JP2007251003A - 半導体デバイス及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体デバイスにおいて、シリコン基板12に含まれる欠陥要因不純物が低い濃度で分布した領域32に、点欠陥24を含むことを特徴とする。
【選択図】図4
Description
図4は、本発明における第一の実施の形態として、PINダイオード10の構造の断面図と、炭素,窒素または酸素などの不純物の濃度分布28と、点欠陥の濃度分布26とを示したものである。PINダイオード10は、N型層14,P型層16,I型層18,カソード電極20及びアノード電極22を備える。
図5は、PINダイオード10の製造工程を示す。PINダイオード10は、N型ドーパントを含むシリコン基板12から形成される。例えば、以下に示すステップS11では、1014cm-3程度の濃度のN型ドーパント(リン)が含まれるシリコン基板12が用いられる。
PINダイオード10のアノード電極22とカソード電極20との間に順方向バイアスが印加された状態から逆方向バイアスが印加された状態に切り替わるときに、少数キャリア蓄積効果によって逆回復時間が生じる。PINダイオード10においては、ヘリウムイオンの照射条件によってシリコン基板12に生成する点欠陥24の濃度を調整することによって、少数キャリアのライフタイムを調整することができ、逆回復時間を短縮することができる。
図6は、本発明における第二の実施の形態として、PINダイオード40の構造の断面図と、欠陥要因不純物の濃度分布46と、点欠陥の濃度分布26,44とを示したものである。
図7に、PINダイオード40の製造工程を示す。PINダイオード40は、N型ドーパントを含むシリコン基板12から形成される。例えば、以下に示すステップS21では、1014cm-3程度の濃度でN型ドーパント(リン)が含まれるシリコン基板12が用いられる。
PINダイオード40においては、ヘリウムイオンの照射条件によってシリコン基板12に生成する点欠陥24,42の濃度を調整することによって、少数キャリアのライフタイムを調整することができ、逆回復時間を短縮することができる。特に、カソード電極20近傍にある第三の欠陥要因不純物分布領域52に生成された点欠陥42によって、本発明の第一の実施の形態におけるPINダイオード10に比べて、ライフタイムを制御できる幅(マージン)が拡大される点で効果が顕著である。
図8は、本発明における第三の実施の形態として、PINダイオード60の構造の断面図と、欠陥要因不純物の濃度分布68と、点欠陥の濃度分布26とを示したものである。
図9に、PINダイオード60の製造工程を示す。PINダイオード60は、N型ドーパントを含むシリコン基板62をベースにして形成される。例えば、以下に示すステップS31では、1014cm-3程度の濃度でN型ドーパント(リン)が含まれるシリコン基板62が用いられる。
第一,第二の実施の形態と同様に、PINダイオード60においても、ヘリウムイオンの照射条件によってシリコン領域66に生成する点欠陥24の濃度を調整することによって、少数キャリアのライフタイムを調整することができ、逆回復時間を短縮することができるという効果がある。
本発明の第一から第三の実施の形態において示したPINダイオードに含まれる欠陥要因不純物の濃度の分布と点欠陥の濃度の分布とを解析することによって、本発明の構成が実現されたか否かを特定することができる。
尚、本発明においては、第一から第三の実施の形態に係るPINダイオードに限らず、PN接合を有する半導体デバイスであって、半導体デバイス内に点欠陥が生成されるものであれば、上記の実施の形態と同様にデバイスを構成することができる。そのような半導体デバイスとしては、例えばバイポーラトランジスタ,サイリスタ,あるいはIGBTなどが挙げられる。いずれの場合も、N型のシリコン基板をベースにして半導体デバイスを形成する際に、シリコン基板に対してN2雰囲気中で熱処理を行なって欠陥要因不純物を外方拡散させるか、あるいは、シリコン基板の表面にシリコンをエピタキシャル成長させて、欠陥要因不純物が低い濃度で含まれる領域を形成し、その領域に点欠陥を生成させることによって実現される。
Claims (12)
- N型ドーパントを含むN型半導体領域とP型ドーパントを含むP型半導体領域とを有し、前記N型半導体領域と前記P型半導体領域とが接した半導体デバイスにおいて、
前記N型半導体領域は、
半導体内において欠陥の発生要因となる欠陥要因不純物を含む第一の不純物領域と、
前記第一の不純物領域の欠陥要因不純物の濃度より欠陥要因不純物の濃度が低い第二の不純物領域と、を含み、
前記第二の不純物領域は点欠陥を有することを特徴とする半導体デバイス。 - 前記欠陥要因不純物は、炭素,窒素または酸素であることを特徴とする請求項1に記載の半導体デバイス。
- 前記第二の不純物領域は、前記P型半導体領域と接することを特徴とする請求項1または2に記載の半導体デバイス。
- 前記第二の不純物領域と前記P型半導体領域とが接する面では、前記第二の不純物領域の欠陥要因不純物の濃度が、前記第一の不純物領域の欠陥要因不純物の濃度より一桁以上低いことを特徴とする請求項3に記載の半導体デバイス。
- 前記第一の不純物領域は半導体基板であって、
前記第二の不純物領域は、前記半導体基板の上にエピタキシャル成長されたエピタキシャル成長領域であることを特徴とする請求項1から4のいずれか一つに記載の半導体デバイス。 - 前記第二の不純物領域の幅は10μm以上であることを特徴とする請求項1から5のