBのバリア材を用いる必要があることに加え、SBD界面そのものからも、バイポーラ動作を伴う少数キャリアの注入が、より増大してくることが知られている。 However, in order to obtain an SBD with a higher breakdown voltage, it is necessary to use a thicker N-layer at a lower concentration, and an SBD having such an N-layer has a higher ΦB. In addition to the necessity of using a barrier material, it is known that minority carrier injection accompanied by bipolar operation is further increased from the SBD interface itself.
そして、何よりも、このようなJBS構造であれば、必然的にPN接合を形成するP型層からの少数キャリアの注入を伴うので、これらのSBD領域およびPN接合領域からN−層中にと(順方向バイアス中に)注入された少数キャリアのライフタイムの値が最適化されなければならなくなってくる。 Above all, such a JBS structure inevitably involves the injection of minority carriers from the P-type layer that forms the PN junction, so that the SBD region and the PN junction region into the N− layer. The lifetime value of injected minority carriers will have to be optimized (during forward bias).
つまり、この最適化とは、整流器(ダイオード)の極性がオンモードからオフモードに切り換えられた瞬間から、完全にオフするまでの間の時間trrと、上記N−層中に注入後、残留する正孔のライフタイムの値とを、より短い値にしたうえで、ソフトリカバリー特性が維持されるように、N−層中に注入された正孔がコントロールされなければならないという最適化を意味する。 In other words, this optimization means the time trr from the moment when the polarity of the rectifier (diode) is switched from the on mode to the off mode until it completely turns off, and the rectifier (diode) remains after being injected into the N− layer. It means the optimization that the holes injected into the N-layer have to be controlled so that the soft recovery characteristics are maintained with a shorter lifetime value of the holes. .
この高速で、かつ、ソフトなリカバリー動作についての従来技術としては、例えば非特許文献4(「NI(日本インター)NEWS」 Vol.26,No.2 pp.10〜11(2000年2月20日日本インター株式会社発行))に記載されたものが知られている。この非特許文献4を参照することにより、周辺の回路要素を含めたデバイスに求められるニーズがより良く理解できる。
For example, Non-Patent Document 4 ("NI (Nippon Inter) NEWS" Vol. 26, No. 2 pp. 10-11 (February 20, 2000) is known as a conventional technique for this high-speed and soft recovery operation. Published by Nippon Inter Co., Ltd.)) is known. By referring to this
図42は非特許文献4の図3に相当する図である。図42は逆回復動作でのダイオード内部のキャリア状態解析例を示している。図42において、横軸は深さ(相対値)を示しており、縦軸は濃度(相対値)を示している。 FIG. 42 is a diagram corresponding to FIG. FIG. 42 shows an example of analyzing the carrier state inside the diode in the reverse recovery operation. In FIG. 42, the horizontal axis indicates the depth (relative value), and the vertical axis indicates the concentration (relative value).
上述した非特許文献1の第2章第3節第3項には、再結合レベルの最適化について、最良のデバイスを得るうえでは、深いレベルの最適な位置と、その捕獲断面積を選択するための基準を開発することの必要性が記載されている。
In
非特許文献1の式2.68には、
Isc(空間電荷層中でのリーク電流)=q(電荷素量)×A(面積)×Wi(空乏層幅)/τsc(ライフタイム)
の関係が記載されており、ユニポーラデバイスの場合には、空間電荷層中でのリーク電流Iscを小さくするためには、空間電荷生成(つまり、空乏層内部のこと)のライフタイムτscが大きい必要があると言える。このことは、デバイスの活性領域中に深いレベルの不純物が導入されるのを防ぐよう維持することによって達成されると考えられる。つまり、ライフタイムキラーを導入しないほうが良いと考えられる。
In Formula 2.68 of Non-Patent
Isc (leakage current in the space charge layer) = q (elementary charge) × A (area) × Wi (depletion layer width) / τsc (lifetime)
In the case of a unipolar device, in order to reduce the leakage current Isc in the space charge layer, the lifetime τsc of space charge generation (that is, inside the depletion layer) needs to be large. It can be said that there is. This is believed to be achieved by maintaining to prevent deep levels of impurities being introduced into the active region of the device. In other words, it is better not to introduce a lifetime killer.
一方、バイポーラデバイスの場合、なんらかの低いレベルの少数キャリアの注入が発生しているデバイスにおいては、デバイスをスピードアップするか、あるいは、コントロールするために、深いレベルの再結合中心を導入することが必要になってくる。高速なスイッチングスピードを達成するためには、小さな低いレベルでの(つまり、toffが完了寸前の残留ホールが少しだけ残っている時の)ライフタイムが大いに望ましいと考えられる。また、高速なスイッチングスピードを達成するためには、ギャップ(エネルギーギャップ、ハンドギャップ)の中間に近いところに、再結合レベルが位置すべきであると考えられる。つまり、ライフタイムキラーの導入が不可欠であると考えられる。 In the case of bipolar devices, on the other hand, in devices where some low level minority carrier injection occurs, it is necessary to introduce deep levels of recombination centers to speed up or control the device. It becomes. In order to achieve a high switching speed, a lifetime at a small, low level (ie, when there are only a few residual holes on the verge of toff) is highly desirable. Further, in order to achieve a high switching speed, it is considered that the recombination level should be located near the middle of the gap (energy gap, hand gap). In other words, it is considered essential to introduce a lifetime killer.
また、ユニポーラデバイスの場合における要求、および、バイポーラデバイスの場合における要求は、再結合特性についての相反する要望となっているため、これらの矛盾を解決するためには、様々なライフタイムに対する理論的考察と検討が必要であると非特許文献1には記載されている。
In addition, the requirements in the case of unipolar devices and the requirements in the case of bipolar devices are conflicting demands on the recombination characteristics. Therefore, in order to resolve these contradictions, the theoretical for various lifetimes is required.
換言すれば、(1)本来、より高性能なSBDを得るためには、この領域にはライフタイムキラーは用いられないほうが良いと言える。(2)より高性能なPN接合整流器を得るためには、特にtoff寸前の低レベルに正孔(少数キャリア)が残留する時におけるこの領域には、(高速スイッチング達成のために)ライフタイムキラーの使用が不可欠であると言える。(3)デバイス内部を縦方向に見た時、図42の破線で示したt=t1での正孔の存在が不可欠であって、これがソフトリカバリーに大きく寄与すると言える。(4)より速やかにスイッチングを完了するほど適切に残留正孔(少数キャリア)のライフタイムがコントロールされる必要があると言える。 In other words, (1) In order to obtain a higher-performance SBD, it can be said that it is better not to use a lifetime killer in this area. (2) In order to obtain a higher-performance PN junction rectifier, a lifetime killer (to achieve high-speed switching) is present in this region, particularly when holes (minority carriers) remain at a low level just before toff. It can be said that the use of is indispensable. (3) When the inside of the device is viewed in the vertical direction, the existence of holes at t = t1 shown by the broken line in FIG. 42 is indispensable, and it can be said that this greatly contributes to soft recovery. (4) It can be said that the lifetime of residual holes (minority carriers) needs to be appropriately controlled as switching is completed more quickly.
非特許文献1には、パワーデバイスに用いられるライフタイムコントロール方法に、シリコンのエネルギーギャップ中で深いレベルを示す不純物の熱拡散を含む第1の方法と、高エネルギー粒子とシリコンウエファとの衝突によって、空孔とか格子間原子の形で格子欠陥を作ることに基づく第2の方法との2つの基本的なプロセスがあると記載されている。
第1の方法は、Au、Pt等の重金属を用いる方法である。パワーデバイスにおいては、Au、Pt以外のキラーが用いられることはまず無いと考えられる。非特許文献1には、Auの総合的に最も優れた性質(低VFであって、より高速なスイッチングタイム)が得られると記載されている。詳細には、非特許文献1のFig.2.36には、空間電荷生成ライフタイム/ハイレベルライフタイムの比(Space Charge Generation Life−time/Hi−level Life−time ratio)が、Pt(白金)に比べて2〜3桁も低い旨が記載されている。換言すれば、常温から高温使用時(240〜500°K全域)にいつもAuはリーク電流が多い、つまり、AuはPtより常温では2〜3桁、高温では1桁以上リーク電流が大きいと言える。そのため、特にSBDを含むデバイスのように高リーク電流を伴う場合には、Auが用いられることはなくなったと考えられる。
The first method is a method using heavy metals such as Au and Pt. In power devices, killer other than Au and Pt is unlikely to be used.
従って、高リーク電流を伴う場合に用いられるのはPtのみになると考えられる。Ptをパワーデバイスに用いた従来技術としては、例えば非特許文献5(電気学会研究会資料 EDD−00−128(SPC−00−107)PP.53〜57、富士電機 根本ほか)、特許文献3(特開平8−46221号公報)などに記載されたものがある。これらの従来技術について説明する前に、Ptを用いる根拠となっている「シリコン中に熱拡散されたPtのU型分布」について説明する。 Therefore, it is considered that only Pt is used when high leakage current is involved. As a conventional technique using Pt for a power device, for example, Non-Patent Document 5 (Electrical Society of Japan Material EDD-00-128 (SPC-00-107) PP. 53-57, Fuji Electric Nemoto et al.), Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 8-46221) and the like. Before describing these prior arts, the “U-type distribution of Pt thermally diffused in silicon” which is the basis for using Pt will be described.
PtのU型分布については、例えば非特許文献6(Y.K.Kwon,T.Ishikawa,and H.Kuwano,”Properties of Platinum−associated deep Levels in Silicon”J.Appl.Phys,61,3,pp.1055−1058,1987)に詳しく記載されている。 Regarding the U-type distribution of Pt, see, for example, Non-Patent Document 6 (YK Kwon, T. Ishikawa, and H. Kuwano, “Properties of Platinum-associated silicon in Silicon” J. Appl. Phys, 61, Phys. pp. 1055-1058, 1987).
図43は非特許文献6のFig.2に相当する図である。詳細には、図43はPtのU型分布を示した図である。更に詳細には、図43は200ÅのPtが裏面のみに堆積せしめられ、900℃で1時間拡散された後のPtのU型分布を示した図である。 43 is shown in FIG. FIG. Specifically, FIG. 43 is a diagram showing a U-shaped distribution of Pt. More specifically, FIG. 43 shows the U-shaped distribution of Pt after 200 P of Pt is deposited only on the back side and diffused at 900 ° C. for 1 hour.
図44は非特許文献6のFig.3に相当する図である。詳細には、図44は長時間拡散後分布を示した図である。更に詳細には、上述した図43のうち、Ec−0.23(eV)レベルでのPt900℃拡散1時間後、5時間後、50時間後分布を示した図である。
44 is shown in FIG. FIG. Specifically, FIG. 44 is a diagram showing the distribution after long-time diffusion. More specifically, in FIG. 43 described above, it is a diagram showing a distribution after 1 hour, 5 hours, and 50 hours after
図45は非特許文献1のFig.2.34に対して図43の結果をかき加えた図である。非特許文献1には、Ptの準位は図45に示すように、Ec−0.19(eV)/PtI、Ec−0.32(eV)/PtIII、Ev+0.42(eV)/PtII、Ev+0.26(eV)/PtIと記載されている。その一方で、非特許文献6には、図45に示すように、Ec−0.23(eV)、Ec−0.52(eV)、Ev+0.36(eV)の3つの再結合レベルが記載されている。つまり、再結合中心レベル(深いレベル)についても、どれが正しい値であるかの判断が研究者の間で異なっており、また、測定方法などにも依存して異なった結果になっていると考えられる。
FIG. 45 is shown in FIG. It is the figure which added the result of FIG. 43 to 2.34. In
いずれの文献においても、バント端から深い0.2〜0.5(eV)の準位にPtが再結合中心を有すると考えられている。 In any document, it is considered that Pt has a recombination center at a level of 0.2 to 0.5 (eV) deep from the bunt end.
非特許文献5および特許文献3においては、これらの中のどのレベルが有効に用いられているかについて記載されておらず、U型分布が示す結果のみが用いられている。
In
非特許文献1におけるPtの支配的レベルEv+0.42(eV)は、非特許文献6におけるEv+0.36(eV)に近いものと考えられ、非特許文献6によれば、アクセプタレベルである、すなわち、N型Siを用いた時に得られる深い準位のレベルであると考えられる。一方で、非特許文献6では、このEv+0.36(eV)は格子間型であろうと予測されている。
The dominant level Ev + 0.42 (eV) of Pt in
Pt(とAuの重金属)の拡散は、格子間型は速いが低濃度となること、また置換型は拡散速度が遅いが高濃度拡散となること、そして、格子間型として導入されたPtが置換型となる、すなわち、アニールなどの過程で位置交換型となり、置換型となった時のみが再結合の中心になり得る、つまり、ライフタイムコントロールに有効的となり得るとの通説もあり、まだ良く解明されていない点がある。 Diffusion of Pt (and heavy metal of Au) is low in the interstitial type but has a low concentration, the substitution type has a low diffusion rate but a high concentration diffusion, and Pt introduced as the interstitial type is There is a common theory that it becomes a substitution type, that is, it becomes a position exchange type in the process of annealing or the like, and only when it becomes a substitution type can be the center of recombination, that is, it can be effective for lifetime control. There are points that are not well understood.
しかしながら、特許文献3においては、なべ底型(U型)分布が積極的に利用されているから、結論として、Ev+0.36〜0.42(eV)の準位にある、アクセプタレベルとして働く格子間型のPt原子がドーピング拡散導入され、最終的には置換型となって、ライフタイム短縮に有効な再結合中心をデバイス中に形成していると考えられる。
However, in
Pt拡散を用い、Siのエネルギーギャップ中に深い準位を示す(Pt)不純物の熱拡散を含む方法は未だに不明点も多いが、非特許文献5および特許文献3においては、実際にデバイスが試作され、良い結果が得られたとの実験的論証がなされているため、現実のデバイス設計・政策において、今なおPtの使用が有効であることは疑う余地もないと考えられる。
Although there are still many unclear points in the method using Pt diffusion and including the thermal diffusion of the (Pt) impurity that shows a deep level in the energy gap of Si, in
非特許文献5においては、ソフトリカバリーおよび高速・低損失のFWD、1200V/50A型のMPSダイオード(Merged PiN/Schottkyダイオード)に白金拡散を行い、従来品に比べてソフトリカバリーと低損失特性間のトレードオフが改善されたという報告がなされている。
In
その報告によれば、ソフトリカバリー特性を得る上では、(1)逆回復動作中に高濃度のキャリア(正孔)がドリフト層(N−層)のカソード側に残る必要があり、(2)逆回復ピーク電流(Irp)を小さくするために、アノード側の蓄積キャリアは少なくする必要があり、(3)白金拡散におけるウエファ表面での偏析効果(非特許文献6参照)を積極的に利用し、アノード側のみに集中的に白金を分布させるようにした結果、図46に示すようなキャリア分布が得られたと記載されている。 According to the report, in order to obtain soft recovery characteristics, (1) it is necessary that high-concentration carriers (holes) remain on the cathode side of the drift layer (N− layer) during the reverse recovery operation. In order to reduce the reverse recovery peak current (Irp), it is necessary to reduce the number of accumulated carriers on the anode side. (3) Actively utilizing the segregation effect on the wafer surface in platinum diffusion (see Non-Patent Document 6). In addition, it is described that the carrier distribution as shown in FIG. 46 was obtained as a result of intensively distributing platinum only on the anode side.
図46は非特許文献5の図2に相当する図である。詳細には、図46は順方向状態でのMPSダイオードのキャリア分布などを示した図である。 FIG. 46 is a diagram corresponding to FIG. Specifically, FIG. 46 is a diagram showing the carrier distribution of the MPS diode in the forward state.
MPSダイオードの基本構造とJBSダイオードの基本構造は類似しているが、MPSダイオードは高耐圧・高電流用途であるのに対し、JBSダイオードは中耐圧・中電流用途を主としていると考えられる。 Although the basic structure of the MPS diode and the basic structure of the JBS diode are similar, the MPS diode is used for high withstand voltage and high current, whereas the JBS diode is considered to be mainly used for medium withstand voltage and medium current.
表6は非特許文献1に記載されたMPSダイオードの表面パターンを示した表である。表6に示すように、MPSダイオードでは、比較的大きめの表面パターンが用いられている。
Table 6 is a table showing the surface pattern of the MPS diode described in
図47は非特許文献5の図5に相当する図である。詳細には、図47はMPSダイオードの逆回復測定波形を示した図である。図47に示すように、trr波形でのtrr時間は約500(ns)オーダーであって、高速というよりはむしろ中速のダイオードであると考えられる。図46および図47には、Ptとの比較用に、電子線(EI)が用いられた時とのキャリア分布の比較が示されており、また、trr波形の比較が示されている。 FIG. 47 is a diagram corresponding to FIG. Specifically, FIG. 47 is a diagram showing a reverse recovery measurement waveform of the MPS diode. As shown in FIG. 47, the trr time in the trr waveform is on the order of about 500 (ns), and is considered to be a medium speed diode rather than a high speed. 46 and 47, for comparison with Pt, a comparison of carrier distribution with an electron beam (EI) is shown, and a comparison of trr waveforms is shown.
非特許文献5には、EIを用いた時よりも、Ptを用いた時の方が、より低注入効率であることが記載されており、また、カソード側の蓄積キャリア濃度も、より高くなる分、テイル電流が大きくなり、よりソフトリカバリーで、かつ、よりトレードオフが改善されたことが記載されている。
しかしながら、非特許文献5には、Ptのプロセス処理条件が詳細に記載されておらず、また、後述する本発明とデバイスの範疇が異なり、従って、本発明とtrrの範疇が異なる。
However,
図48は特許文献3の図1に相当する図である。詳細には、図48(A)は不純物濃度の低い第1の導電型の第1の半導体領域21とこの第1の半導体領域21に隣接する不純物濃度の高い第1の導電型の第2の半導体領域22とからなる第1の導電型の半導体層と、第1の半導体領域21にP導電型不純物を大量に注入して形成された不純物濃度の高い第2の導電型の半導体層23と、半導体領域21と半導体層23との間に形成されたpn接合24とを備えたダイオードチップを示している。図48(B)は、図48(A)に示したようなダイオードチップを備えたダイオードの逆回復電流について説明するための図であって、逆回復電流Irのピーク値に達するまでの時間をt1とし、その時刻から逆回復電流Irがゼロになるまでの時間をt2とする。また、時間t1の少数キャリア量をQ1とし、時間t2の少数キャリア量をQ2とする。図48(C)は白金のドープについて説明するための図である。図48において、25はカソード電極、26はアノード電極である。
FIG. 48 is a diagram corresponding to FIG. Specifically, FIG. 48A shows a first conductivity type
特許文献3には、Ptがドープされた高速リカバリー半導体装置において、図48(C)に示すような深さ方向のPtの不純物濃度分布(U型、あるいは、なべ底型分布)を積極的に利用した結果、PN接合付近でのライフタイムが、N−層内部のライフタイムよりも短くなって、ソフトリカバリー特性が得られたことが記載されている。
In
更に、特許文献3には、PN接合の深さを、Ptの濃度がより高くなっている範囲の1〜15μm程度にすると良いと記載されている。
Further,
更に、特許文献3に関連する特許文献4(特許第3072753号公報)の請求項4には、Ptが不純物濃度の高い(P+)層の半導体領域の表面の一部面域からドープされることが記載されている。
Further, in
しかしながら、特許文献3および特許文献4には、Ptの拡散処理プロセスに関して、850℃〜900℃程度の温度でPtの熱拡散が行われる旨が記載されているものの、その詳細については記載されていない。
However,
次に、上述した第2の方法、つまり、高エネルギー粒子とシリコンウエファとの衝突によって、空孔とか格子間原子の形で格子欠陥を作ることに基づく第2の方法について考えてみる。 Next, consider the second method described above, that is, the second method based on the creation of lattice defects in the form of vacancies or interstitial atoms by collision of high-energy particles with a silicon wafer.
非特許文献5において引用されている非特許文献7(N.Kaminski,N.Gaslster,S.Linder,C.Ng,and R.Francis,”1200V Merged PIN Schottky Diode with Soft Recovery and Positive Temperature Coefficient,”Proceedings of EPE’99 Lausanne,1999)には、MPS構造とHe照射の組み合わせに関する技術が記載されており、このことについて、非特許文献5では、このような軽イオン照射技術は、Pt等の熱拡散法に比べて、まだ製造コストが高くなる旨が記載されている。
特許文献5(特開平5−102161号公報)には、3He2+イオンを加速エネルギー1MeV〜40MeV、照射量1×109(1/cm2)〜5×1013(1/cm2)で照射した後、300〜400℃で熱処理することにより、より狭い半値幅の低ライフタイム層を局在化させることで、従来のプロトン(1H+)照射よりも照射量を低減でき、プロトンで問題となっていた耐圧劣化の問題も軽減できたこと、また、照射後のアニール温度を下げることにも効果を得たことが記載されている。 In Patent Document 5 (Japanese Patent Laid-Open No. 5-102161), 3 He 2+ ions are accelerated at an energy of 1 MeV to 40 MeV and an irradiation amount of 1 × 10 9 (1 / cm 2 ) to 5 × 10 13 (1 / cm 2 ). After irradiation, heat treatment is performed at 300 to 400 ° C. to localize a low lifetime layer having a narrower half-value width, so that the irradiation dose can be reduced as compared with conventional proton ( 1 H + ) irradiation. It is described that the problem of withstand voltage deterioration that has been a problem can be reduced, and that the effect of reducing the annealing temperature after irradiation is also obtained.
しかしながら、基本的にこのような軽イオンを照射する場合には、上述したように、重金属に比べて装置が高価になり、製造コストが高騰してしまう。また、(ウエファのある所望の深さの位置に)局在化させる時のウエファ(厚)のばらつきや、加速エネルギーのコントロールのばらつきに起因するデバイス特性のコントロールに、多くの問題があると考えられる。 However, basically, in the case of irradiation with such light ions, as described above, the device becomes more expensive than the heavy metal, and the manufacturing cost increases. In addition, there are many problems in controlling device characteristics due to variations in wafer (thickness) when localized (at a desired depth of the wafer) and variations in acceleration energy control. It is done.
上述したような理由から、SBD領域とPiNダイオード領域とを1つのデバイス中に有するJBSダイオードにおいては、スイッチングスピードコントロール(短縮化およびソフトリカバリー化)を行ううえで、Ptの拡散が不可欠であると考えられる。 For the reasons described above, in a JBS diode having an SBD region and a PiN diode region in one device, diffusion of Pt is indispensable for switching speed control (shortening and soft recovery). Conceivable.
また、従来から、半導体装置の重金属拡散において、製造工程を減らし、かつ、特性のばらつきを抑えるために、P+型アノード領域のみを、例えばフォトレジスト膜などを用いて選択的にエッチング開口した後に、Ptを全面蒸着し、開口部以外にあるフォトレジスト膜を除去し、開口部に残ったPtを半導体のN−型半導体基板中に熱拡散させる方法が知られている。この種の方法の例としては、例えば特許文献6(特開平6−342799号公報)に記載されたものがある。 Conventionally, in the heavy metal diffusion of a semiconductor device, in order to reduce the manufacturing process and suppress variation in characteristics, only the P + type anode region is selectively etched using, for example, a photoresist film. A method is known in which Pt is vapor-deposited on the entire surface, the photoresist film other than the opening is removed, and Pt remaining in the opening is thermally diffused into a semiconductor N-type semiconductor substrate. An example of this type of method is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-342799.
図49は特許文献6の図3に相当する図である。詳細には、図49は特許文献6における白金拡散工程を詳細に説明する図である。図49において、31はN−型半導体基板、32はN+型半導体領域、36はP+型アノード領域、43はシリコン酸化膜、45はフォトレジスト膜、46は白金である。 FIG. 49 is a diagram corresponding to FIG. Specifically, FIG. 49 is a diagram for explaining the platinum diffusion process in Patent Document 6 in detail. In FIG. 49, 31 is an N-type semiconductor substrate, 32 is an N + type semiconductor region, 36 is a P + type anode region, 43 is a silicon oxide film, 45 is a photoresist film, and 46 is platinum.
特許文献6には、図49に示したようなプロセスをとることにより、従来行われていたPtのシンタリング工程という2回の熱処理回数を1回に減らすことができ、結果的にプロセスのばらつきを抑えることができる旨が記載されており、更に、シリコン酸化膜43上で、Ptとシリコン酸化膜とが反応してしまうという問題点を回避できるようになる旨が記載されている。
In Patent Document 6, the process as shown in FIG. 49 can be used to reduce the number of times of heat treatment, which is a Pt sintering process, which has been conventionally performed to one, resulting in process variations. Further, it is described that the problem that Pt and the silicon oxide film react on the
しかしながら、特許文献6に記載された技術および特許文献3に記載された技術においては、対象のデバイスがPiNダイオードであり、Ptの導入方法が、全面ベタのアノード領域を開口し、この開口部からPtが導入されるというものである。従って、SBD領域を有しているJBS構造に、特許文献6および特許文献3に記載された技術をそのまま適用することはできない。
However, in the technique described in Patent Document 6 and the technique described in
SBD領域表面を有するJBSなどのN−型基板内にPt、Auなどの重金属が導入される場合には、PN接合形成のための温度(1000〜1200℃)、Pt等の重金属拡散温度(800〜950℃)、SBD接合形成温度(300〜500℃)のプロセス温度差の関係から、重金属拡散を行った後にSBD接合を形成せざるを得ないという問題がある。この時にN−型基板表面の清浄を確保するのが困難である旨が特許文献7(特開2004−55586号公報)の段落〔0007〕に記載されている。 When a heavy metal such as Pt or Au is introduced into an N-type substrate such as JBS having the surface of the SBD region, the temperature for forming a PN junction (1000 to 1200 ° C.), the diffusion temperature of heavy metal such as Pt (800 ˜950 ° C.) and the process temperature difference between the SBD junction formation temperatures (300 to 500 ° C.), there is a problem that an SBD junction must be formed after heavy metal diffusion. It is described in paragraph [0007] of Patent Document 7 (Japanese Patent Laid-Open No. 2004-55586) that it is difficult to ensure the cleanness of the surface of the N-type substrate at this time.
上述したように、本来であれば、SBD領域表面にはPt等の重金属拡散は用いられない方が良く、一方で、PN接合整流器領域には重金属拡散が不可欠であると考えられる。にもかかわらず、特許文献7に記載されたような問題点があるため、JBSデバイスでのSBD表面においてはPtの使用が差し控えられてきたという経緯がある。
As described above, originally, it is better not to use heavy metal diffusion such as Pt on the surface of the SBD region, while heavy metal diffusion is considered essential to the PN junction rectifier region. Nevertheless, due to the problems described in
このような問題を解決するためには、表面素子の一部に、Ptが導入される部分と、Ptが導入されない部分とを設ける必要があると考えられる。その場合には、特許文献6に記載されたようなPtをブロックするためのマスク材が必要になると考えられる。このマスク材としては、一般的にシリコン熱酸化膜が用いられると考えられる。 In order to solve such a problem, it is considered necessary to provide a portion where Pt is introduced and a portion where Pt is not introduced in a part of the surface element. In that case, it is considered that a mask material for blocking Pt as described in Patent Document 6 is required. As this mask material, a silicon thermal oxide film is generally considered to be used.
シリコン熱酸化膜を用いる場合には、所望のPt拡散温度に対してシリコン熱酸化膜にマスク(ブロック)効果があるか否かを確認する必要があると考えられる。また、非特許文献5および特許文献3中の技術においては、非特許文献6中の技術結果が正しいものとして、その応用が行われているが、PtのU型分布の詳細について確認する必要があると考えられる。
In the case of using a silicon thermal oxide film, it is considered necessary to confirm whether or not the silicon thermal oxide film has a mask (block) effect with respect to a desired Pt diffusion temperature. In addition, in the technologies in
これらについて、本発明者らは下記の確認を行ってみた。 About these, the present inventors tried the following confirmation.
図50はシリコン中およびSiO2膜中での拡散係数を示した図、図51はシリコン中へのPtのU型分布を示した図である。表7は重金属(Au、Pt)のSi中およびSiO2中での拡散係数を示した表、表8はシリコン中のPtのU型分布を示した表である。ほう素などのDoおよびEの値については、例えば非特許文献8(S.M.Sze,VLSI Technology,International Student Edition)の日本語版の表4などに記載されている。 FIG. 50 is a diagram showing diffusion coefficients in silicon and SiO 2 film, and FIG. 51 is a diagram showing U-type distribution of Pt into silicon. Table 7 is a table showing diffusion coefficients of heavy metals (Au, Pt) in Si and SiO 2 , and Table 8 is a table showing the U-type distribution of Pt in silicon. Values of Do and E such as boron are described in, for example, Table 4 of the Japanese version of Non-Patent Document 8 (SM Sze, VLSI Technology, International Student Edition).
表9は非特許文献8の日本語版の表4に相当する表である。詳細には、表9はSiO2中の拡散係数を示した表である。表10は非特許文献8の日本語版の表5に相当する表である。詳細には、表10はシリコン中の速い拡散不純物の拡散係数、固溶度、融点での分配係数を示した表である。 Table 9 is a table corresponding to Table 4 of the Japanese version of Non-Patent Document 8. Specifically, Table 9 shows a diffusion coefficient in SiO 2 . Table 10 is a table corresponding to Table 5 of the Japanese version of Non-Patent Document 8. Specifically, Table 10 shows the diffusion coefficient, solid solubility, and distribution coefficient at the melting point of fast diffusing impurities in silicon.
つまり、表9には、ほう素、金1、金2、白金のDoおよびEの値が記載されており、表10にはAu、(Au)i、(Au)s、PtのDoおよびEの値が記載されている。表7および図50では、これらの値を、拡散温度の範囲(700〜1000℃、つまり、重金属拡散が行われる一般的な温度範囲)で求めてみた。なお、拡散係数D=Do・exp(−E・q/kT)として与えられることが知られている。
That is, Table 9 describes the values of Do and E for boron,
表7中のNo.1〜No.6はシリコン中の拡散係数である。また、表7中のNo.7〜No.10はSiO2膜中の拡散係数である。Ptに関するNo.4およびNo.5は、PtのEが2.22(eV)〜2.15(eV)の範囲にあるため、そのmin〜maxの範囲を求めた。 No. in Table 7 1-No. 6 is a diffusion coefficient in silicon. In Table 7, No. 7-No. 10 is a diffusion coefficient in the SiO 2 film. No. related to Pt. 4 and no. 5, since E of Pt is in the range of 2.22 (eV) to 2.15 (eV), the range of min to max was obtained.
図50において、シリコン中のAuのうち、(Au)iは格子間型(interstitial)を意味し、(Au)sは置換型(substitutional)を意味し、AuはAu全体を意味している。また、No.7の(Au1)SiO2およびNo.8の(Au2)SiO2については、微妙に値が異なる種々
の報告があるため、2つの値を挙げておいた。
In FIG. 50, among Au in silicon, (Au) i means an interstitial type, (Au) s means a substitutional type, and Au means the whole Au. No. 7 (Au1) SiO 2 and No. 7 For 8 (Au2) SiO 2, because of the slightly different values various reports, he had been given two values.
図50に示すように、シリコン中の重金属拡散温度付近の温度では、(Au)iの拡散係数は速く、(Au)sの拡散係数は遅めであり、Au(全体)の拡散係数としては、Ptの拡散係数に近い値であると言える。ほう素(B)の拡散係数は、シリコン中およびSiO2膜中で、ほとんど同程度の値になっていると言える。つまり、P+層領域をシリコン中に形成する時の拡散係数(の速さ)と、SiO2膜中を拡散する時、すなわち、SiO2膜がボロンをブロックするための必要膜厚になる時の速さが、ほぼ同程度であると言える。 As shown in FIG. 50, at a temperature near the heavy metal diffusion temperature in silicon, the diffusion coefficient of (Au) i is fast, the diffusion coefficient of (Au) s is slow, and the diffusion coefficient of Au (whole) is as follows: It can be said that it is a value close to the diffusion coefficient of Pt. It can be said that the diffusion coefficient of boron (B) has almost the same value in silicon and SiO 2 film. In other words, the diffusion coefficient (speed) when forming the P + layer region in silicon and when diffusing in the SiO 2 film, that is, when the SiO 2 film has a required film thickness for blocking boron. It can be said that the speed is almost the same.
更に図50に示すように、シリコン酸化膜中においては、(Au1)SiO2の拡散係数は比較的大きめ(速め)の値になっているが、(Au2)SiO2の拡散係数は(Pt)SiO2の拡散係数とほぼ同程度の値になっていると言える。また、(Pt)SiO2の拡散係数の値は、少なくとも(B)SiO2の拡散係数の値よりも小さいと言える。つまり、使い慣れたP型不純物源のほう素(B)をブロックすることのできるSiO2膜の厚さがあれば、それよりも拡散係数の値の小さいSiO2膜中の(Pt)SiO2、すなわち、Ptもまた必ずブロックすることができると言える。 As further shown in FIG. 50, in the silicon oxide film, (Au1) diffusion coefficient of SiO 2 is in the value of the relatively large (faster) but, (Au2) diffusion coefficient of SiO 2 is (Pt) It can be said that the value is almost the same as the diffusion coefficient of SiO 2 . Moreover, it can be said that the value of the diffusion coefficient of (Pt) SiO 2 is at least smaller than the value of the diffusion coefficient of (B) SiO 2 . In other words, if there is a thickness of the SiO 2 film that can block boron (B) as a familiar P-type impurity source, (Pt) SiO 2 in the SiO 2 film having a smaller diffusion coefficient than that, That is, it can be said that Pt can always be blocked.
続いて、シリコン中へのPtのU型分布について考えてみる。表8は、図43中の○点(Ec−0.23eV(アクセプタレベル/N型Si))および△点(Ev+0.36eV(ドナーレベル/P型Si))の2種類の各データの座標(X軸:depth(μm)、Y軸:Log軸のconcentration(1/cm3))を読み取って入力したものである。 Next, consider the U-type distribution of Pt in silicon. Table 8 shows the coordinates of each of the two types of data (circle point (Ec−0.23 eV (acceptor level / N type Si)) and Δ point (Ev + 0.36 eV (donor level / P type Si)) in FIG. X axis: depth (μm), Y axis: Log axis contention (1 / cm 3 )) are read and input.
続いて、表8中の点P1,P2,P3,P4,P5,P6を通る実験式(近似式)を求めてみた。その結果、表7および図50中のPtの拡散係数を用いて、通常の不純物の拡散方程式(erfc;補誤差関数(デポジション用)またはgauss関数(eの−x2乗)(ドライブイン用)を用いてでは、全く近似できないことがわかった。その理由としては、図52に示すように、これらの関数は、X軸(リニア)、Y軸(Log軸)として表示した場合に必ず上に凸の丸みを帯びた分布となるのに対し、図43および図51に示すように、シリコン中のPtのU型分布(なべ底型分布)は必ず下に凸になっているからである。図52は近似式を検討するための図である。 Subsequently, an experimental formula (approximate formula) passing through points P1, P2, P3, P4, P5, and P6 in Table 8 was obtained. As a result, by using the diffusion coefficients of Pt in Table 7 and FIG. 50, the diffusion equation of the usual impurities (erfc; complementary error function (for deposition) or gauss function (-x 2 square of e) (for drive-in )), It is impossible to approximate at all because, as shown in Fig. 52, these functions are always displayed when displayed as X-axis (linear) and Y-axis (Log axis). This is because the U-shaped distribution (pan-bottom distribution) of Pt in silicon is always convex downward as shown in FIGS. 43 and 51. 52 is a diagram for studying an approximate expression.
つまり、表8中の点P1,P2,P3,P4,P5,P6の各点を近似するには、(拡散方程式に用いられている関数型とは)全く別の関数型を定義する必要があると考えられる。検討した結果、図51に示すように、30μm付近で大きく曲がっており、0<x≦30μmの範囲はほぼ直線に近いため、y=b−axα型を基本とし、さらにそれに若干下側に凹みをもたせるためにy=b−axα+c型とした。ここで、a:表面温度、α:凹みの曲がり度、c:なべ底のまがり上昇分で図51中の0<x≦30μmの範囲の破線カーブ相当分である。その結果、0<x≦30μmの範囲内において、
F1(x)≒2.91E14−(4.51E13)・x0.52+(3E9)(150−x)2・・・式1
と定義できた。
That is, in order to approximate the points P1, P2, P3, P4, P5, and P6 in Table 8, it is necessary to define a completely different function type (from the function type used in the diffusion equation). It is believed that there is. Study result, as shown in FIG. 51, is bent significantly at around 30 [mu] m, 0 <close to the range of x ≦ 30 [mu] m is substantially linear, for a base of y = b-ax α type, further slightly lower therewith In order to give a dent, it was set as y = b-ax α + c type. Here, a is the surface temperature, α is the degree of bending of the dent, and c is the amount corresponding to the rising of the pan bottom, corresponding to the broken line curve in the range of 0 <x ≦ 30 μm in FIG. As a result, within the range of 0 <x ≦ 30 μm,
F1 (x) ≒ 2.91E14- (4.51E13 ) · x 0.52 + (3E9) (150-x) 2 ···
I was able to define.
一方、x>30μmの範囲では、y=a(150−x)2+b型、すなわち、x=150μmにmin点を有する2次関数のグラフで近似可能であると考えられる。x>30μmの範囲で係数a,bを検討した結果、x>30μmの範囲内において、
F2(x)≒(2E9)(150−x)2+(3.8E13)・・・式2
と定義できた。
On the other hand, in the range of x> 30 μm, it can be approximated by y = a (150−x) 2 + b type, ie, a graph of a quadratic function having a min point at x = 150 μm. As a result of examining the coefficients a and b in the range of x> 30 μm, in the range of x> 30 μm,
F2 (x) ≈ (2E9) (150−x) 2 + (3.8E13)
I was able to define.
式1および式2により、各x点に対応するF(x)の値を求め、表8に示し、図51中に◇点でプロットした。図43中のソースデータ数が少ないため、x=30μm付近でデータとF(x)とのずれが大きいものの、ほぼU型(なべ底型)の分布を式1および式2により近似できていると考えられる。
The value of F (x) corresponding to each x point was obtained from
図43に示した比抵抗P型wafer13〜15(Ω・cm)→14(Ω・cm)/9.34E14(1/cm2)、N型wafer1〜2(Ω・cm)→1(Ω・cm)/4.8E15、2(Ω・cm)→2.35E15(1/cm2)の値を参照すると、以下のことがわかった。(1)シリコン表面では、Pt濃度はN−基板の約1桁少ない。(2)なべ底の表面から深い部分では約2桁少ない。(3)Pt濃度の高い部分は、表面からおよそ30μm(900℃/1h拡散時)近辺までである。
Specific resistance
次に、図51に示したU型分布濃度と、非特許文献1の2.3.3節の記載内容とを照合・比較・確認してみる。非特許文献1の2.3.3節には、深い準位の不純物(Pt)が素材ウエファのN−濃度に近づく時に問題となる補償効果について記載されている。この効果により、伝導体中の自由電子濃度に変化が生じ、その結果、N−層の比抵抗が上昇し、深刻なブレークダウン電圧および電流伝導に関する影響を有するようになる旨が記載されている。ただし、非特許文献1の2.3.3節には、素材ウエファのN−濃度(background resistivity)に近づくとだけ記載されており、どの程度の値・比になるかについては記載されていない。
Next, the U-type distribution concentration shown in FIG. 51 and the contents described in Section 2.3.3 of
そこで、念のため、非特許文献6中で用いられているN型1〜2(Ω・cm)の実験ウエファでの濃度とVBOの変化について確認した。表11は非特許文献6中のN型1〜2(Ω・cm)のN−層濃度によるVBOの変化を示した表である。図53は表11中のρ(Ω・cm)とVBO(V)との関係を示した図である。
Therefore, as a precaution, the changes in concentration and VBO in the N-type 1-2 (Ω · cm) experimental wafer used in Non-Patent Document 6 were confirmed. Table 11 shows the change in VBO according to the N-layer concentration of N-
図53に示すように、ρの値が約1.0(Ω・cm)程度である場合には、ρの値が20%変化するとVBOの値が約15%変化し、ρの値が約2.0(Ω・cm)程度である場合には、ρの値が10%変化するとVBOの値が10%弱変化している。全体的には、ρの値が10%変化するとVBOの値が約10%変化していると言える。 As shown in FIG. 53, when the value of ρ is about 1.0 (Ω · cm), when the value of ρ is changed by 20%, the value of VBO is changed by about 15%, and the value of ρ is about In the case of about 2.0 (Ω · cm), when the value of ρ changes by 10%, the value of VBO changes by a little less than 10%. Overall, it can be said that when the value of ρ changes by 10%, the value of VBO changes by about 10%.
以上より、非特許文献1に記載されている「深刻な影響(serious effect)」とは、少なくともρの値に約10%程度の変化がある場合と考えられる。この場合には、VBOの値に10%弱の変化があると考えられる。
From the above, it is considered that the “serious effect” described in
図43および図51に示すように、4.80×1015(1/cm3)〜2.35×1015(1/cm3)のN−層基板濃度に対して、深い準位の不純物(Pt)の補償効果の影響が出るのは、少なくともその濃度の約1割程度の4.80×1014(1/cm3)〜2.35×1014(1/cm3)の濃度になる。そのため、不純物(Pt)の補償効果の影響が出る深さは、シリコン表面から約10μmの範囲に相当していると考えられる。 As shown in FIGS. 43 and 51, deep level impurities with respect to the N-layer substrate concentration of 4.80 × 10 15 (1 / cm 3 ) to 2.35 × 10 15 (1 / cm 3 ). The effect of the compensation effect of (Pt) is at least at a concentration of 4.80 × 10 14 (1 / cm 3 ) to 2.35 × 10 14 (1 / cm 3 ), which is about 10% of the concentration. Become. Therefore, it is considered that the depth at which the effect of the impurity (Pt) compensation effect appears corresponds to a range of about 10 μm from the silicon surface.
非特許文献6には、例えば図51に示したようなU型分布の捕獲濃度(trap concentration)が、DLTSおよび(ショットキーバリアコンタクト形成、N型/Au、P型/Alを蒸着により形成し、逆バイアスを両電極間に印加してC(容量)−V(電圧)の関係から求められる)C−V測定によって決定されたと記載されている。 In Non-Patent Document 6, for example, the trap concentration of U-type distribution as shown in FIG. 51 is DLTS and (Schottky barrier contact formation, N-type / Au, P-type / Al are formed by vapor deposition. In other words, it was determined by CV measurement (obtained from a relationship of C (capacitance) -V (voltage) by applying a reverse bias between both electrodes).
非特許文献5および特許文献3には明確に記載されていなかったが、上述した考察により、PtのU型分布がデバイスの特性に影響を与える、つまり、有効なライフタイムキラーを与えるのは、表面からの深さがせいぜい10μmの範囲であり、その時の深い不純物の濃度(trap concentration)がN−型基板の10%程度以上の濃度であり、表面からの深さが10μmの範囲以外の領域では、つまり、U型分布のなべ底の部分では、N−基板濃度とは約2桁もの濃度差があるので、さほど影響を与えることはなさそうであると考えられる。
Although not clearly described in
つまり、非特許文献5および特許文献3に記載されている、逆回復動作中のキャリア分布として、アノード側の蓄積キャリアは少なく、しかも、N−ドリフト層のカソード側に蓄積キャリアがより多く残る必要がある、との分布が得られたと考えられる。
That is, as the carrier distribution during the reverse recovery operation described in
図54は不純物濃度分布とPt分布を想定した図である。図54に示すように、アノード側でのP+層の深さ(Xjp)は、Xjp=1〜20(μm)程度であると考えられる。一方、カソード側のN+基板の厚さは50〜400(μm)程度であると考えられる。従って、PtのU型分布は、結果的に、アノード側に影響を与えることはあっても、カソード側に顕著な影響を与えることはないと考えられる。 FIG. 54 is a diagram assuming an impurity concentration distribution and a Pt distribution. As shown in FIG. 54, the depth (Xjp) of the P + layer on the anode side is considered to be about Xjp = 1 to 20 (μm). On the other hand, the thickness of the N + substrate on the cathode side is considered to be about 50 to 400 (μm). Therefore, it is considered that the U-type distribution of Pt does not significantly affect the cathode side even though it affects the anode side as a result.
Ptの実効的な影響深さXptがP+層よりも深い、つまり、Xpt>Xjpとなるか、あるいは、Ptの実効的な影響深さXptがP+層よりも浅い、つまり、Xpt<Xjpとなるかによって、PN接合の位置がXptの先になるか、あるいは、手前になるかが決定されることになり、アノード側のPN接合付近のN−層中での蓄積キャリア(正孔)のライフタイムも大きく異なることになると考えられる。 The effective influence depth Xpt of Pt is deeper than the P + layer, that is, Xpt> Xjp, or the effective influence depth Xpt of Pt is shallower than the P + layer, that is, Xpt <Xjp. Therefore, it is determined whether the position of the PN junction is ahead of or before Xpt, and the life of accumulated carriers (holes) in the N-layer near the PN junction on the anode side is determined. The time will be very different.
例えば特許文献3の段落〔0022〕には、図54に示したように、U型分布の底が始まる深さが約50(μm)とされ、PN接合深さXpjが15μm前後で蓄積キャリアのP+層付近と深い部分の内部キャリアとの濃度差に変化が現れると記載されており、Xjp<15μmの場合にソフトリカバリー特性が得られると記載されている。
For example, in paragraph [0022] of
上述したように、特許文献7には、N−層表面にPt拡散を行うと不都合を伴う旨が記載されている。そのため、特許文献7に記載された発明では、Ptの使用が断念され、電子線が用いられてJBSの高速化が行われている。更に、特許文献7の図30には、200V系FRD(≒G2FRD)、180V系JBS、および180V系SBDの3つのデバイスのSW波形が比較して記載されている。
As described above,
図55は200V系FRD、180V系JBS、および180V系SBDの3つのデバイスを概略的に示した図である。図55に示したような3つのデバイスの高速性を示すtrr特性として、Tj=25℃、100℃ともにtrr−FRD、trr−JBS、trr−SBDの順番に速い(trrが短い)という結果が特許文献7には記載されている。180V系JBSのtrrを更に短縮化するための方法として、不都合を覚悟の上でPtを併用するなどの方法があったと考えられるが、従来におけるベストチョイスとしては、trr−FRD≒28(ns)に対して、trr−JBS≒48(ns)程度(室温)とするのが精一杯であったと考えられる。
FIG. 55 is a diagram schematically showing three devices of 200V FRD, 180V JBS, and 180V SBD. As the trr characteristics indicating the high speed of the three devices as shown in FIG. 55, the result is that the order of trr-FRD, trr-JBS, trr-SBD is fast (trr is short) at Tj = 25 ° C. and 100 ° C. This is described in
SBD素子は、本来であれば超高速動作のユニポーラ素子(例えばVR≦60(V))である。しかしながら、非特許文献9(Y.Yamamoto and H.Miyanaga:”An Analysis of positive & negative resistance characteristics in the high−Current−Density region of Schottky Diode,”IEEE ED Vol.ED−37,No.5,May,pp.1364−1372(1990))には、特に高電流の導電領域において、SB界面からN−エピ層に向かう少数キャリア(正孔)の注入が盛んに起きるようになるため、N−エピ層中の伝導度変調(つまり、N−→N,N+化すること)が起こり、不思議な(curious)電流−電圧特性を示すようになる旨が記載されている。 The SBD element is originally a unipolar element (for example, VR ≦ 60 (V)) that operates at an extremely high speed. However, Non-Patent Document 9 (Y. Yamamoto and H. Miyanaga: “An Analysis of positive and Negative resistance in the High Density of Electricity. , Pp. 1364-1372 (1990)), in particular, in the high current conductive region, minority carriers (holes) are actively injected from the SB interface toward the N-epi layer. It is described that conductivity modulation in the layer (that is, N− → N, N + conversion) occurs and exhibits a current-voltage characteristic that is strange.
つまり、本来はSBDではあるが、180V系ともなれば、かなり低濃度のN−エピ層が用いられているため、N−エピ層中での少数キャリア(正孔)のライフタイムが相当に長い値を示すことに加えて、(P+層領域を有していない場合でさえ)図56に示すようなSBD界面からの少数キャリア(正孔)の注入が加わるため、もはや純粋なSBD素子であるとは言えなくなってくる。図56はSBD界面からの少数キャリア(正孔)の注入の様子を概略的に示した図である。 In other words, although it is originally SBD, if it is a 180V system, a considerably low concentration N-epi layer is used, so the lifetime of minority carriers (holes) in the N-epi layer is considerably long. In addition to showing the value, the injection of minority carriers (holes) from the SBD interface as shown in FIG. 56 is added (even if it does not have a P + layer region), so it is no longer a pure SBD device. It will not be said. FIG. 56 is a diagram schematically showing how minority carriers (holes) are injected from the SBD interface.
従って、キラー処理を伴わないtrr−SBDは、trr−FRD、(キラー処理を伴う)trr−JBSよりも、より長くなると考えられる。 Therefore, trr-SBD without killer processing is considered to be longer than trr-FRD, trr-JBS (with killer processing).
特許文献7の図30に記載されているように、trr−SBDの値は比較的大きくなるものの、ソフトリカバリー性においては、trr−SBD波形、trr−JBS波形、trr−FRD波形の順に、ソフト性が優れている。
As described in FIG. 30 of
そうしてみると、特許文献7に記載された電子線照射処理を伴うJBSデバイスは、FRDデバイスの良い点と、SBDデバイスの良い点とをとった中間的な特性を有するデバイスであると考えられる。しかしながら、本発明者らの検討によれば、trr−JBSがtrr−FRDよりも短くなるということはなかった。
As a result, the JBS device accompanied by the electron beam irradiation process described in
ダイオードのON→OFF切り換え時の波形については、例えば特許文献8(特開2003−84029号公報)の図18に記載されている。図57は特許文献8の図18に相当する図である。ダイオードは、ON→OFF切り換え時に、図57に示すような波形を示すことが知られている。実際のダイオードでは、特に高速のダイオードのほとんどでは、ON→OFF切り換えが完了するまでに、減衰振動を繰り返し、その後に、ON→OFF切り換えが完了する。 The waveform at the time of switching from ON to OFF of the diode is described in FIG. 18 of Patent Document 8 (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-84029), for example. FIG. 57 is a diagram corresponding to FIG. It is known that the diode exhibits a waveform as shown in FIG. 57 when switching from ON to OFF. In actual diodes, most high-speed diodes repeat the damped oscillation until the ON → OFF switching is completed, and then the ON → OFF switching is completed.
特許文献8の図19には、ダイオードのSW波形がオーバーシュートすることなく、IF=0(A)のライン(図57参照)に収束すると仮定して、trr波形の各要素を定義したものが記載されている。図58は特許文献8の図19に相当する図である。 FIG. 19 of Patent Document 8 defines each element of the trr waveform on the assumption that the SW waveform of the diode converges to the IF = 0 (A) line (see FIG. 57) without overshooting. Are listed. FIG. 58 is a view corresponding to FIG.
図59はON→OFF切り換え時の一般的な(JBS)デバイスの内部を示した図である。詳細には、図59(A)はON期間中のデバイスの内部を示しており、図59(B)はON→OFF切り換え開始時のデバイスの内部を示しており、図59(C)はON→OFF切り換え完了時のデバイスの内部を示している。 FIG. 59 is a diagram showing the inside of a general (JBS) device when switching from ON to OFF. Specifically, FIG. 59A shows the inside of the device during the ON period, FIG. 59B shows the inside of the device at the start of switching from ON to OFF, and FIG. 59C is ON. → Indicates the inside of the device at the completion of OFF switching.
図59(A)に示すように、ON期間中には、電子(−)が基板(N+)の全面からN−表面の露出されたSBD界面に流れていると考えられる。一方、正孔(+)はP層の各部から基板(N+)側の全面に向かって流れていると考えられる。空乏層はわずかに広がっていると考えられる。 As shown in FIG. 59A, it is considered that electrons (-) flow from the entire surface of the substrate (N +) to the exposed SBD interface on the N- surface during the ON period. On the other hand, it is considered that holes (+) flow from each part of the P layer toward the entire surface on the substrate (N +) side. It is thought that the depletion layer is spreading slightly.
図59(B)に示すように、ON→OFF切り換え開始時には、空乏層が拡がりはじめ、電子(−)がカソード側の正電位に引かれ、正孔(+)はアノードの負電位に引かれ、各電極に吸い寄せられて消滅する。この時、厳密には、Xjpの深さの差が考えられるため、空乏層から掃き出され、行き場を失った正孔(+)は図59(B)中の電荷の山にあると考えられる。 As shown in FIG. 59 (B), at the start of switching from ON to OFF, the depletion layer begins to expand, electrons (-) are drawn to the positive potential on the cathode side, and holes (+) are drawn to the negative potential on the anode. , Sucked into each electrode and disappeared. At this time, strictly speaking, since there is a difference in the depth of Xjp, it is considered that the hole (+) that has been swept out of the depletion layer and has lost its place is in the charge peak in FIG. .
ON→OFF切り換え完了時には、残留している電子(−)および正孔(+)は、図59(C)に示す位置にあると考えられ、電子(−)の移動度に比べて正孔(+)の移動度が遅い分、最後に残された正孔(+)が、アノードに戻る速度をもって、trr2(図58参照)の回復波形を決定しながら、完全なOFFに落ち着くと考えられる。 At the completion of the ON → OFF switching, the remaining electrons (−) and holes (+) are considered to be in the positions shown in FIG. 59C, and the holes ( Since the mobility of (+) is slow, it is considered that the last remaining hole (+) settles to complete OFF while determining the recovery waveform of trr2 (see FIG. 58) with the speed of returning to the anode.
図60は通常のガードリングを説明するための図である。通常、ガードリング領域とは、図60に示すように、主接合の周辺を囲む同心円状のリングを指す。ガードリングは、多くの占有面積をチップ上に要するので、低耐圧(VR≦200V)素子では、しばしば省かれる場合がある。ガードリングが省略される場合には、より深いXjp(図60参照)が必要になり、主接合の端部領域(図60中のハッチング部分)がガードリングとしての役目を担うことになる。 FIG. 60 is a diagram for explaining a normal guard ring. Usually, the guard ring region indicates a concentric ring surrounding the periphery of the main joint as shown in FIG. Since the guard ring requires a large area on the chip, the guard ring is often omitted in a low breakdown voltage (VR ≦ 200 V) element. When the guard ring is omitted, deeper Xjp (see FIG. 60) is required, and the end region (hatched portion in FIG. 60) of the main joint plays a role as the guard ring.
図59に示した例では、ガードリング領域が、チップサイズよりも内側に形成されており、また、基板側のカソード電極がチップ全面に渡って形成されている。そのため、図59(A)に示したON期間中においては、ガードリングの外側コーナー付近で正孔(+)の流れが集中しやくすなっている。一方、図59(C)に示したON→OFF切り換え完了時においては、ガードリングの外側コーナー付近(図59(C)中のハッチング部分)は、等電界ラインの集中が起こりやすくなっている。つまり、電界強度が大きくなっている。 In the example shown in FIG. 59, the guard ring region is formed inside the chip size, and the cathode electrode on the substrate side is formed over the entire chip surface. Therefore, during the ON period shown in FIG. 59A, the flow of holes (+) tends to concentrate near the outer corner of the guard ring. On the other hand, when the ON → OFF switching shown in FIG. 59C is completed, the concentration of the equal electric field lines is likely to occur near the outer corner of the guard ring (the hatched portion in FIG. 59C). That is, the electric field strength is increased.
この様子は、例えば特許文献7の図12に記載されている。図61は特許文献7の図12に相当する図である。詳細には、図61(a)はSBD構造を示しており、図61(b)はJBS構造を示している。デバイスの活性領域周辺のガードリング領域は、ON/OFF切り換えに伴って厳しい運転条件にさらされると考えられる。
This state is described in FIG. 12 of
また、ON→OFF切り換え時における内部キャリアの動きを詳しく説明した他の例として、例えば特許文献9(特開2000−312011号公報)に記載されたものがある。特許文献9には、多数個のP+型の半導体領域の配置形状を適切化することにより、従来よりも少ない重金属(Au)を導入するのみで、速いSWスピードが得られる旨が記載されている。
Another example in which the movement of the internal carrier at the time of switching from ON to OFF is described in detail is, for example, described in Patent Document 9 (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-312011).
図62は特許文献9の図5に相当する図である。図62において、52はn−形の半導体層、56はp+形の半導体領域である。特許文献9には、動作がOFFになると、電子がSBDに集結した状態で静止し、この電子がPN接合から注入されOFF時に行き場を失った正孔側に直ちに流れて結合・捕獲する旨が記載されている。
FIG. 62 is a diagram corresponding to FIG. In FIG. 62, 52 is an n− type semiconductor layer, and 56 is a p + type semiconductor region.
ところが、特許文献9には、電子がSBD(部)に集結した状態でOFFモード開始に入るために、実際にどのような条件が必要になるかの理由が十分に説明されていない。P+型半導体領域を理想的に配置した後であっても、重金属(Au)の使用が皆無になるとは考えられない。更に、現実にデバイスを試作してみると、Ptをはじめとする重金属をある程度の高温処理を伴ってSiバルク(N−層)中にドープしない限りは、デバイスのtrr特性をどうしても短縮することができないと考えられる。
However,
図63は特許文献7の図3に相当する図、図64は特許文献7の図4に相当する図である。図63および図64において、61はN+型の半導体基板、62はN−型の半導体層、63はN−型領域、64はP型活性領域、65はP型のガードリング、66はN+型又はP+型のチャネルストップ領域、67はバリアメタル、68は半導体酸化膜、69は第一電極メタル、70は第二電極メタル、71は等電位リング電極メタル、81aは半導体酸化膜(SiO2膜)、81bは酸化膜マスクパターン、81cは半導体酸化膜、81dは半導体酸化膜、82は半導体酸化膜である。83aはPSG膜、83bはPSG膜、84は最終絶縁保護膜である。
63 is a diagram corresponding to FIG. 3 of
特許文献7に記載されたJBSの製造工程では、まず、図63(1)に示すように、N+型の半導体基板61上にエピタキシャル成長させたN−型の半導体層62を有するウエファが酸化せしめられ、その表裏に半導体酸化膜81a,82が形成される。例えば、半導体基板61及び半導体層62にシリコンが用られる。その場合、例えば、1000℃で90分の湿式酸化法により半導体酸化膜81a,82として約0.5μmのシリコン酸化膜が形成される。
In the JBS manufacturing process described in
特許文献7に記載されたJBSの製造工程では、次に、図63(2)に示すように、半導体層62表面の半導体酸化膜81aが周知のリソグラフィ・エッチング技術を用いて開口せしめられ、酸化膜マスクパターン81bとされる。さらに、酸化膜マスクパターン81bをマスクとしてP型不純物が半導体層62に導入される。それは、例えばボロンをイオン注入することにより行われる。P型不純物導入後、熱拡散せしめられ、P型不純物が活性化せしめられる。これによりP型活性領域64及びガードリング65が形成される。
In the JBS manufacturing process described in
特許文献7に記載されたJBSの製造工程では、図63(3)に示すように、P型不純物導入後の熱拡散工程において半導体酸化膜81bの開口部を含めて、ウエファ表面を酸化させ、新たな半導体酸化膜81cが形成される。半導体酸化膜81b及び半導体酸化膜81cの周縁部が周知のフォトリソグラフィ技術を用いてエッチングして開口せしめられる。これにより開口した開口部を介してN+型不純物が導入され、N+型のチャネルストップ層66が形成される。それは、例えばリンをイオン注入することにより行われる。その深さXjn+は例えば、1.2〜1.3μmとされる。N+型不純物導入後、熱拡散しN+型不純物が活性化せしめられる。
In the JBS manufacturing process described in
特許文献7に記載されたJBSの製造工程では、次に、図64(4)に示すように、PSG(リン・珪酸・ガラス)膜83aが形成される。次に、周知のリソグラフィ・エッチング・金属成膜技術を用いて、PSG膜83a及び半導体酸化膜81dが開口せしめられ、図64(5)に示すようにPSG膜83b及び半導体酸化膜68とされる。PSG膜83b及び半導体酸化膜68の開口部を介してバリアメタル67が図64(5)に示すようにガードリング65、P型活性領域64及びその間のN−型領域63上に形成される。
In the manufacturing process of JBS described in
特許文献7に記載されたJBSの製造工程では、さらにその後、周知のリソグラフィ・エッチング・金属成膜技術を用いて、第一電極メタル69と、等電位リング電極メタル71が形成される。図64(5)に示すように第一電極メタル69によりバリアメタル67が完全に覆われる。半導体酸化膜68上にはPSG膜83bが形成される。一方、ウエファ裏面は研削される。これにより、裏面の半導体酸化膜82が除去される。
In the JBS manufacturing process described in
特許文献7に記載されたJBSの製造工程では、その後、図64(6)に示すようにウエファ裏面に第二電極メタル70が形成される。さらに、図64(6)に示すように最終絶縁保護膜84が周辺領域に形成される。中央の第一電極メタル69は露出せしめられる。
In the JBS manufacturing process described in
本発明者らの研究によれば、図63(3)〜図64(4)のプロセスにかけて、(少なくとも)1回のPtマスク処理およびPt蒸着・熱処理の工程が追加されなければならないと考えられる。 According to the study by the present inventors, it is considered that (at least) one Pt mask treatment and Pt deposition / heat treatment steps must be added to the processes of FIGS. 63 (3) to 64 (4). .
上述したように、JBS構造そのものには多くの形態があるが、結果として、いまだに、より速いtrr特性を有し、かつ、低VFなデバイス特性を満足するものが市場に出回っていないと考えられる。また、ライフタイムキラーとして、Ptを用いるもの、あるいは、電子線や軽イオン照射によるものも提案されてはいるが、これをJBSに応用した場合、PtではSBD界面を損ねてしまうという問題がいまだに解決されておらず、電子線を用いたものではtrr短縮が十分でないという問題が解決されておらず、軽イオン照射においてもコスト的な問題および局所コントロール性の問題が解決されておらず、市場のニーズに十分応えられておらず、商業的に量産可能なデバイスを供給できる体制が確立されていないと考えられる。 As described above, there are many forms of the JBS structure itself, but as a result, it is still considered that there is no one on the market that has faster trr characteristics and satisfies low VF device characteristics. . In addition, a lifetime killer using Pt, or an electron beam or light ion irradiation has been proposed. However, when this is applied to JBS, the problem that Pt damages the SBD interface still remains. It has not been solved, and the problem that trr shortening is not sufficient with the use of an electron beam has not been solved, and the problem of cost and local controllability have not been solved even in light ion irradiation, and the market It is considered that a system that can supply devices that can be mass-produced commercially is not established.
前記問題点に鑑み、本発明は、従来技術の問題点を解消し、市場のニーズに応えることができるJBS構造のみならず、他のFRD、SBDにも応用可能な半導体装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention provides a semiconductor device that solves the problems of the prior art and can be applied not only to JBS structures that can meet market needs, but also to other FRDs and SBDs. Objective.
詳細には、本発明は、超高速パワーデバイスにも導入および適用可能な半導体装置であって、ライフタイムキラーとしての重金属(Pt)処理が行われている半導体装置を提供することを目的とする。 More specifically, the present invention aims to provide a semiconductor device that can be introduced and applied to an ultrahigh-speed power device and that is subjected to heavy metal (Pt) processing as a lifetime killer. .
更に、本発明は、従来のJBSを上回るような高速性および低損失性(trr−VF)のトレードオフ特性を有する半導体装置を提供することを目的とする。 Furthermore, an object of the present invention is to provide a semiconductor device having a trade-off characteristic of high speed and low loss (trr-VF) exceeding that of a conventional JBS.
換言すれば、本発明はショットキー接合界面に欠陥が生じてしまうおそれを低減することができ、ソフトリカバリー特性を向上させることができるJBSおよびその製造方法を提供することを目的とする。 In other words, it is an object of the present invention to provide a JBS that can reduce the risk of defects at the Schottky junction interface and can improve soft recovery characteristics, and a method for manufacturing the same.
更に、本発明はショットキー接合界面に欠陥が生じてしまうおそれを低減することができ、ソフトリカバリー特性を向上させることができるショットキーバリアダイオードを提供することを目的とする。 Furthermore, an object of the present invention is to provide a Schottky barrier diode that can reduce the risk of defects occurring at the Schottky junction interface and can improve soft recovery characteristics.
請求項1に記載の発明によれば、ショットキー接合とPN接合とが並存したJBSにおいて、ガードリング部の内側のN−層中に所定の間隔をあけて複数のP層を配列し、前記ガードリング部の表面および前記複数のP層の表面のうちの一部から重金属を拡散させ、前記N−層の表面からは重金属を拡散させないことを特徴とするJBSが提供される。
According to the invention described in
請求項2に記載の発明によれば、前記ガードリング部の表面から重金属を拡散させ、前記ガードリング部の内側の前記P層の表面からは重金属を拡散させないことを特徴とする請求項1に記載のJBSが提供される。 According to a second aspect of the present invention, heavy metal is diffused from the surface of the guard ring portion, and heavy metal is not diffused from the surface of the P layer inside the guard ring portion. The described JBS is provided.
請求項3に記載の発明によれば、前記ガードリング部の内側に配列された前記P層の表面の一部から重金属を拡散させ、前記ガードリング部の表面からは重金属を拡散させないことを特徴とする請求項1に記載のJBSが提供される。
According to a third aspect of the present invention, heavy metal is diffused from a part of the surface of the P layer arranged inside the guard ring part, and heavy metal is not diffused from the surface of the guard ring part. The JBS according to
請求項4に記載の発明によれば、要求されるJBSの逆回復時間trr特性または順電圧降下VF特性に応じて、前記ガードリング部の表面から重金属を拡散させるか、あるいは、前記P層の表面から重金属を拡散させるかを選択することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のJBSの製造方法が提供される。
According to the invention described in
請求項5に記載の発明によれば、前記ガードリング部の内側に配列されるそれぞれのP層の形状をストライプ状またはドット状とすることを特徴とする請求項4に記載のJBSの製造方法が提供される。 According to a fifth aspect of the present invention, the method of manufacturing a JBS according to the fourth aspect, wherein the shape of each P layer arranged inside the guard ring portion is a stripe shape or a dot shape. Is provided.
請求項6に記載の発明によれば、複数のP層からなるP層群を複数設け、連結部を介して複数のP層群を連結して前記ガードリング部の内側に配置したことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のJBSが提供される。
According to the sixth aspect of the present invention, a plurality of P layer groups each including a plurality of P layers are provided, and the plurality of P layer groups are connected to each other via the connecting portion and arranged inside the guard ring portion. The JBS according to any one of
請求項7に記載の発明によれば、前記P層の深さよりも浅く、かつ、前記P層の濃度よりも濃いP++層を前記P層中に形成し、前記P++層の表面から重金属を拡散させることを特徴とする請求項1又は3に記載のJBSが提供される。
According to the seventh aspect of the present invention, a P ++ layer that is shallower than the P layer and thicker than the P layer is formed in the P layer, and heavy metal is diffused from the surface of the P ++ layer. A JBS according to
請求項8に記載の発明によれば、前記ガードリング部の表面および前記複数のP層の表面のうちの一部から930〜950℃の拡散温度で白金を拡散させることを特徴とする請求項1に記載のJBSが提供される。 According to the invention described in claim 8, platinum is diffused at a diffusion temperature of 930 to 950 ° C. from a part of the surface of the guard ring portion and the surfaces of the plurality of P layers. 1 is provided.
請求項9に記載の発明によれば、JBSのウエファ比抵抗を3.5〜4.85Ω・cmに設定し、前記N−層の厚さを約15μmに設定したことを特徴とする請求項1に記載のJBSが提供される。
According to the invention described in
請求項10に記載の発明によれば、逆回復時間trrの低減が要求される時に、重金属が拡散せしめられる前記P層の表面の面積を増加させ、順電圧降下VFの低減が要求される時に、重金属が拡散せしめられる前記P層の表面の面積を減少させることを特徴とする請求項4に記載のJBSの製造方法が提供される。
According to the tenth aspect of the present invention, when the reduction of the reverse recovery time trr is required, the area of the surface of the P layer where the heavy metal is diffused is increased, and the reduction of the forward voltage drop VF is required. 5. The method of manufacturing a JBS according to
請求項11に記載の発明によれば、前記ガードリング部の内側に配列された複数のP層の表面のうちの複数箇所から重金属を拡散させることを特徴とする請求項10に記載のJBSの製造方法が提供される。
According to the invention described in
請求項12に記載の発明によれば、前記ガードリング部の内側に間隔をあけて複数のP層を配列し、複数のP層の表面から重金属を拡散させることを特徴とする請求項3に記載のJBSが提供される。 According to a twelfth aspect of the present invention, the plurality of P layers are arranged at intervals inside the guard ring portion, and heavy metals are diffused from the surfaces of the plurality of P layers. The described JBS is provided.
請求項13に記載の発明によれば、前記P層の外縁部よりも、重金属拡散用マスクパターンの開口の外縁部を内側に配置したことを特徴とする請求項3に記載のJBSが提供される。 According to the thirteenth aspect of the present invention, there is provided the JBS according to the third aspect, wherein the outer edge portion of the opening of the heavy metal diffusion mask pattern is arranged inside the outer edge portion of the P layer. The
請求項14に記載の発明によれば、前記P層の深さよりも浅く、かつ、前記P層の濃度よりも濃いP++層を前記P層中に形成し、前記P++層の外縁部と前記重金属拡散用マスクパターンの開口の外縁部とがほぼ一致するように前記P++層の表面の寸法と前記重金属拡散用マスクパターンの開口の寸法とを設定し、前記P++層の表面から重金属を拡散させることを特徴とする請求項13に記載のJBSが提供される。
According to the invention of
請求項15に記載の発明によれば、前記ガードリング部の内側領域の中央部のライフタイムに比べ、その内側領域の周辺部のライフタイムが短くなるように、重金属を拡散させることを特徴とする請求項1に記載のJBSが提供される。
According to the invention described in
請求項16に記載の発明によれば、前記ガードリング部の内側の前記N−層中に間隔をあけて配列された複数のP層のうちの2つ以上のP層の表面から重金属を拡散させることを特徴とする請求項1に記載のJBSが提供される。
According to the invention described in
請求項17に記載の発明によれば、表面から重金属が拡散せしめられないP層を間に挟むように、表面から重金属が拡散せしめられる2つのP層を前記ガードリング部の内側に配列することを特徴とする請求項1に記載のJBSが提供される。
According to the invention described in
請求項18に記載の発明によれば、表面から重金属が拡散せしめられる2つのP層の間に、表面から重金属が拡散せしめられないP層を配置し、重金属が拡散せしめられるP層の表面の面積よりも、重金属が拡散せしめられないP層の表面の面積を小さく設定したことを特徴とする請求項17に記載のJBSが提供される。
According to the invention described in
請求項19に記載の発明によれば、ショットキー接合を有するショットキーバリアダイオードにおいて、ガードリング部の表面から重金属を拡散させ、前記ガードリング部の内側に配置されたN−層の表面からは重金属を拡散させないことを特徴とするショットキーバリアダイオードが提供される。 According to the nineteenth aspect of the present invention, in the Schottky barrier diode having a Schottky junction, heavy metal is diffused from the surface of the guard ring portion, and from the surface of the N-layer disposed inside the guard ring portion. A Schottky barrier diode is provided that does not diffuse heavy metal.
請求項1に記載のJBSでは、ガードリング部の表面およびガードリング部の内側に間隔をあけて配列された複数のP層の表面のうちの一部から重金属が拡散せしめられ、ガードリング部の内側に配置されたN−層の表面からは重金属が拡散せしめられない。つまり、ガードリング部の内側に配置されたショットキー接合界面からは重金属が拡散せしめられない。そのため、ショットキー接合界面に欠陥が生じてしまうおそれを低減することができる。更に、PN接合付近でのライフタイムをN−層内部のライフタイムよりも短くすることができ、ソフトリカバリー特性を得ることができる。その結果、特開2004−55586号公報に記載されたJBSよりも、ソフトリカバリー特性を向上させることができる。つまり、特開2004−55586号公報に記載されたJBSよりも、最大逆回復電流値IRMを小さくすることができる。
In the JBS according to
請求項2に記載のJBSでは、ガードリング部の表面から重金属が拡散せしめられ、ガードリング部の内側のP層の表面からは重金属が拡散せしめられない。つまり、ガードリング部の表面、P層の表面、および、N−層の表面のうち、ガードリング部の表面のみから重金属が拡散せしめられる。そのため、ガードリング部以外の部分の表面から重金属が拡散せしめられる場合よりも逆回復時間trrを短くすることができる。つまり、ガードリング部の内側に配列されたP層の表面から重金属が拡散せしめられる場合よりも逆回復時間trrを短くすることができる。この理由としては、JBSのON→OFF切り換え時のガードリング部の外側コーナーの正孔の流れの集中を抑制することができ、等電位ラインの集中を抑制することができるためと考えられる。 In the JBS according to the second aspect, heavy metal is diffused from the surface of the guard ring portion, and heavy metal is not diffused from the surface of the P layer inside the guard ring portion. That is, heavy metal is diffused only from the surface of the guard ring portion among the surface of the guard ring portion, the surface of the P layer, and the surface of the N− layer. Therefore, the reverse recovery time trr can be shortened compared to the case where heavy metal is diffused from the surface of the portion other than the guard ring portion. That is, the reverse recovery time trr can be made shorter than when heavy metal is diffused from the surface of the P layer arranged inside the guard ring portion. This is probably because the concentration of holes in the outer corners of the guard ring when the JBS is switched from ON to OFF can be suppressed, and the concentration of equipotential lines can be suppressed.
換言すれば、請求項2に記載のJBSでは、N−層から遠いガードリング部の表面から重金属が拡散せしめられ、N−層から近いP層の表面からは重金属が拡散せしめられない。そのため、拡散せしめられた重金属がN−層の表面に到達してしまうおそれを低減することができる。つまり、拡散せしめられた重金属がショットキー接合界面に到達してしまうおそれを低減することができる。 In other words, in the JBS according to the second aspect, heavy metals are diffused from the surface of the guard ring portion far from the N− layer, and heavy metals are not diffused from the surface of the P layer near the N− layer. Therefore, the possibility that the diffused heavy metal may reach the surface of the N− layer can be reduced. That is, the risk that the diffused heavy metal reaches the Schottky junction interface can be reduced.
請求項3に記載のJBSでは、ガードリング部の内側に配列されたP層の表面の一部から重金属が拡散せしめられ、ガードリング部の表面からは重金属が拡散せしめられない。つまり、ガードリング部の表面からは重金属が拡散せしめられず、ガードリング部の内側に配置されたN−層の表面からも重金属が拡散せしめられず、ガードリング部の内側に配列されたP層の表面の一部のみから重金属が拡散せしめられる。そのため、ガードリング部の表面から重金属が拡散せしめられる場合よりも順電圧降下VFを低く抑えることができる。 In the JBS according to the third aspect, heavy metal is diffused from a part of the surface of the P layer arranged inside the guard ring part, and heavy metal is not diffused from the surface of the guard ring part. That is, heavy metal is not diffused from the surface of the guard ring part, and heavy metal is not diffused from the surface of the N-layer disposed inside the guard ring part, and the P layer arranged inside the guard ring part. Heavy metal is diffused from only a part of the surface of the metal. Therefore, the forward voltage drop VF can be suppressed lower than when heavy metal is diffused from the surface of the guard ring portion.
請求項4に記載のJBSの製造方法では、例えばユーザーによって要求されるJBSの逆回復時間trr特性または順電圧降下VF特性に応じて、ガードリング部の表面から重金属を拡散させるか、あるいは、ガードリング部の内側に配列されたP層の表面から重金属を拡散させるかが選択される。詳細には、例えば実験によって予めJBSのtrr−VFトレードオフ曲線が作成され、次いで、求める逆回復時間trr特性または順電圧降下VF特性がそのtrr−VFトレードオフ曲線上から選択され、次いで、求める逆回復時間trr特性または順電圧降下VF特性が得られるように、ガードリング部の表面から重金属を拡散させるか、あるいは、ガードリング部の内側に配列されたP層の表面から重金属を拡散させるかが選択され、次いで、ガードリング部の表面またはP層の表面から重金属が拡散せしめられる。そのため、所望の逆回復時間trr特性または順電圧降下VF特性を有するJBSを製造することができる。
In the method of manufacturing a JBS according to
換言すれば、ガードリング部の内側に配置されたN−層の表面から重金属が拡散せしめられてしまうと、JBSの逆回復時間trr特性および順電圧降下VF特性が上述したtrr−VFトレードオフ曲線上から外れてしまい、所望の逆回復時間trr特性または順電圧降下VF特性を有するJBSを製造することが困難になってしまうため、請求項4に記載のJBSの製造方法では、ガードリング部の内側に配置されたN−層の表面からは重金属が拡散せしめられない。
In other words, if heavy metal is diffused from the surface of the N-layer arranged inside the guard ring portion, the reverse recovery time trr characteristic and the forward voltage drop VF characteristic of the JBS are the trr-VF trade-off curve described above. Since it becomes difficult to manufacture a JBS having a desired reverse recovery time trr characteristic or a forward voltage drop VF characteristic, the JBS manufacturing method according to
請求項5のJBSの製造方法では、ガードリング部の内側に配列されるそれぞれのP層の形状がストライプ状またはドット状とされる。そのため、ガードリング部の内側に配列されるそれぞれのP層の形状が複雑な形状とされる場合よりも、JBSのtrr−VFトレードオフ曲線を作成する負荷を軽減することができる。 In the method of manufacturing a JBS according to the fifth aspect, the shape of each P layer arranged inside the guard ring portion is a stripe shape or a dot shape. Therefore, it is possible to reduce the load for creating the JBS trr-VF trade-off curve, compared to the case where the shape of each P layer arranged inside the guard ring portion is a complicated shape.
請求項6に記載のJBSでは、複数のP層からなるP層群が複数設けられ、連結部を介して複数のP層群が連結され、ガードリング部の内側に配置されている。そのため、大型のJBSのソフトリカバリー特性を向上させることができる。 In the JBS according to the sixth aspect, a plurality of P layer groups each including a plurality of P layers are provided, and the plurality of P layer groups are connected via the connecting portion, and are arranged inside the guard ring portion. Therefore, the soft recovery characteristics of a large JBS can be improved.
請求項7に記載のJBSでは、P層の深さよりも浅く、かつ、P層の濃度よりも濃いP++層がP層中に形成され、P++層の表面から重金属が拡散せしめられる。そのため、P++層が形成されない場合よりも、オーミック抵抗を低減することができ、PIN領域(P層)からのホールの注入量を抑制することができる。詳細には、P++層が形成される以前のP層の表面の面積よりもP++層の表面の面積が小さくなるように、P++層がP層中に形成される。
In the JBS according to
請求項8及び9に記載のJBSでは、ガードリング部の表面およびガードリング部の内側に配列された複数のP層の表面のうちの一部から930〜950℃の拡散温度で白金が拡散せしめられる。詳細には、JBSのウエファ比抵抗が3.5〜4.85Ω・cmに設定され、ガードリング部の内側に配置されたN−層の厚さが約15μmに設定されている。そのため、従来のJBSよりもソフトリカバリー特性を向上させることができる。
In the JBS according to
請求項10に記載のJBSの製造方法では、逆回復時間trrの低減が要求される時に、重金属が拡散せしめられるP層の表面の面積が増加せしめられ、順電圧降下VFの低減が要求される時に、重金属が拡散せしめられるP層の表面の面積が減少せしめられる。そのため、JBSの製造装置を大幅に設計変更する必要なく、製造されるJBSの逆回復時間trr特性または順電圧降下VF特性を所望の逆回復時間trr特性または順電圧降下VF特性に近づけることができる。
In the method of manufacturing a JBS according to
請求項11に記載のJBSの製造方法では、ガードリング部の内側に配列された複数のP層の表面のうちの複数箇所から重金属が拡散せしめられる。そのため、ガードリング部の内側に配列されたP層の表面の1箇所のみから重金属が拡散せしめられる従来の場合よりも、逆回復時間trrを低減させることができる。
In the manufacturing method of JBS of
請求項12に記載のJBSでは、ガードリング部の内側に複数のP層が間隔をあけて配列され、かつ、それらの複数のP層の表面から重金属が拡散せしめられる。つまり、ガードリング部の内側に配置された単一のP層の表面から重金属が拡散せしめられるのではなく、ガードリング部の内側に間隔をあけて配列された複数のP層の表面から重金属が拡散せしめられる。それにより、ガードリング部の内側に配置された単一のP層の表面から重金属が拡散せしめられる場合よりも短い20〜40nsの逆回復時間trrを達成することができる。 In the JBS of the twelfth aspect, a plurality of P layers are arranged at intervals inside the guard ring portion, and heavy metals are diffused from the surfaces of the plurality of P layers. In other words, heavy metal is not diffused from the surface of a single P layer disposed inside the guard ring portion, but heavy metal is diffused from the surfaces of a plurality of P layers arranged at intervals inside the guard ring portion. Can be diffused. Thereby, the reverse recovery time trr of 20 to 40 ns, which is shorter than the case where heavy metal is diffused from the surface of a single P layer disposed inside the guard ring portion, can be achieved.
請求項13に記載のJBSでは、P層の外縁部よりも、重金属拡散用マスクパターンの開口の外縁部が内側に配置されている。つまり、P層の表面よりも、重金属拡散用マスクパターンの開口が小さく設定されている。すなわち、P層とN−層との境界線と重金属拡散用マスクパターンの外縁部との間に隙間が設けられている。そのため、P層の表面から拡散せしめられた重金属が、そのP層に隣接するショットキー接合界面に到達してしまうおそれを低減することができる。つまり、P層の表面から拡散せしめられた重金属が、そのP層の表面に隣接するN−層の表面に到達してしまうおそれを低減することができる。 In the JBS according to the thirteenth aspect, the outer edge portion of the opening of the heavy metal diffusion mask pattern is arranged inside the outer edge portion of the P layer. That is, the opening of the heavy metal diffusion mask pattern is set smaller than the surface of the P layer. That is, a gap is provided between the boundary line between the P layer and the N− layer and the outer edge portion of the heavy metal diffusion mask pattern. Therefore, the possibility that the heavy metal diffused from the surface of the P layer reaches the Schottky junction interface adjacent to the P layer can be reduced. That is, the possibility that the heavy metal diffused from the surface of the P layer reaches the surface of the N− layer adjacent to the surface of the P layer can be reduced.
請求項14に記載のJBSでは、P層の深さよりも浅く、かつ、P層の濃度よりも濃いP++層がP層中に形成され、P++層の外縁部と重金属拡散用マスクパターンの開口の外縁部とがほぼ一致するようにP++層の表面の寸法と重金属拡散用マスクパターンの開口の寸法とが設定され、P++層の表面から重金属が拡散せしめられる。詳細には、P++層が形成される以前のP層の表面の面積よりもP++層の表面の面積が小さくなるように、P++層がP層中に形成される。そのため、P++層が形成されない場合よりも、オーミック抵抗を低減することができ、PIN領域(P層)からのホールの注入量を抑制することができる。更に、P++層の表面から拡散せしめられた重金属が、そのP++層の外側のP層に隣接するショットキー接合界面に到達してしまうおそれを低減することができる。つまり、P++層の表面から拡散せしめられた重金属が、そのP++層の外側のP層に隣接するN−層の表面に到達してしまうおそれを低減することができる。
In the JBS according to
請求項15に記載のJBSでは、ガードリング部の内側領域の中央部のライフタイムに比べ、その内側領域の周辺部のライフタイムが短くなるように、重金属が拡散せしめられる。そのため、ガードリング部の内側領域の中央部をソフトリカバリー特性に寄与させることができる。 In the JBS of the fifteenth aspect, the heavy metal is diffused so that the lifetime of the peripheral portion of the inner region is shorter than the lifetime of the central portion of the inner region of the guard ring portion. Therefore, the central part of the inner area of the guard ring part can contribute to the soft recovery characteristics.
請求項16に記載のJBSでは、ガードリング部の内側のN−層中に間隔をあけて配列された複数のP層のうちの2つ以上のP層の表面から重金属が拡散せしめられる。つまり、間隔をあけて配列された2つ以上のP層の表面から重金属が拡散せしめられる。すなわち、表面から重金属が拡散せしめられる2つのP層の間に所定の隙間が設けられている。そのため、非常に近接して配置された2つのP層の表面から重金属が拡散せしめられる場合よりも、2つのP層の間のN−層の重金属濃度が高くなるのに伴って、そのN−層の表面(ショットキー接合界面)に欠陥が生じてしまうおそれを低減することができる。 In the JBS according to the sixteenth aspect, heavy metals are diffused from the surface of two or more P layers among a plurality of P layers arranged at intervals in the N-layer inside the guard ring portion. That is, heavy metals are diffused from the surfaces of two or more P layers arranged at intervals. That is, a predetermined gap is provided between two P layers in which heavy metals are diffused from the surface. Therefore, as the heavy metal concentration in the N-layer between the two P layers becomes higher than in the case where heavy metals are diffused from the surfaces of the two P layers arranged in close proximity, the N- The risk of defects occurring on the surface of the layer (Schottky junction interface) can be reduced.
請求項17に記載のJBSでは、表面から重金属が拡散せしめられないP層を間に挟むように、表面から重金属が拡散せしめられる2つのP層がガードリング部の内側に配列される。そのため、隣接する2つのP層の表面から重金属が拡散せしめられる場合よりも、2つのP層を互いに近接させて配列することができ、それにより、ピンチオフ効果を増大させることができる。つまり、表面から重金属が拡散せしめられないP層と表面から重金属が拡散せしめられるP層とを近接して配列し、それにより、ピンチオフ効果を増大させることができる。 In the JBS of the seventeenth aspect, two P layers in which heavy metals are diffused from the surface are arranged inside the guard ring portion so as to sandwich a P layer in which heavy metals are not diffused from the surface. Therefore, it is possible to arrange the two P layers closer to each other than when heavy metal is diffused from the surfaces of the two adjacent P layers, thereby increasing the pinch-off effect. That is, the P layer in which heavy metal cannot be diffused from the surface and the P layer in which heavy metal is diffused from the surface are arranged close to each other, thereby increasing the pinch-off effect.
請求項18に記載のJBSでは、表面から重金属が拡散せしめられる2つのP層の間に、表面から重金属が拡散せしめられないP層が配置され、重金属が拡散せしめられるP層の表面の面積よりも、重金属が拡散せしめられないP層の表面の面積が小さく設定されている。そのため、重金属が拡散せしめられるP層の表面の面積と重金属が拡散せしめられないP層の表面の面積とが等しく設定されている場合よりも、表面から重金属が拡散せしめられる2つのP層の間のN−層の表面の面積を増大させることができ、それにより、順電圧降下VFを低減することができる。例えば、P層の表面がストライプ状に構成される場合には、表面から重金属が拡散せしめられる2つのP層の幅よりも、それらの間に配置された表面から重金属が拡散せしめられないP層の幅が小さく設定される。また、例えば、P層の表面が例えば円形、矩形などのドット状に構成される場合には、表面から重金属が拡散せしめられる2つのP層の径よりも、それらの間に配置された表面から重金属が拡散せしめられないP層の径が小さく設定される。
In the JBS according to
ショットキーバリアダイオードのガードリング部は、図59および図61に示したようなJBSのガードリング部に生じる効果と同様の効果にさらされていると考えられる。つまり、ショットキーバリアダイオードにおいても、順・逆(ON/OFF)バイアスともに正孔がガードリング部に集まりやすく問題となると考えられる。この点に鑑み、請求項19に記載のショットキーバリアダイオードでは、ガードリング部の表面から重金属が拡散せしめられ、ガードリング部の内側に配置されたN−層の表面からは重金属が拡散せしめられない。つまり、ガードリング部の内側に配置されたショットキー接合界面からは重金属が拡散せしめられない。そのため、ショットキー接合界面に欠陥が生じてしまうおそれを低減することができ、ガードリング部の表面から重金属が拡散せしめられない場合よりもソフトリカバリー特性を向上させることができる。詳細には、ガードリング部周辺の正孔(ホール)のライフタイムが短縮され、その結果、高速なショットキーバリアダイオードが得られる。
The guard ring part of the Schottky barrier diode is considered to be exposed to the same effect as that produced in the guard ring part of the JBS as shown in FIGS. That is, it is considered that holes are likely to gather in the guard ring portion in both forward and reverse (ON / OFF) biases in the Schottky barrier diode. In view of this point, in the Schottky barrier diode according to
以下、本発明のJBS(Junction Barrier Controlled Schottky)の第1の実施形態について説明する。図1〜図3は第1の実施形態のJBSの製造工程を示した図である。第1の実施形態のJBSの製造工程では、まず、図1(A)に示すように、N+型の半導体基板101上にエピタキシャル成長させたN−層102を有するウエファが酸化せしめられ、そのウエファの表面(図1(A)の上面)に半導体酸化膜121aが形成され、ウエファの裏面(図1(A)の下面)に半導体酸化膜122が形成される。第1の実施形態のJBSでは、半導体基板101およびN−層102として、シリコンが用いられる。その場合、例えば1000℃で90分の湿式酸化法により、半導体酸化膜121a,122として約0.5μmのシリコン酸化膜が形成される。つまり、本発明のJBSにおいて、「半導体酸化膜」とは、「シリコン酸化膜」のことを意味する。
Hereinafter, a first embodiment of a JBS (Junction Barrier Controlled Schottky) of the present invention will be described. 1 to 3 are views showing a manufacturing process of the JBS of the first embodiment. In the manufacturing process of the JBS of the first embodiment, first, as shown in FIG. 1A, a wafer having an N−
次いで、N−層102の表面(図1(A)の上面)の半導体酸化膜121aがリソグラフィ・エッチング技術を用いて開口せしめられ、図1(B)に示すように、酸化膜マスクパターン121bが形成される。次いで、酸化膜マスクパターン121bをマスクとして、P型不純物がN−層102中に導入される。それは、例えばボロンをイオン注入することにより行われる。P型不純物導入後、熱拡散せしめられ、P型不純物が活性化せしめられる。これにより、図1(B)に示すように、複数のP層(P型活性領域)104およびガードリング部105が形成される。つまり、N−層102のうち、P層104およびガードリング部105を除いた部分がN−層103になる。
Next, the
次いで、P型不純物導入後の熱拡散工程において半導体酸化膜121bの開口部を含めてウエファの表面(図1(B)の上面)が酸化せしめられ、図1(C)に示すように、新たな半導体酸化膜121cが形成される。次いで、半導体酸化膜121bおよび半導体酸化膜121cの周縁部(図1(C)の左縁部および右縁部)が、フォトリソグラフィ技術を用いてエッチングして開口せしめられる。これにより開口した開口部を介してN+型不純物が導入され、図1(C)に示すように、N+型のチャネルストップ層106が形成される。それは、例えばリンをイオン注入することにより行われる。第1の実施形態のJBSでは、N+型のチャネルストップ層106が設けられるが、第2の実施形態のJBSでは、N+型のチャネルストップ層を設けないことも可能である。
Next, in the thermal diffusion step after the introduction of the P-type impurity, the surface of the wafer (upper surface of FIG. 1B) including the opening of the
次いで、図2(A)に示すように、半導体酸化膜121b,121cに開口部130が形成され、それらの開口部130を介して濃度の高いP型不純物が複数のP層104中およびガードリング部105中に導入される。P型不純物導入後、熱拡散せしめられ、P型不純物が活性化せしめられる。これにより、図2(A)に示すように、P層104中にP++層104’(図2(B)参照)が形成され、ガードリング部105中にP++層105’が形成される。
Next, as shown in FIG. 2A,
P++層104’の表面の面積は、P++層104’が形成される以前におけるP層104(図1(C)参照)の表面の面積よりも小さくされる。詳細には、図2(A)に示すように、P++層104’の表面の外縁部は、P++層104’が形成される以前におけるP層104の表面の外縁部よりも内側に配置される。更に、P++層104’の深さXjp’はP層104の深さXjpよりも浅くされる。また、P++層104’の濃度はP層104の濃度よりも高く設定される。これにより、P層(PIN領域)104のオーミックの向上を図ることができ、P層(PIN領域)104からのホールの注入量を抑えることができる。その結果、逆回復時間trrが長くなってしまうのを抑制することができる。
The area of the surface of the P ++ layer 104 'is made smaller than the area of the surface of the P layer 104 (see FIG. 1C) before the P ++ layer 104' is formed. Specifically, as shown in FIG. 2 (A), the outer edge portion of the surface of the P ++
第1の実施形態のJBSでは、P++層104’,105’が形成されるが、第3の実施形態のJBSでは、P++層104’,105’の両方、あるいは、それらのいずれか一方を設けないことも可能である。第1の実施形態のJBSのようにガードリング部105中にP++層105’を設ける場合には、ガードリング部105のオーミック性を重視することができ、一方、第3の実施形態のJBSのようにガードリング部105中にP++層105’を設けない場合には、正孔注入量を重視することができる。
In the JBS of the first embodiment, the P ++ layers 104 ′ and 105 ′ are formed. In the JBS of the third embodiment, both the P ++ layers 104 ′ and 105 ′ or one of them is provided. It is also possible not to. When the P ++
次いで、図2(B)に示すように、ガードリング部105の外側の半導体酸化膜121b,121cを残して、ガードリング部105の内側の半導体酸化膜121b,121cがエッチング除去される。次いで、開口部141を有する重金属拡散用マスクパターン140が、フォトレジスト膜を用いて形成される。次いで、フォトレジストのリフトオフ工程において、重金属拡散用マスクパターン140の表面(図2(B)の上面)に付着した重金属が、重金属拡散用マスクパターン140と共に除去される。
Next, as shown in FIG. 2B, the
次いで、開口部141内に位置していたためにフォトレジストのリフトオフ工程で除去されなかった重金属が、ガードリング部105の表面から、詳細には、ガードリング部105中のP++層105’の表面(図2(B)の上面)から拡散せしめられる。第1の実施形態のJBSでは、重金属として白金が拡散せしめられるが、第4の実施形態のJBSでは、代わりにAuなどの重金属を拡散させることも可能である。
Next, heavy metal that has not been removed in the photoresist lift-off process because it was located in the
次いで、図3(A)に示すように、PSG(リン・珪酸・ガラス)膜123aが形成される。なお図1(C)に示した半導体酸化膜121bおよび121cをまとめて半導体酸化膜121dとして図3(A)中に示す。
Next, as shown in FIG. 3A, a PSG (phosphorus / silicate / glass)
次いで、リソグラフィ・エッチング・金属成膜技術を用いて、PSG膜123aおよび半導体酸化膜121dが開口せしめられ、図3(B)に示すように、PSG膜123bおよび半導体酸化膜108とされる。次いで、バリアメタル107が、ガードリング部105、P層(P型活性領域)104、および、その間のN−層103上に形成される。
Next, the
次いで、リソグラフィ・エッチング・金属成膜技術を用いて、第一電極メタル109と、等電位リング電極メタル111とが形成される。第一電極メタル109により、バリアメタル107が完全に覆われる。次いで、ウエファの裏面(図3(B)の下面)が研削される。これにより、裏面の半導体酸化膜122が除去される。第1の実施形態のJBSでは、等電位リング電極メタル111が設けられるが、第5の実施形態のJBSでは、等電位リング電極メタルを設けないことも可能である。
Next, the
次いで、図3(C)に示すように、ウエファの裏面(図3(C)の下面)に第二電極メタル110が形成される。次いで、最終絶縁保護膜124が周辺領域に形成される。
Next, as shown in FIG. 3C, the
図4は図1〜図3に示したN−層103、P層104、および、ガードリング部105を図1〜図3の上側から見た図である。図4に示すように、第1の実施形態のJBSでは、ガードリング部105の内側にN−層103が配置され、そのN−層103中に所定の間隔をあけて複数のストライプ状のP層104が配列されている。つまり、第1の実施形態のJBSでは、図4に示したN−層103の表面にショットキー接合界面が形成され、P層104とそのまわりのN−層103との境界面にPN接合界面が形成されている。
4 is a view of the N-
図5は図2(B)に示した重金属拡散用マスクパターン140およびその開口部141を図2(B)の上側から見た図である。図2(B)、図4、および、図5に示すように、第1の実施形態のJBSでは、ガードリング部105の表面から、詳細には、ガードリング部105中のP++層105’の表面から重金属が拡散せしめられるように、重金属拡散用マスクパターン140の開口部141が形成されている。
FIG. 5 is a view of the heavy metal
つまり、第1の実施形態のJBSでは、図2(B)、図4および図5に示したように、ガードリング部105の表面、ガードリング部105の内側に配置されたN−層103の表面、および、N−層103中に間隔をあけて配列された複数のP層104の表面のうち、ガードリング部105の表面(詳細には、P++層105’の表面)のみから重金属が拡散せしめられ、ガードリング部105の内側に配置されたN−層103の表面からは重金属が拡散せしめられない。つまり、ガードリング部105の内側に配置されたショットキー接合界面からは重金属が拡散せしめられない。そのため、ショットキー接合界面に欠陥が生じてしまうおそれを低減することができる。更に、PN接合付近でのライフタイムをN−層103の内部のライフタイムよりも短くすることができ、それにより、後で実験データと共に説明するように、ソフトリカバリー特性を得ることができる。その結果、特開2004−55586号公報に記載されたJBSのように構成された従来のJBSよりも、ソフトリカバリー特性を向上させることができる。つまり、特開2004−55586号公報に記載されたJBSのように構成された従来のJBSよりも、最大逆回復電流値IRMを小さくすることができる。
That is, in the JBS of the first embodiment, as shown in FIGS. 2B, 4, and 5, the N−
詳細には、第1の実施形態のJBSでは、図2(B)、図4および図5に示したように、ガードリング部105の表面(詳細には、P++層105’の表面)から重金属が拡散せしめられ、ガードリング部105の内側のP層104の表面およびP++層104’の表面からは重金属が拡散せしめられない。つまり、ガードリング部105の表面(ならびにP++層105’の表面)、P層104の表面(ならびにP++層104’の表面)、および、N−層103の表面のうち、ガードリング部105の表面(詳細には、P++層105’の表面)のみから重金属が拡散せしめられる。そのため、後で実験データと共に説明するように、ガードリング部105以外の部分の表面から重金属が拡散せしめられる場合よりも逆回復時間trrを短くすることができる。つまり、ガードリング部105の内側に配列されたP層104の表面(ならびにP++層104’の表面)から重金属が拡散せしめられる場合よりも逆回復時間trrを短くすることができる。この理由としては、JBSのON→OFF切り換え時のガードリング部105の外側コーナーの正孔の流れの集中を抑制することができ、等電位ラインの集中を抑制することができるためと考えられる。
Specifically, in the JBS of the first embodiment, as shown in FIGS. 2B, 4, and 5, heavy metal is applied from the surface of the guard ring portion 105 (specifically, the surface of the P ++
換言すれば、第1の実施形態のJBSでは、図2(B)、図4および図5に示したように、N−層103から遠いガードリング部105の表面(詳細には、P++層105’の表面)から重金属が拡散せしめられ、N−層103から近いP層104の表面からは重金属が拡散せしめられない。そのため、拡散せしめられた重金属がN−層103の表面に到達してしまうおそれを低減することができる。つまり、拡散せしめられた重金属がショットキー接合界面に到達してしまうおそれを低減することができる。
In other words, in the JBS of the first embodiment, as shown in FIGS. 2B, 4, and 5, the surface of the
第1の実施形態のJBSでは、ガードリング部105の表面(詳細には、P++層105’の表面)から930〜950℃の拡散温度で重金属としての白金が拡散せしめられる。第6の実施形態のJBSでは、代わりに、上述した温度以外の拡散温度で重金属を拡散させることも可能である。
In the JBS of the first embodiment, platinum as a heavy metal is diffused at a diffusion temperature of 930 to 950 ° C. from the surface of the guard ring portion 105 (specifically, the surface of the P ++
更に、第1の実施形態のJBSでは、JBSのウエファ比抵抗が例えば3.5〜4.85Ω・cmに設定され、ガードリング部105の内側に配置されたN−層103の厚さが例えば約15μmに設定されている。
Furthermore, in the JBS of the first embodiment, the wafer specific resistance of the JBS is set to, for example, 3.5 to 4.85 Ω · cm, and the thickness of the N−
以下、本発明のJBSの第7の実施形態について説明する。第7の実施形態のJBSは、後述する点を除き、上述した第1から第6の実施形態のJBSの製造工程と同一の製造工程により製造される。 The seventh embodiment of the JBS of the present invention will be described below. The JBS of the seventh embodiment is manufactured by the same manufacturing process as the manufacturing process of the JBS of the first to sixth embodiments described above, except as described below.
図6は第7の実施形態のJBSの製造工程の一部を示した図である。上述したように、第1の実施形態のJBSの製造工程では、図2(B)に示したように、開口部141を有する重金属拡散用マスクパターン140が、フォトレジスト膜を用いて形成され、次いで、開口部141を介してガードリング部105の表面(詳細には、P++層105’の表面)から重金属が拡散せしめられるが、第7の実施形態のJBSの製造工程では、図6に示すように、開口部241を有する重金属拡散用マスクパターン240が、フォトレジスト膜を用いて形成され、次いで、開口部241を介して一部のP層104の表面(詳細には、P++層104’の表面)から重金属が拡散せしめられる。
FIG. 6 is a diagram showing a part of the manufacturing process of the JBS of the seventh embodiment. As described above, in the manufacturing process of the JBS of the first embodiment, as shown in FIG. 2B, the heavy metal
第7の実施形態のJBSでは、図6に示すように、P++層104’が形成されるが、第8の実施形態のJBSでは、P++層104’を設けないことも可能である。第8の実施形態のJBSでは、表面から重金属が拡散せしめられる、P層104(図6参照)の外縁部よりも、重金属拡散用マスクパターン240の開口部241(図6参照)の外縁部が内側に配置されている。つまり、P層104(図6参照)の表面よりも、重金属拡散用マスクパターン240の開口部241(図6参照)が小さく設定されている。すなわち、P層104とN−層103との境界線と、重金属拡散用マスクパターン240の開口部241の外縁部との間に隙間が設けられている。そのため、P層104の表面から拡散せしめられた重金属が、そのP層104に隣接するショットキー接合界面に到達してしまうおそれを低減することができる。つまり、P層104の表面から拡散せしめられた重金属が、そのP層104の表面に隣接するN−層103の表面に到達してしまうおそれを低減することができる。
In the JBS of the seventh embodiment, as shown in FIG. 6, the P ++
第7の実施形態のJBSの説明に戻り、図7は図1〜図3および図6に示したN−層103、P層104、および、ガードリング部105を図1〜図3および図6の上側から見た図である。図7に示すように、ガードリング部105の内側のN−層103中に所定の間隔をあけて配列された複数のストライプ状のP層104は、第1領域104−1に含まれているものと、第2領域104−2に含まれているものと、第3領域104−3に含まれているものと、第4領域104−4に含まれているものと、第5領域104−5に含まれているものと、第6領域104−6に含まれているものと、第7領域104−7に含まれているものとに分類することができる。
Returning to the description of the JBS of the seventh embodiment, FIG. 7 shows the N-
図8は図6に示した第7の実施形態のJBSの重金属拡散用マスクパターン240およびその開口部241を図6の上側から見た図である。図6〜図8に示すように、第7の実施形態のJBSでは、第2領域104−2、第4領域104−4および第6領域104−6に含まれている複数のP層104の表面から、詳細には、P層104中のP++層104’の表面から重金属が拡散せしめられるように、重金属拡散用マスクパターン240の開口部241が、第2領域241−2と、第4領域241−4と、第6領域241−6とに形成されている。
FIG. 8 is a view of the JBS heavy metal
つまり、第7の実施形態のJBSでは、図6〜図8に示したように、ガードリング部105の表面、ガードリング部105の内側に配置されたN−層103の表面、および、N−層103中に間隔をあけて配列された複数のP層104の表面のうち、一部のP層104の表面(詳細には、P++層104’の表面)のみから重金属が拡散せしめられ、ガードリング部105の内側に配置されたN−層103の表面からは重金属が拡散せしめられない。つまり、ガードリング部105の内側に配置されたショットキー接合界面からは重金属が拡散せしめられない。そのため、ショットキー接合界面に欠陥が生じてしまうおそれを低減することができる。
That is, in the JBS of the seventh embodiment, as shown in FIGS. 6 to 8, the surface of the
第7の実施形態のJBSでは、図7に示したように、ガードリング部105内に7つの領域(104−1〜104−7)からなる1個のP層群が設けられているが、第9の実施形態では、代わりに、大きいガードリング部を設け、7つの領域からなるP層群を例えば4個設けることも可能である。詳細には、第9の実施形態のJBSでは、7つの領域からなるP層群が4個設けられ、連結部を介して4個のP層群が連結され、大きいガードリング部の内側に配置されている。そのため、大型のJBSのソフトリカバリー特性を向上させることができる。
In the JBS of the seventh embodiment, as shown in FIG. 7, one P layer group including seven regions (104-1 to 104-7) is provided in the
更に、第7の実施形態のJBSでは、図6に示すように、P層104の深さよりも浅く、かつ、P層104の濃度よりも濃いP++層104’がP層104中に形成され、P++層104’の表面から重金属が拡散せしめられる。そのため、P++層104’が形成されない場合よりも、オーミック抵抗を低減することができ、PIN領域(P層)からのホールの注入量を抑制することができる。
Furthermore, in the JBS of the seventh embodiment, as shown in FIG. 6, a P ++
詳細には、第7の実施形態のJBSでは、図6に示すように、P++層104’が形成される以前のP層104(図1(C)参照)の表面の面積よりもP++層104’の表面の面積が小さくなるように、P++層104’がP層104中に形成される。
Specifically, in the JBS of the seventh embodiment, as shown in FIG. 6, the P ++
第7の実施形態のJBSでは、P層104の表面(詳細には、P++層104’の表面)から930〜950℃の拡散温度で重金属としての白金が拡散せしめられる。第10の実施形態のJBSでは、代わりに、上述した温度以外の拡散温度で重金属を拡散させることも可能である。
In the JBS of the seventh embodiment, platinum as a heavy metal is diffused from the surface of the P layer 104 (specifically, the surface of the P ++
更に、第7の実施形態のJBSでは、JBSのウエファ比抵抗が例えば3.5〜4.85Ω・cmに設定され、ガードリング部105の内側に配置されたN−層103の厚さが例えば約15μmに設定されている。
Further, in the JBS of the seventh embodiment, the wafer specific resistance of the JBS is set to, for example, 3.5 to 4.85 Ω · cm, and the thickness of the N−
また、第7の実施形態のJBSでは、図7に示すように、ガードリング部105の内側に配列された複数のP層104の表面のうちの複数箇所から、詳細には、第2領域104−2、第4領域104−4および第6領域104−6に含まれているP層104の表面(詳細には、P++層104’の表面)から重金属が拡散せしめられる。そのため、ガードリング部の内側に配列されたP層の表面の1箇所のみから重金属が拡散せしめられる場合よりも、後で実験データと共に説明するように、逆回復時間trrを低減させることができる。
Further, in the JBS of the seventh embodiment, as shown in FIG. 7, in detail, from a plurality of locations on the surfaces of the plurality of P layers 104 arranged inside the
換言すれば、第7の実施形態のJBSでは、図7に示すように、ガードリング部105の内側の第2領域104−2、第4領域104−4および第6領域104−6内に複数のP層104が間隔をあけて配列され、かつ、それらの複数のP層104の表面(詳細には、P++層104’の表面)から重金属が拡散せしめられる。つまり、ガードリング部の内側に配置された単一のP層の表面から重金属が拡散せしめられるのではなく、ガードリング部105の内側に間隔をあけて配列された複数のP層104の表面(詳細には、P++層104’の表面)から重金属が拡散せしめられる。それにより、後で実験データと共に説明するように、ガードリング部の内側に配置された単一のP層の表面から重金属が拡散せしめられる場合よりも短い20〜40nsの逆回復時間trrを達成することができる。
In other words, in the JBS of the seventh embodiment, as shown in FIG. 7, a plurality of the second region 104-2, the fourth region 104-4, and the sixth region 104-6 inside the
第7の実施形態のJBSでは、図6に示すように、P++層104’の外縁部よりも、重金属拡散用マスクパターン240の開口部241の外縁部が内側に配置されているが、第11の実施形態のJBSでは、代わりに、P++層104’(図6参照)の外縁部と重金属拡散用マスクパターン240の開口部241(図6参照)の外縁部とがほぼ一致するようにP++層104’の表面の寸法と重金属拡散用マスクパターン240の開口部241の寸法とを設定することも可能である。
In the JBS of the seventh embodiment, as shown in FIG. 6, the outer edge portion of the
詳細には、第11の実施形態のJBSでは、P層104(図6参照)の深さよりも浅く、かつ、P層104(図6参照)の濃度よりも濃いP++層104’(図6参照)がP層104中に形成され、P++層104’の外縁部と重金属拡散用マスクパターン240の開口部241の外縁部とがほぼ一致するようにP++層104’の表面の寸法と重金属拡散用マスクパターン240の開口部241の寸法とが設定され、P++層104’の表面から重金属が拡散せしめられる。つまり、第11の実施形態のJBSでは、図6に示す第7の実施形態のJBSと同様に、P++層104’が形成される以前のP層104の表面の面積よりもP++層104’の表面の面積が小さくなるように、P++層104’がP層104中に形成される。そのため、P++層104’が形成されない場合よりも、オーミック抵抗を低減することができ、PIN領域(P層)からのホールの注入量を抑制することができる。更に、P++層104’の表面から拡散せしめられた重金属が、そのP++層104’の外側のP層104に隣接するショットキー接合界面に到達してしまうおそれを低減することができる。つまり、P++層104’の表面から拡散せしめられた重金属が、そのP++層104’の外側のP層104に隣接するN−層103の表面に到達してしまうおそれを低減することができる。
Specifically, in the JBS of the eleventh embodiment, the P ++
第7の実施形態のJBSの説明に戻り、第7の実施形態のJBSでは、ガードリング部105の内側領域の中央部のライフタイムに比べ、その内側領域の周辺部のライフタイムが短くなるように、重金属が拡散せしめられる。そのため、ガードリング部105の内側領域の中央部をソフトリカバリー特性に寄与させることができる。
Returning to the description of the JBS of the seventh embodiment, in the JBS of the seventh embodiment, the lifetime of the peripheral portion of the inner region is shorter than the lifetime of the central portion of the inner region of the
更に、第7の実施形態のJBSでは、図6〜図8に示すように、ガードリング部105の内側のN−層103中に間隔をあけて配列された複数のP層104のうちの2つ以上のP層104の表面(詳細には、P++層104’の表面)から重金属が拡散せしめられる。つまり、間隔をあけて配列された2つ以上のP層104の表面(詳細には、P++層104’の表面)から重金属が拡散せしめられる。すなわち、図7に示すように、表面から重金属が拡散せしめられる隣接した2つのP層104の間に、P層104の幅よりも広い隙間が設けられている。そのため、非常に近接して配置された2つのP層の表面から重金属が拡散せしめられる場合よりも、2つのP層の間のN−層の重金属濃度が高くなるのに伴って、そのN−層の表面(ショットキー接合界面)に欠陥が生じてしまうおそれを低減することができる。
Further, in the JBS of the seventh embodiment, as shown in FIGS. 6 to 8, two of the plurality of P layers 104 arranged at intervals in the N−
また、第7の実施形態のJBSでは、図6〜図8に示すように、例えば表面から重金属が拡散せしめられない第3領域104−3内のP層104を間に挟むように、表面から重金属が拡散せしめられる第2領域104−2内のP層104と第4領域104−4内のP層104とがガードリング部105の内側に配列される。そのため、隣接する2つのP層の表面から重金属が拡散せしめられる場合よりも、例えば第3領域104−3に最も近い第2領域104−2内のP層104と、第2領域104−2に最も近い第3領域104−3内のP層104とを互いに近接させて配列することができ、それにより、ピンチオフ効果を増大させることができる。つまり、例えば表面から重金属が拡散せしめられない第3領域104−3内のP層104と表面から重金属が拡散せしめられる第2領域104−2内のP層104とを近接して配列し、それにより、ピンチオフ効果を増大させることができる。
In the JBS of the seventh embodiment, as shown in FIGS. 6 to 8, for example, the
第12の実施形態のJBSでは、表面から重金属が拡散せしめられる2つのP層の間に、表面から重金属が拡散せしめられないP層を配置し、重金属が拡散せしめられるP層の表面の面積よりも、重金属が拡散せしめられないP層の表面の面積を小さく設定することも可能である。第12の実施形態のJBSによれば、重金属が拡散せしめられるP層の表面の面積と重金属が拡散せしめられないP層の表面の面積とが等しく設定されている場合よりも、表面から重金属が拡散せしめられる2つのP層の間のN−層の表面の面積を増大させることができ、それにより、順電圧降下VFを低減することができる。例えば、P層の表面がストライプ状に構成される場合には、表面から重金属が拡散せしめられる2つのP層の幅よりも、それらの間に配置された表面から重金属が拡散せしめられないP層の幅が小さく設定される。また、例えば、P層の表面が例えば円形、矩形などのドット状に構成される場合には、表面から重金属が拡散せしめられる2つのP層の径よりも、それらの間に配置された表面から重金属が拡散せしめられないP層の径が小さく設定される。 In the JBS of the twelfth embodiment, a P layer in which heavy metals cannot be diffused from the surface is disposed between two P layers in which heavy metals are diffused from the surface, and the surface area of the P layer from which heavy metals are diffused is determined. However, it is also possible to set the surface area of the P layer where heavy metals cannot be diffused small. According to the JBS of the twelfth embodiment, the heavy metal is removed from the surface as compared with the case where the surface area of the P layer where the heavy metal is diffused and the surface area of the P layer where the heavy metal is not diffused are set equal. The area of the surface of the N− layer between the two P layers to be diffused can be increased, thereby reducing the forward voltage drop VF. For example, in the case where the surface of the P layer is configured in a stripe shape, the P layer in which heavy metal cannot be diffused from the surface disposed between the two P layers than the width of two P layers from which heavy metal is diffused from the surface. The width of is set small. In addition, for example, when the surface of the P layer is configured in a dot shape such as a circle or a rectangle, the diameter of the two P layers from which heavy metal is diffused from the surface is larger than the surface disposed between them. The diameter of the P layer where the heavy metal cannot be diffused is set small.
以下、本発明のJBSの第13の実施形態について説明する。第13の実施形態のJBSは、後述する点を除き、上述した第1から第12の実施形態のJBSの製造工程と同一の製造工程により製造される。 The thirteenth embodiment of the JBS of the present invention will be described below. The JBS of the thirteenth embodiment is manufactured by the same manufacturing process as the manufacturing process of the JBS of the first to twelfth embodiments described above, except as described below.
図9は第13の実施形態のJBSの製造工程の一部を示した図である。上述したように、第1の実施形態のJBSの製造工程では、図2(B)に示したように、開口部141を有する重金属拡散用マスクパターン140が、フォトレジスト膜を用いて形成され、次いで、開口部141を介してガードリング部105の表面(詳細には、P++層105’の表面)から重金属が拡散せしめられるが、第13の実施形態のJBSの製造工程では、図9に示すように、開口部341を有する重金属拡散用マスクパターン340が、フォトレジスト膜を用いて形成され、次いで、開口部341を介して一部のP層104の表面(詳細には、P++層104’の表面)から重金属が拡散せしめられる。
FIG. 9 is a diagram showing a part of the manufacturing process of the JBS of the thirteenth embodiment. As described above, in the manufacturing process of the JBS of the first embodiment, as shown in FIG. 2B, the heavy metal
図10は図9に示した第13の実施形態のJBSの重金属拡散用マスクパターン340およびその開口部341を図9の上側から見た図である。図9および図10に示すように、第13の実施形態のJBSでは、第2領域104−2および第6領域104−6(図7参照)に含まれている複数のP層104の表面から、詳細には、P層104中のP++層104’の表面から重金属が拡散せしめられるように、重金属拡散用マスクパターン340の開口部341が、第2領域341−2と、第6領域341−6とに形成されている。
FIG. 10 is a view of the JBS heavy metal
つまり、第13の実施形態のJBSでは、図9および図10に示したように、ガードリング部105の表面、ガードリング部105の内側に配置されたN−層103の表面、および、N−層103中に間隔をあけて配列された複数のP層104の表面のうち、一部のP層104の表面(詳細には、P++層104’の表面)のみから重金属が拡散せしめられ、ガードリング部105の内側に配置されたN−層103の表面からは重金属が拡散せしめられない。つまり、ガードリング部105の内側に配置されたショットキー接合界面からは重金属が拡散せしめられない。そのため、ショットキー接合界面に欠陥が生じてしまうおそれを低減することができる。
That is, in the JBS of the thirteenth embodiment, as shown in FIGS. 9 and 10, the surface of the
また、第13の実施形態のJBSでは、図7および図9に示すように、ガードリング部105の内側に配列された複数のP層104の表面のうちの複数箇所から、詳細には、第2領域104−2および第6領域104−6(図7参照)に含まれているP層104の表面(詳細には、P++層104’の表面)から重金属が拡散せしめられる。そのため、ガードリング部の内側に配列されたP層の表面の1箇所のみから重金属が拡散せしめられる場合よりも、後で実験データと共に説明するように、逆回復時間trrを低減させることができる。
Further, in the JBS of the thirteenth embodiment, as shown in FIGS. 7 and 9, in detail, from a plurality of locations on the surfaces of the plurality of P layers 104 arranged inside the
換言すれば、第13の実施形態のJBSでは、図7および図9に示すように、ガードリング部105の内側の第2領域104−2および第6領域104−6内に複数のP層104が間隔をあけて配列され、かつ、それらの複数のP層104の表面(詳細には、P++層104’の表面)から重金属が拡散せしめられる。つまり、ガードリング部の内側に配置された単一のP層の表面から重金属が拡散せしめられるのではなく、ガードリング部105の内側に間隔をあけて配列された複数のP層104の表面(詳細には、P++層104’の表面)から重金属が拡散せしめられる。それにより、後で実験データと共に説明するように、ガードリング部の内側に配置された単一のP層の表面から重金属が拡散せしめられる場合よりも短い20〜40nsの逆回復時間trrを達成することができる。
In other words, in the JBS of the thirteenth embodiment, as shown in FIGS. 7 and 9, a plurality of P layers 104 are provided in the second region 104-2 and the sixth region 104-6 inside the
第13の実施形態のJBSでは、第7の実施形態のJBSと同様に、ガードリング部105の内側領域の中央部のライフタイムに比べ、その内側領域の周辺部のライフタイムが短くなるように、重金属が拡散せしめられる。そのため、ガードリング部105の内側領域の中央部をソフトリカバリー特性に寄与させることができる。
In the JBS of the thirteenth embodiment, as in the JBS of the seventh embodiment, the lifetime of the peripheral portion of the inner region is shorter than the lifetime of the central portion of the inner region of the
更に、第13の実施形態のJBSでは、図9および図10に示すように、ガードリング部105の内側のN−層103中に間隔をあけて配列された複数のP層104のうちの2つ以上のP層104の表面(詳細には、P++層104’の表面)から重金属が拡散せしめられる。つまり、間隔をあけて配列された2つ以上のP層104の表面(詳細には、P++層104’の表面)から重金属が拡散せしめられる。すなわち、図7に示すように、表面から重金属が拡散せしめられる隣接した2つのP層104の間に、P層104の幅よりも広い隙間が設けられている。そのため、非常に近接して配置された2つのP層の表面から重金属が拡散せしめられる場合よりも、2つのP層の間のN−層の重金属濃度が高くなるのに伴って、そのN−層の表面(ショットキー接合界面)に欠陥が生じてしまうおそれを低減することができる。
Furthermore, in the JBS of the thirteenth embodiment, as shown in FIGS. 9 and 10, two of the plurality of P layers 104 arranged at intervals in the N−
以下、本発明のJBSの第14の実施形態について説明する。第14の実施形態のJBSは、後述する点を除き、上述した第1から第13の実施形態のJBSの製造工程と同一の製造工程により製造される。 Hereinafter, a fourteenth embodiment of the JBS of the present invention will be described. The JBS of the fourteenth embodiment is manufactured by the same manufacturing process as the manufacturing process of the JBS of the first to thirteenth embodiments described above, except as described below.
図11は第14の実施形態のJBSの製造工程の一部を示した図である。上述したように、第1の実施形態のJBSの製造工程では、図2(B)に示したように、開口部141を有する重金属拡散用マスクパターン140が、フォトレジスト膜を用いて形成され、次いで、開口部141を介してガードリング部105の表面(詳細には、P++層105’の表面)から重金属が拡散せしめられるが、第14の実施形態のJBSの製造工程では、図11に示すように、開口部441を有する重金属拡散用マスクパターン440が、フォトレジスト膜を用いて形成され、次いで、開口部441を介して一部のP層104の表面(詳細には、P++層104’の表面)から重金属が拡散せしめられる。
FIG. 11 is a diagram showing a part of the manufacturing process of the JBS of the fourteenth embodiment. As described above, in the manufacturing process of the JBS of the first embodiment, as shown in FIG. 2B, the heavy metal
図12は図11に示した第14の実施形態のJBSの重金属拡散用マスクパターン440およびその開口部441を図11の上側から見た図である。図11および図12に示すように、第14の実施形態のJBSでは、第4領域104−4に含まれている複数のP層104の表面から、詳細には、P層104中のP++層104’の表面から重金属が拡散せしめられるように、重金属拡散用マスクパターン440の開口部441が第4領域441−4に形成されている。
FIG. 12 is a view of the JBS heavy metal
つまり、第14の実施形態のJBSでは、図11および図12に示したように、ガードリング部105の表面、ガードリング部105の内側に配置されたN−層103の表面、および、N−層103中に間隔をあけて配列された複数のP層104の表面のうち、一部のP層104の表面(詳細には、P++層104’の表面)のみから重金属が拡散せしめられ、ガードリング部105の内側に配置されたN−層103の表面からは重金属が拡散せしめられない。つまり、ガードリング部105の内側に配置されたショットキー接合界面からは重金属が拡散せしめられない。そのため、ショットキー接合界面に欠陥が生じてしまうおそれを低減することができる。
That is, in the JBS of the fourteenth embodiment, as shown in FIGS. 11 and 12, the surface of the
更に、第14の実施形態のJBSでは、図11および図12に示すように、ガードリング部105の内側に配列されたP層104の表面(詳細には、P++層104’の表面)の一部から重金属が拡散せしめられ、ガードリング部105の表面からは重金属が拡散せしめられない。つまり、ガードリング部105の表面からは重金属が拡散せしめられず、ガードリング部105の内側に配置されたN−層103の表面からも重金属が拡散せしめられず、ガードリング部105の内側に配列されたP層104の表面(詳細には、P++層104’の表面)の一部のみから重金属が拡散せしめられる。そのため、後で実験データと共に説明するように、ガードリング部105の表面から重金属が拡散せしめられる場合よりも順電圧降下VFを低く抑えることができる。
Furthermore, in the JBS of the fourteenth embodiment, as shown in FIGS. 11 and 12, one surface of the P layer 104 (in detail, the surface of the P ++
第14の実施形態のJBSでは、第7の実施形態のJBSと同様に、ガードリング部105の内側領域の中央部のライフタイムに比べ、その内側領域の周辺部のライフタイムが短くなるように、重金属が拡散せしめられる。そのため、ガードリング部105の内側領域の中央部をソフトリカバリー特性に寄与させることができる。
In the JBS of the fourteenth embodiment, as in the JBS of the seventh embodiment, the lifetime of the peripheral portion of the inner region is shorter than the lifetime of the central portion of the inner region of the
更に、第14の実施形態のJBSでは、図11および図12に示すように、ガードリング部105の内側のN−層103中に間隔をあけて配列された複数のP層104のうちの2つ以上のP層104の表面(詳細には、P++層104’の表面)から重金属が拡散せしめられる。つまり、第4領域104−4(図7参照)内に間隔をあけて配列された2つ以上のP層104の表面(詳細には、P++層104’の表面)から重金属が拡散せしめられる。すなわち、図7に示すように、表面から重金属が拡散せしめられる隣接した2つのP層104の間に、P層104の幅よりも広い隙間が設けられている。そのため、非常に近接して配置された2つのP層の表面から重金属が拡散せしめられる場合よりも、2つのP層の間のN−層の重金属濃度が高くなるのに伴って、そのN−層の表面(ショットキー接合界面)に欠陥が生じてしまうおそれを低減することができる。
Furthermore, in the JBS of the fourteenth embodiment, as shown in FIGS. 11 and 12, two of the plurality of P layers 104 arranged at intervals in the N-
第15の実施形態のJBSでは、上述した第1から第14の実施形態のJBSを適宜組み合わせることも可能である。 In the JBS of the fifteenth embodiment, the JBSs of the first to fourteenth embodiments described above can be appropriately combined.
本発明のJBSの製造方法では、例えばユーザーによって要求されるJBSの逆回復時間trr特性または順電圧降下VF特性に応じて、第1の実施形態のJBSのようにガードリング部105の表面から重金属を拡散させるか、あるいは、第7の実施形態のJBSのようにガードリング部105の内側に配列されたP層104の表面(詳細には、P++層104’の表面)の一部から重金属を拡散させるか、あるいは、第13の実施形態のJBSのようにガードリング部105の内側に配列されたP層104の表面(詳細には、P++層104’の表面)の一部から重金属を拡散させるか、あるいは、第14の実施形態のJBSのようにガードリング部105の内側に配列されたP層104の表面(詳細には、P++層104’の表面)の一部から重金属を拡散させるかが選択される。詳細には、後で詳細に説明するJBSのtrr−VFトレードオフ曲線が例えば実験によって予め作成され、次いで、例えばユーザーによって要求される逆回復時間trr特性または順電圧降下VF特性がそのtrr−VFトレードオフ曲線上から選択され、次いで、例えばユーザーによって要求される逆回復時間trr特性または順電圧降下VF特性が得られるように、第1の実施形態のJBSのようにガードリング部105の表面から重金属を拡散させるか、あるいは、第7の実施形態のJBSのようにガードリング部105の内側に配列されたP層104の表面(詳細には、P++層104’の表面)の一部から重金属を拡散させるか、あるいは、第13の実施形態のJBSのようにガードリング部105の内側に配列されたP層104の表面(詳細には、P++層104’の表面)の一部から重金属を拡散させるか、あるいは、第14の実施形態のJBSのようにガードリング部105の内側に配列されたP層104の表面(詳細には、P++層104’の表面)の一部から重金属を拡散させるかが選択され、次いで、ガードリング部105の表面またはP層104の表面(詳細には、P++層104’の表面)の一部から重金属が拡散せしめられる。それにより、例えばユーザーにより要求される逆回復時間trr特性または順電圧降下VF特性を有するJBSを製造することができる。
In the method of manufacturing the JBS of the present invention, for example, depending on the reverse recovery time trr characteristic or the forward voltage drop VF characteristic of the JBS requested by the user, the heavy metal is applied from the surface of the
換言すれば、ガードリング部105の内側に配置されたN−層の表面から重金属が拡散せしめられてしまうと、JBSの逆回復時間trr特性および順電圧降下VF特性が上述したtrr−VFトレードオフ曲線上から外れてしまい、所望の逆回復時間trr特性または順電圧降下VF特性を有するJBSを製造することが困難になってしまうため、本発明のJBSの製造方法では、ガードリング部105の内側に配置されたN−層103の表面からは重金属が拡散せしめられない。
In other words, if heavy metal is diffused from the surface of the N-layer disposed inside the
更に、本発明のJBSの製造方法では、ガードリング部105の内側に配列されるそれぞれのP層104の形状が、例えば図7に示すようにストライプ状とされるか、あるいは、例えば円形、矩形などのドット状とされる。そのため、ガードリング部105の内側に配列されるそれぞれのP層104の形状が複雑な形状とされる場合よりも、上述したJBSのtrr−VFトレードオフ曲線を作成する負荷を軽減することができる。
Furthermore, in the method of manufacturing a JBS according to the present invention, the shape of each
詳細には、本発明のJBSの製造方法では、逆回復時間trrの低減が要求される時に、重金属が拡散せしめられるP層104の表面(詳細には、P++層104’の表面)の面積が増加せしめられ、順電圧降下VFの低減が要求される時に、重金属が拡散せしめられるP層104の表面(詳細には、P++層104’の表面)の面積が減少せしめられる。そのため、JBSの製造装置を大幅に設計変更する必要なく、製造されるJBSの逆回復時間trr特性または順電圧降下VF特性を所望の逆回復時間trr特性または順電圧降下VF特性に近づけることができる。
Specifically, in the method of manufacturing a JBS of the present invention, when the reduction of the reverse recovery time trr is required, the area of the surface of the P layer 104 (specifically, the surface of the P ++
以下、本発明のショットキーバリアダイオードの第1の実施形態について説明する。第1の実施形態のショットキーバリアダイオードは、ガードリング部の内側にP層およびP++層が設けられない点を除き、上述した第1の実施形態のJBSとほぼ同様に構成されている。 Hereinafter, a first embodiment of the Schottky barrier diode of the present invention will be described. The Schottky barrier diode of the first embodiment is configured in substantially the same manner as the JBS of the first embodiment described above, except that the P layer and the P ++ layer are not provided inside the guard ring portion.
詳細には、ショットキーバリアダイオードのガードリング部は、図59および図61に示したようなJBSのガードリング部に生じる効果と同様の効果にさらされていると考えられる。つまり、ショットキーバリアダイオードにおいても、順・逆(ON/OFF)バイアスともに正孔がガードリング部に集まりやすく問題となると考えられる。この点に鑑み、第1の実施形態のショットキーバリアダイオードでは、ガードリング部の表面から重金属が拡散せしめられ、ガードリング部の内側に配置されたN−層の表面からは重金属が拡散せしめられない。つまり、ガードリング部の内側に配置されたショットキー接合界面からは重金属が拡散せしめられない。そのため、ショットキー接合界面に欠陥が生じてしまうおそれを低減することができ、ガードリング部の表面から重金属が拡散せしめられない場合よりもソフトリカバリー特性を向上させることができる。詳細には、ガードリング部周辺の正孔(ホール)のライフタイムが短縮され、その結果、高速なショットキーバリアダイオードが得られる。換言すれば、ショットキー接合界面下の正孔のライフタイムがPtの拡散によって短縮されることがないので、その部分では長いままであって、これがソフトリカバリー性に寄与(維持)する(ショットキーバリアダイオードが本来有しているソフトリカバリー性が失われること無く)こととなり、その一方で、ガードリング部の下の正孔のライフタイムはPtの拡散により短縮されているので短縮化されているという、デバイス内部のライフタイム分布が出来上がっており、その結果、デバイス全体としては、従来のPt拡散無しのショットキーバリアダイオードに比べて、ソフトリカバリーを維持しつつ、かつより高速性のショットキーバリアダイオードが得られているものと思われる。 Specifically, it is considered that the guard ring portion of the Schottky barrier diode is exposed to the same effect as that produced in the guard ring portion of JBS as shown in FIGS. That is, it is considered that holes are likely to gather in the guard ring portion in both forward and reverse (ON / OFF) biases in the Schottky barrier diode. In view of this point, in the Schottky barrier diode of the first embodiment, heavy metal is diffused from the surface of the guard ring portion, and heavy metal is diffused from the surface of the N− layer disposed inside the guard ring portion. Absent. That is, heavy metal cannot be diffused from the Schottky junction interface disposed inside the guard ring portion. For this reason, the risk of defects occurring at the Schottky junction interface can be reduced, and soft recovery characteristics can be improved as compared with the case where heavy metals cannot be diffused from the surface of the guard ring portion. Specifically, the lifetime of holes around the guard ring portion is shortened, and as a result, a high-speed Schottky barrier diode can be obtained. In other words, the lifetime of the holes under the Schottky junction interface is not shortened by the diffusion of Pt, so that the part remains long and contributes to (maintains) the soft recovery property (Schottky). On the other hand, the lifetime of the holes under the guard ring is shortened by the diffusion of Pt, which is shortened. As a result, the lifetime distribution inside the device has been completed, and as a result, the device as a whole has a higher-speed Schottky barrier while maintaining soft recovery than a conventional Schottky barrier diode without Pt diffusion. It seems that a diode has been obtained.
上述した実施形態のJBSを用いて実験を行った。実験では、2.66mm×2.66mmの正方形のJBSが用いられた。つまり、例えば図4に示した正方形のJBSの一辺の長さが2.66mmとされた。 Experiments were performed using the JBS of the above-described embodiment. In the experiment, a square JBS of 2.66 mm × 2.66 mm was used. That is, for example, the length of one side of the square JBS shown in FIG. 4 is 2.66 mm.
本発明のJBSは「MPS(Merged PIN with SBD」とも呼ばれる。詳細には、本発明のJBSは、日本インター株式会社製のPIN構造デバイスG2 FRDにSBDを合体させて取り込んだものである。従って、本発明のJBSは、日本インター株式会社製のPIN構造デバイスG2 FRDの高速性を失うことなく、SBDのソフトリカバリー性などの有利な特性を有している。 The JBS of the present invention is also referred to as “MPS (Merged PIN with SBD). Specifically, the JBS of the present invention is obtained by incorporating the SBD into the PIN structure device G2 FRD manufactured by Nihon Inter Corporation. The JBS of the present invention has advantageous characteristics such as soft recovery of SBD without losing the high speed of the PIN structure device G2 FRD manufactured by Nihon Inter Corporation.
実験では、図7に示した各領域101−1〜101−7中のP層104の本数およびP層104とそのまわりのN−層103との面積比率などを変更して、逆回復時間trr、順電圧降下VFなどの測定を行った。また、P層104の形状としては、図7に示したようなストライプ状以外にも、例えば円形、矩形などのドット状も考えられるが、実験では、P層104の形状としてストライプ状を採用した。隣接する2つのP層104の間のN−層103の表面の幅は、ボロン拡散後で10.05μmになるように設定した。P層104の深さXjpは3μmに設定した。図1(B)に示した工程において、半導体酸化膜121aの外縁部からボロンが横方向にガードリング部105およびP層104の深さの0.7倍(=2.1μm)分だけ拡散すると想定した。
In the experiment, the reverse recovery time trr was changed by changing the number of P layers 104 in each of the regions 101-1 to 101-7 shown in FIG. 7 and the area ratio of the
図13および図14は第1の実施形態のJBSのスイッチング波形を示した図である。詳細には、図13および図14に示したスイッチングデータを取得するために用いられたJBSは、上述した第1の実施形態のJBSと同様に構成されている。つまり、図13および図14に示したスイッチングデータを取得するために用いられたJBSでは、ガードリング部105の表面のみから重金属が拡散せしめられており、P層104およびN−層103の表面からは重金属が拡散せしめられていない。また、図13および図14に示したスイッチングデータを取得するために用いられたJBSでは、ガードリング部105の外縁部よりも内側の領域の面積に占めるガードリング部105およびP層104の表面の面積の割合Kが50%に設定されている。図13および図14において、「G2 FRD」は日本インター株式会社製のPIN構造デバイスG2 FRDのスイッチング波形を示しており、「従来のJBS」は特開2004−55586号公報に記載されたJBSのように構成された従来のJBSのスイッチング波形を示している。また、図13はTj=25℃におけるスイッチング波形を示しており、図14はTj=100℃におけるスイッチング波形を示している。
13 and 14 are diagrams showing switching waveforms of the JBS of the first embodiment. Specifically, the JBS used for obtaining the switching data shown in FIGS. 13 and 14 is configured in the same manner as the JBS of the first embodiment described above. That is, in the JBS used for acquiring the switching data shown in FIGS. 13 and 14, heavy metal is diffused only from the surface of the
図13および図14に示すように、第1の実施形態のJBSでは、日本インター株式会社製のPIN構造デバイスG2 FRDおよび従来のJBSよりも、最大逆回復電流値IRMを小さくすることができた。つまり、日本インター株式会社製のPIN構造デバイスG2 FRDおよび従来のJBSよりも、ソフトリカバリー特性を向上させることができた。更に、図14に示すように、Tj=100℃においては、第1の実施形態のJBSの逆回復電流の収束を、日本インター株式会社製のPIN構造デバイスG2 FRDおよび従来のJBSの逆回復電流の収束よりも速めることができた。つまり、第1の実施形態のJBSは高温特性に優れていると考えることができた。 As shown in FIG. 13 and FIG. 14, the maximum reverse recovery current value IRM could be made smaller in the JBS of the first embodiment than in the PIN structure device G2 FRD manufactured by Nihon Inter Corporation and the conventional JBS. . That is, the soft recovery characteristics could be improved as compared with the PIN structure device G2 FRD manufactured by Nihon Inter Corporation and the conventional JBS. Further, as shown in FIG. 14, at Tj = 100 ° C., the convergence of the reverse recovery current of the JBS of the first embodiment is the same as the reverse recovery current of the PIN structure device G2 FRD manufactured by Nihon Inter Corporation and the conventional JBS. It was faster than convergence. That is, it was considered that the JBS of the first embodiment was excellent in high temperature characteristics.
図13および図14に示した第1の実施形態のJBSのスイッチング波形と、特開2004−55586号の図30に記載された従来のJBSのスイッチング波形とを比較することにより、本発明の第1の実施形態のJBSによって画期的なソフトリカバリー特性を得ることができたことが確認できた。つまり、特開2004−55586号の図30に記載された従来のJBSでは、日本インター株式会社製のPIN構造デバイスG2 FRDよりも短い逆回復時間trr特性を得ることができず、日本インター株式会社製のPIN構造デバイスG2 FRDよりも最大逆回復電流値IRMが大きくなっていたが、図14に示すように、第1の実施形態のJBSでは、日本インター株式会社製のPIN構造デバイスG2 FRDよりも短い逆回復時間trr特性を得ることができ、日本インター株式会社製のPIN構造デバイスG2 FRDよりも最大逆回復電流値IRMを小さくすることができた。 By comparing the switching waveform of the JBS of the first embodiment shown in FIGS. 13 and 14 with the switching waveform of the conventional JBS described in FIG. 30 of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-55586, the first embodiment of the present invention is compared. It was confirmed that the epoch-making soft recovery characteristic could be obtained by the JBS of one embodiment. That is, the conventional JBS described in FIG. 30 of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-55586 cannot obtain a reverse recovery time trr characteristic shorter than that of the PIN structure device G2 FRD manufactured by Nihon Inter Corporation. Although the maximum reverse recovery current value IRM was larger than that of the PIN structure device G2 FRD made by the company, as shown in FIG. 14, the JBS of the first embodiment is more than the PIN structure device G2 FRD made by Nihon Inter Corporation. In addition, a short reverse recovery time trr characteristic could be obtained, and the maximum reverse recovery current value IRM could be made smaller than that of the PIN structure device G2 FRD manufactured by Nihon Inter Corporation.
表1は各Pt拡散パターンでのVF−trrトレードオフ特性を示した表、図15は表1に示した各Pt拡散パターンでのVF−trrトレードオフ特性を表した図である。表1および図15において、「K=50」とは、ガードリング部105の外縁部よりも内側の領域の面積に占めるガードリング部105およびP層104の表面の面積の割合Kが50%に設定されていることを示しており、「K=65」とは、割合Kが65%に設定されていることを示している。また、「GR部のみ」とは、ガードリング部105の表面のみから重金属が拡散せしめられており、P層104およびN−層103の表面からは重金属が拡散せしめられていない第1の実施形態のJBSのデータを示している。
Table 1 is a table showing VF-trr trade-off characteristics in each Pt diffusion pattern, and FIG. 15 is a diagram showing VF-trr trade-off characteristics in each Pt diffusion pattern shown in Table 1. In Table 1 and FIG. 15, “K = 50” means that the ratio K of the surface area of the
「P層3本」とは、ガードリング部105およびN−層103の表面からは重金属が拡散せしめられておらず、複数のP層104のうち、第2領域104−2、第4領域104−4および第6領域104−6の3つの領域内のP層104の表面から重金属が拡散せしめられている第7の実施形態のJBSのデータを示している。「P層2本」とは、ガードリング部105およびN−層103の表面からは重金属が拡散せしめられておらず、複数のP層104のうち、第2領域104−2および第6領域104−6の2つの領域内のP層104の表面から重金属が拡散せしめられている第13の実施形態のJBSのデータを示している。「P層1本」とは、ガードリング部105およびN−層103の表面からは重金属が拡散せしめられておらず、複数のP層104のうち、第4領域104−4内のP層104の表面から重金属が拡散せしめられている第14の実施形態のJBSのデータを示している。
“Three P layers” means that heavy metal is not diffused from the surfaces of the
図15に示すように、本発明のJBSでは、K=65%での各Ptパターンのものが常温(Tj=25℃)側で優れたtrr−VFトレードオフ特性を示し、また、高温(Tj=100℃)側においても良好な値を示した。高温側では、表面から重金属が拡散せしめられるP層104の本数が少なくなると、逆回復時間trrが増大した。ガードリング部105の表面のみから重金属が拡散せしめられたもので、K=50%のものでは、常温(Tj=25℃)で、順電圧降下VFが、日本インター株式会社製のPIN構造デバイスG2 FRDの順電圧降下VFと同程度に高くなったものの、非常に短い逆回復時間trrを得ることができた。また、ガードリング部105の表面のみから重金属が拡散せしめられたもので、K=50%のものでは、高温(Tj=100℃)においても非常に短い逆回復時間trrを得ることができた。図13および図14に示したスイッチング波形は、このサンプル、つまり、K=50%でガードリング部105の表面のみから重金属が拡散せしめられたサンプルのスイッチング波形を示している。ガードリング部105の表面のみから重金属が拡散せしめられたもので、K=50%のもののうち、常温(Tj=25℃)のサンプルは、後述する実験因子表(表2〜表4)の「通し番号103」に対応しており、高温(Tj=100℃)のサンプルは、後述する実験因子表の「通し番号104」に対応している。
As shown in FIG. 15, in the JBS of the present invention, each Pt pattern at K = 65% shows excellent trr-VF trade-off characteristics on the normal temperature (Tj = 25 ° C.) side, and high temperature (Tj = 100 ° C) also showed a good value. On the high temperature side, the reverse recovery time trr increased as the number of P layers 104 in which heavy metal was diffused from the surface decreased. In the case where heavy metal is diffused only from the surface of the
また、図15に示すように、本発明のJBSによれば、日本インター株式会社製のPIN構造デバイスG2 FRDよりも、逆回復時間trrが短く、かつ、順電圧降下VFが低い良好なtrr−VFトレードオフ曲線が得られた。 Further, as shown in FIG. 15, according to the JBS of the present invention, a favorable trr− in which the reverse recovery time trr is shorter and the forward voltage drop VF is lower than the PIN structure device G2 FRD manufactured by Nihon Inter Corporation. A VF trade-off curve was obtained.
更に、図15に示すように、「GR部のみ」、「P層3本」、「P層2本」および「P層1本」の4つのサンプルが同一のトレードオフ曲線上に位置した。つまり、ユーザーによって高速の逆回復時間trrが要求される場合には、「GR部のみ」が選択されればよく、逆回復時間trrが多少低速側でも低い順電圧降下VFが要求される場合には、「P層3本」、「P層2本」および「P層1本」のうちのいずれかが選択されればよいことが確認できた。 Further, as shown in FIG. 15, four samples of “GR portion only”, “3 P layers”, “2 P layers” and “1 P layer” were located on the same trade-off curve. In other words, when the user requests a high-speed reverse recovery time trr, “GR section only” may be selected. When the reverse recovery time trr is somewhat low, a low forward voltage drop VF is required. It was confirmed that any one of “3 P layers”, “2 P layers”, and “1 P layer” may be selected.
また、「GR部のみ」、「P層3本」、「P層2本」および「P層1本」の4つのサンプルのいずれにおいても、N−層103の表面とPtとが接触することを避けることができるため、「GR部のみ」、「P層3本」、「P層2本」および「P層1本」の4つのサンプルを適宜組み合わせたものも、図15に示したトレードオフ曲線上に位置するものと考えられる。
In addition, the surface of the N-
表2〜表4は、実験に用いられたサンプルを示した実験因子表である。表2〜表4中の「Pt拡散領域」を示した欄のうち、「GR部のみ」は上述した第1の実施形態のJBSに対応しており、「P層3本」は上述した第7の実施形態のJBSに対応しており、「P層2本」は上述した第13の実施形態のJBSに対応しており、「P層1本」は上述した第14の実施形態のJBSに対応している。一方、「P層全面」および「SBD部のみ」は、本発明の実施形態には対応しておらず、本発明の構成が採用されていない比較例に対応している。 Tables 2 to 4 are experimental factor tables showing samples used in the experiment. Among the columns indicating “Pt diffusion region” in Tables 2 to 4, “GR part only” corresponds to the JBS of the first embodiment described above, and “three P layers” represents the above-described first item. 7 corresponds to the JBS of the thirteenth embodiment described above, and “one P layer” corresponds to the JBS of the fourteenth embodiment described above. It corresponds to. On the other hand, “the entire P layer” and “only the SBD portion” do not correspond to the embodiment of the present invention, and correspond to a comparative example in which the configuration of the present invention is not adopted.
表5はK値と順電圧降下VF特性との関係を示した表、図16は表5に示した順電圧降下VF特性との関係を表した図である。図16において、横軸は上述した割合Kの値を示しており、縦軸は順電圧降下VFを示している。用いたサンプルは、第1の実施形態のJBSに相当するもの(「GR部のみ」)であり、3.5Ω・cmの比抵抗が選択され、N−層103の厚さとして15μmが選択され、Ptの拡散温度として950℃が選択され、測定温度がTj=25℃とTj=100℃とで比較した。比較例として、日本インター株式会社製のPIN構造デバイスG2 FRDおよびPt930℃(K=65%)のJBSサンプルを用いた。
Table 5 shows the relationship between the K value and the forward voltage drop VF characteristics, and FIG. 16 shows the relationship between the forward voltage drop VF characteristics shown in Table 5. In FIG. 16, the horizontal axis indicates the value of the ratio K described above, and the vertical axis indicates the forward voltage drop VF. The sample used is equivalent to the JBS of the first embodiment (“GR part only”), a specific resistance of 3.5 Ω · cm is selected, and a thickness of the N−
図16に示すように、やや小電流領域(IF=1(A))では、SBDの順電圧降下VF特性がPINダイオードに比べ一般的に低い立ち上がりを示すことから、K=50%側に位置するものの方が、Tj=25℃、100℃共に、より低VFとなる傾向を示し、かつ、K値の増大とともに順電圧降下VFが上昇するという傾向を示した。定格電流(IF=10(A))付近では、K=50%側でのVF値が大きく、K=80%にかけて(Tj=25℃、100℃共に)VF値が下がるという傾向を示した。日本インター株式会社製のPIN構造デバイスG2 FRDの順電圧降下VF(IF=10(A)のみ)の値は、Tj=25℃ではK=50%のJBSに、Tj=100℃でもK=50%のJBSに最も近くなった。Pt930℃拡散品のJBSは、同一K値のJBS(K=65%)に対して、より低いVF値となった。 As shown in FIG. 16, in a slightly small current region (IF = 1 (A)), the forward voltage drop VF characteristic of SBD generally shows a lower rise than that of the PIN diode. However, both Tj = 25 ° C. and 100 ° C. tended to be lower VF, and the forward voltage drop VF increased as the K value increased. In the vicinity of the rated current (IF = 10 (A)), the VF value on the K = 50% side is large, and the VF value tends to decrease toward K = 80% (both Tj = 25 ° C. and 100 ° C.). The value of the forward voltage drop VF (IF = 10 (A) only) of the PIN structure device G2 FRD manufactured by Nihon Inter Corporation is K = 50% JBS at Tj = 25 ° C., and K = 50 at Tj = 100 ° C. % Of JBS became closest. The JBS of the Pt930 ° C. diffusion product had a lower VF value than the JBS having the same K value (K = 65%).
図17はTj=25℃におけるVF−IF特性を示した図、図18はTj=100℃におけるVF−IF特性を示した図である。図17および図18に示すように、比較的低電流域側(VF≦0.6(hot)〜0.7(cold)V)においては、K値が低いほど低VFでの立ち上がりが見られ、比較的高電流域側(VF≧0.6(hot)〜0.7(cold)V)においては、K値が高い順に低VFとなるように逆転し、その逆転ポイントは、Tj=25℃ではVF≒0.74(V)、Tj=100℃ではVF≒0.6(V)付近となった。 FIG. 17 shows the VF-IF characteristic at Tj = 25 ° C., and FIG. 18 shows the VF-IF characteristic at Tj = 100 ° C. As shown in FIGS. 17 and 18, on the relatively low current region side (VF ≦ 0.6 (hot) to 0.7 (cold) V), the rise at the lower VF is seen as the K value is lower. On the relatively high current region side (VF ≧ 0.6 (hot) to 0.7 (cold) V), the reverse rotation is performed so that the K value becomes the low VF in the descending order, and the reverse point is Tj = 25. At ℃, VF≈0.74 (V), and at Tj = 100 ° C., VF≈0.6 (V).
図19はK値と逆回復時間trr特性との関係を示した図である。図19に示すように、逆回復時間trrは、上述した割合Kの値が増大すると増加するという傾向を示した。つまり、K値の増大は少数キャリア(正孔)の増大を意味する。日本インター株式会社製のPIN構造デバイスG2 FRDの逆回復時間trrは、K=50%の本発明のJBSの逆回復時間trrに近くなった。Pt930℃拡散のものの逆回復時間trrは、より長くなった。 FIG. 19 is a diagram showing the relationship between the K value and the reverse recovery time trr characteristic. As shown in FIG. 19, the reverse recovery time trr has a tendency to increase as the value of the ratio K increases. That is, an increase in K value means an increase in minority carriers (holes). The reverse recovery time trr of the PIN structure device G2 FRD manufactured by Nihon Inter Corporation was close to the reverse recovery time trr of the JBS of the present invention with K = 50%. The reverse recovery time trr of the Pt 930 ° C. diffusion was longer.
図20はK値と−di/dtとの関係を示した図である。図20に示すように、より短い逆回復時間trr(K=50%)のものは、よりSBDに近く、ソフトリカバリーであると考えられ、より長い逆回復時間trrのものは、よりPINに近く、ハードリカバリーであると考えられる。 FIG. 20 is a diagram showing the relationship between the K value and -di / dt. As shown in FIG. 20, the shorter reverse recovery time trr (K = 50%) is considered to be closer to SBD and soft recovery, and the longer reverse recovery time trr is closer to PIN. It is considered hard recovery.
図21は各K値におけるSOF(ソフトネスファクター)を示した図である。図21に示すように、より短い逆回復時間trr(K=50%)のものである、よりSBDに近い素子は、より大きいソフトネスファクターを与える、つまり、ソフトリカバリーであり、一方、より長い逆回復時間trrのものである、よりPINに近い素子は、より小さいソフトネスファクターを与える、つまり、ハードリカバリーであることがわかった。 FIG. 21 is a diagram showing SOF (softness factor) at each K value. As shown in FIG. 21, an element closer to the SBD that has a shorter reverse recovery time trr (K = 50%) gives a larger softness factor, ie, soft recovery, while longer It has been found that elements closer to the PIN that are of the reverse recovery time trr give a smaller softness factor, ie hard recovery.
図22は各K値におけるQrr(逆回復電荷)を示した図、図23は各K値におけるQrr(逆回復電荷)の積分値を示した図である。 FIG. 22 is a diagram showing Qrr (reverse recovery charge) at each K value, and FIG. 23 is a diagram showing an integrated value of Qrr (reverse recovery charge) at each K value.
図24はPt拡散領域パターンの差と逆回復時間trr特性との関係を示した図である。図24および後述する図25〜図28において、「GR部のみ」は上述した第1の実施形態のJBSに対応しており、「P層3本」は上述した第7の実施形態のJBSに対応しており、「P層2本」は上述した第13の実施形態のJBSに対応しており、「P層1本」は上述した第14の実施形態のJBSに対応している。P層の全面からPtが拡散せしめられたサンプルと、SBD面からPtが拡散せしめられたサンプルでは、いずれもSBD面となるN−層103の表面にPtがドープ・拡散処理されているため、耐圧VR特性を正常に得ることができなかった。
FIG. 24 is a diagram showing the relationship between the difference in the Pt diffusion region pattern and the reverse recovery time trr characteristic. 24 and FIGS. 25 to 28 described later, “GR portion only” corresponds to the JBS of the first embodiment described above, and “three P layers” corresponds to the JBS of the seventh embodiment described above. The “two P layers” correspond to the JBS of the thirteenth embodiment described above, and the “one P layer” corresponds to the JBS of the fourteenth embodiment described above. In the sample in which Pt is diffused from the entire surface of the P layer and the sample in which Pt is diffused from the SBD surface, the surface of the N-
図24に示すように、「GR部のみ」、「P層3本」、「P層2本」、「P層1本」の順に、逆回復時間trrが、Tj=25℃,100℃のいずれにおいても、長くなった。N−層103に取り込まれるPt(重金属キラー)量の差により、「P層3本」のサンプルと、「P層2本」のサンプルと、「P層1本」のサンプルとの間で違いが生じたと考えられる。
As shown in FIG. 24, the reverse recovery time trr is Tj = 25 ° C. and 100 ° C. in the order of “GR part only”, “
図25はPt拡散パターン領域の差とdir/dt特性との関係を示した図、図26はPt拡散領域パターンの差とQrr特性との関係を示した図、図27はPt拡散領域パターンの差と最大逆回復電流値IRM特性との関係を示した図、図28はPt拡散パターン領域の差とSOF特性との関係を示した図である。 FIG. 25 is a diagram showing the relationship between the Pt diffusion pattern region difference and the dir / dt characteristic, FIG. 26 is a diagram showing the relationship between the Pt diffusion region pattern difference and the Qrr property, and FIG. 27 is a diagram of the Pt diffusion region pattern. FIG. 28 shows the relationship between the difference and the maximum reverse recovery current value IRM characteristic, and FIG. 28 shows the relationship between the difference in the Pt diffusion pattern region and the SOF characteristic.
図29および図30は常温(Tj=25℃)におけるPt拡散領域パターンの差と順電圧降下VFとの関係を示した図である。図29および図30において、「GR部のみ」は上述した第1の実施形態のJBSに対応しており、「P層3本」は上述した第7の実施形態のJBSに対応しており、「P層2本」は上述した第13の実施形態のJBSに対応しており、「P層1本」は上述した第14の実施形態のJBSに対応している。一方、「P層全面」および「SBD部のみ」は、本発明の実施形態には対応しておらず、本発明の構成が採用されていない比較例に対応している。 FIG. 29 and FIG. 30 are diagrams showing the relationship between the difference in Pt diffusion region pattern at normal temperature (Tj = 25 ° C.) and the forward voltage drop VF. 29 and 30, “GR part only” corresponds to the JBS of the first embodiment described above, and “three P layers” corresponds to the JBS of the seventh embodiment described above. “Two P layers” corresponds to the JBS of the thirteenth embodiment described above, and “one P layer” corresponds to the JBS of the fourteenth embodiment described above. On the other hand, “the entire P layer” and “only the SBD portion” do not correspond to the embodiment of the present invention, and correspond to a comparative example in which the configuration of the present invention is not adopted.
図29に示すように、「GR部のみ」とした場合は、順電圧降下VF=0.3V辺りまで、リーク電流が流れなかった。図29には示していないが、ガードリング部を2本設けたサンプルでは、「GR部のみ」のカーブと殆ど一致する結果が得られた。「GR部のみ」のサンプルでは、低電圧領域の電流が流れにくかった。順電圧降下VF≧0.6Vでは、「GR部のみ」>「P層全面」≒「SBD部のみ」の順に電流が流れやすかった。その原因として、正孔のライフタイムが「GR部のみ」、「P層全面」、「SBD部のみ」の順に長くなっていると考えられる。 As shown in FIG. 29, in the case of “only GR part”, the leakage current did not flow until the forward voltage drop VF = about 0.3V. Although not shown in FIG. 29, in the sample having two guard ring portions, a result almost coincident with the curve of “GR portion only” was obtained. In the sample of “GR part only”, the current in the low voltage region was difficult to flow. When the forward voltage drop VF ≧ 0.6 V, the current flowed easily in the order of “GR portion only”> “P layer entire surface” ≈ “SBD portion only”. The cause is considered to be that the lifetime of holes becomes longer in the order of “only GR part”, “entire P layer”, and “only SBD part”.
また、図30に示すように、順電圧降下VF≦0.8Vでは、ほとんど差が見られなかった。順電圧降下VF>0.8Vでは、「P層1本」>「P層2本」>「P層3本」の順に電流が流れやすかった。 In addition, as shown in FIG. 30, there was almost no difference when the forward voltage drop VF ≦ 0.8V. When the forward voltage drop VF> 0.8V, the current flowed easily in the order of “one P layer”> “two P layers”> “three P layers”.
図31および図32は高温(Tj=100℃)におけるPt拡散領域パターンの差と順電圧降下VFとの関係を示した図である。図31および図32において、「GR部のみ」は上述した第1の実施形態のJBSに対応しており、「P層3本」は上述した第7の実施形態のJBSに対応しており、「P層2本」は上述した第13の実施形態のJBSに対応しており、「P層1本」は上述した第14の実施形態のJBSに対応している。一方、「P層全面」および「SBD部のみ」は、本発明の実施形態には対応しておらず、本発明の構成が採用されていない比較例に対応している。 FIG. 31 and FIG. 32 are diagrams showing the relationship between the difference in the Pt diffusion region pattern at high temperature (Tj = 100 ° C.) and the forward voltage drop VF. In FIG. 31 and FIG. 32, “GR part only” corresponds to the JBS of the first embodiment described above, and “three P layers” correspond to the JBS of the seventh embodiment described above. “Two P layers” corresponds to the JBS of the thirteenth embodiment described above, and “one P layer” corresponds to the JBS of the fourteenth embodiment described above. On the other hand, “the entire P layer” and “only the SBD portion” do not correspond to the embodiment of the present invention, and correspond to a comparative example in which the configuration of the present invention is not adopted.
図31に示すように、高温(Tj=100℃)においても低電圧部に無効電流域が生じた。高電流域側では、「GR部のみ」>「SBD部のみ」>「P層全面」の順に電流が流れやすいという傾向が見られた。また、図32に示すように、高電流域(順電圧降下VF>0.8V)側では、図30に示した常温(Tj=25℃)の場合と同様に、「P層1本」>「P層2本」>「P層3本」の順に電流が流れやすいという傾向が見られた。 As shown in FIG. 31, a reactive current region was generated in the low voltage portion even at a high temperature (Tj = 100 ° C.). On the high current region side, there was a tendency that current tends to flow in the order of “GR part only”> “SBD part only”> “P layer entire surface”. Further, as shown in FIG. 32, in the high current region (forward voltage drop VF> 0.8 V) side, as in the case of room temperature (Tj = 25 ° C.) shown in FIG. 30, “one P layer”> There was a tendency that current tends to flow in the order of “two P layers”> “three P layers”.
図33は小電流域(0.01A)におけるPt拡散パターンと順電圧降下VF特性との関係を示した図、図34は中電流域(1A)におけるPt拡散パターンと順電圧降下VF特性との関係を示した図、図35は定格電流域(10A)におけるPt拡散パターンと順電圧降下VF特性との関係を示した図である。図33〜図35において、「GR部のみ」は上述した第1の実施形態のJBSに対応しており、「P層3本」は上述した第7の実施形態のJBSに対応しており、「P層2本」は上述した第13の実施形態のJBSに対応しており、「P層1本」は上述した第14の実施形態のJBSに対応している。一方、「P層全面」および「SBD部のみ」は、本発明の実施形態には対応しておらず、本発明の構成が採用されていない比較例に対応している。 FIG. 33 shows the relationship between the Pt diffusion pattern and the forward voltage drop VF characteristic in the small current region (0.01 A), and FIG. 34 shows the relationship between the Pt diffusion pattern and the forward voltage drop VF property in the medium current region (1A). FIG. 35 is a diagram showing the relationship, and FIG. 35 is a diagram showing the relationship between the Pt diffusion pattern and the forward voltage drop VF characteristic in the rated current region (10A). 33 to 35, “GR portion only” corresponds to the above-described JBS of the first embodiment, and “three P layers” corresponds to the above-described JBS of the seventh embodiment. “Two P layers” corresponds to the JBS of the thirteenth embodiment described above, and “one P layer” corresponds to the JBS of the fourteenth embodiment described above. On the other hand, “the entire P layer” and “only the SBD portion” do not correspond to the embodiment of the present invention, and correspond to a comparative example in which the configuration of the present invention is not adopted.
図33に示すように、小電流域(0.01A)においては、「P層全面」および「SBD部のみ」の2つの順電圧降下VFが極端に低くなった。図34に示すように、中電流域(1A)においては、「P層全面」および「SBD部のみ」の2つの順電圧降下VFがやや高くなった。図35に示すように、定格電流域(10A)においては、0.33(「P層全面」)〜0.60(「SBD部のみ)V程度、「GR部のみ」(881.4mV)よりも順電圧降下VFが高くなった。「P層全面」および「SBD部のみ」は、他の4つに比べて、正常なSBD界面(あるいは、PN接合界面)が得られていないと考えられる。 As shown in FIG. 33, in the small current region (0.01 A), the two forward voltage drops VF of “the entire P layer” and “only the SBD portion” were extremely low. As shown in FIG. 34, in the middle current region (1A), the two forward voltage drops VF of “the entire surface of the P layer” and “only the SBD portion” were slightly higher. As shown in FIG. 35, in the rated current region (10 A), from about 0.33 (“P layer entire surface”) to 0.60 (“SBD part only”) V, “GR part only” (881.4 mV) However, the forward voltage drop VF increased. It is considered that a “normal SBD interface (or PN junction interface)” is not obtained for “the entire surface of the P layer” and “only the SBD part” compared to the other four.
図29および図31に示したように、「P層全面」および「SBD部のみ」の2つのパターンに関しては、低電流域での順電圧降下VFが極めて低く、Tj=25℃→Tj=100℃になると、殆ど0Vの立ち上がり電圧を示し、他の4つのパターンに比べて、極めて低い順電圧降下VFとなった。 As shown in FIGS. 29 and 31, for the two patterns “entire surface of P layer” and “only SBD part”, the forward voltage drop VF in the low current region is extremely low, and Tj = 25 ° C. → Tj = 100 At 0 ° C., the rising voltage was almost 0 V, and the forward voltage drop VF was very low compared to the other four patterns.
「P層全面」および「SBD部のみ」の2つのパターンに関し、低い順電圧降下VF自体は歓迎すべきことであるが、耐圧がNGになったことを考えると、正常なSBD界面が得られていないと考えられる。従って、これらは無効電流(あるいは短絡電流)となって消費されると考えられる。 Regarding the two patterns of “P-layer entire surface” and “SBD part only”, a low forward voltage drop VF itself should be welcomed, but considering that the breakdown voltage is NG, a normal SBD interface is obtained. It is thought that it is not. Therefore, these are considered to be consumed as reactive current (or short-circuit current).
逆回復時間trrを短縮する上では、より高温のPt処理温度(930〜950℃)が求められることになり、この温度領域において、N−層103の表面がPt原子と直接接触するような場合には、もはや正常なバリア金属特有のバリアーハイトが得られないばかりか、その界面にPt−Pd−Mo−Silicideらしき金属間化合物が形成される可能性が考えられる。
In order to shorten the reverse recovery time trr, a higher Pt processing temperature (930 to 950 ° C.) is required. In this temperature region, the surface of the N−
もちろん、敢えて、この金属間化合物(Silicide)の表面の不要部を取り去り、Siバルク中に残ったSilicide部分を用いてSBDを形成するという方法もあるにはある。しかしながら、その方法は、商業ベースに市場に製品を安定供給するのには適していないと考えられる。 Of course, there is also a method in which an unnecessary part on the surface of this intermetallic compound (Silicide) is removed and an SBD is formed using the Silicide part remaining in the Si bulk. However, it is believed that the method is not suitable for stably supplying products to the market on a commercial basis.
図36は各K値でのVF−trrトレードオフ特性を示した図である。図36において、「K=50」とは、ガードリング部105の外縁部よりも内側の領域の面積に占めるガードリング部105およびP層104の表面の面積の割合Kが50%に設定されていることを示しており、「K=65」とは、割合Kが65%に設定されていることを示しており、「K=80」とは、割合Kが80%に設定されていることを示している。また、「GR部のみ」とは、ガードリング部105の表面のみから重金属が拡散せしめられており、P層104およびN−層103の表面からは重金属が拡散せしめられていない第1の実施形態のJBSのデータを示している。つまり、図36中の本発明のJBSのデータは、すべて「GR部のみ」のデータとなっている。また、図36中の本発明のJBSでは、ウエファ比抵抗ρが3.5Ω・cmに設定され、N−層103の厚さが15μmに設定されている。
FIG. 36 is a diagram showing the VF-trr trade-off characteristic at each K value. In FIG. 36, “K = 50” means that the ratio K of the surface area of the
図36に示すように、本発明のJBSでは、常温(Tj=25℃)および高温(Tj=100℃)の両方において、日本インター株式会社製のPIN構造デバイスG2 FRDよりも低い順電圧降下VFが得られた。特に、高温(Tj=100℃)において、日本インター株式会社製のPIN構造デバイスG2 FRDよりもかなり低い順電圧降下VFが得られた。 As shown in FIG. 36, in the JBS of the present invention, the forward voltage drop VF is lower than the PIN structure device G2 FRD manufactured by Nihon Inter Corporation at both normal temperature (Tj = 25 ° C.) and high temperature (Tj = 100 ° C.). was gotten. In particular, at a high temperature (Tj = 100 ° C.), a forward voltage drop VF considerably lower than that of the PIN structure device G2 FRD manufactured by Nihon Inter Corporation was obtained.
図37は各K値でのVF−trrトレードオフ特性を示した図である。図37において、「K=50」とは、ガードリング部105の外縁部よりも内側の領域の面積に占めるガードリング部105およびP層104の表面の面積の割合Kが50%に設定されていることを示しており、「K=65」とは、割合Kが65%に設定されていることを示しており、「K=80」とは、割合Kが80%に設定されていることを示している。また、「GR部のみ」とは、ガードリング部105の表面のみから重金属が拡散せしめられており、P層104およびN−層103の表面からは重金属が拡散せしめられていない第1の実施形態のJBSのデータを示している。つまり、図37中の本発明のJBSのデータは、すべて「GR部のみ」のデータとなっている。また、図37中の本発明のJBSでは、ウエファ比抵抗ρが4.85Ω・cmに設定されている。図37において、本発明のJBSのデータのうち、「◆」および小さい「■」は950℃でPtが拡散せしめられたものを示しており、「○」は930℃でPtが拡散せしめられたものを示している。
FIG. 37 is a diagram showing the VF-trr trade-off characteristic at each K value. In FIG. 37, “K = 50” means that the ratio K of the surface area of the
図37に示すように、本発明のJBSでは、常温(Tj=25℃)および高温(Tj=100℃)の両方において、日本インター株式会社製のPIN構造デバイスG2 FRDよりも低い順電圧降下VFが得られた。950℃でPtが拡散せしめられたものよりも、930℃でPtが拡散せしめられたものものの方が、低い順電圧降下VFが得られた。つまり、重金属の拡散温度を低くした方が、低い順電圧降下VFが得られた。 As shown in FIG. 37, in the JBS of the present invention, the forward voltage drop VF is lower than the PIN structure device G2 FRD manufactured by Nihon Inter Corporation at both normal temperature (Tj = 25 ° C.) and high temperature (Tj = 100 ° C.). was gotten. A lower forward voltage drop VF was obtained in the case where Pt was diffused at 930 ° C. than in the case where Pt was diffused at 950 ° C. That is, a lower forward voltage drop VF was obtained when the diffusion temperature of heavy metal was lowered.
103 N−層
104 P層
105 ガードリング部
140 重金属拡散用マスクパターン
141 開口部
103 N-layer 104
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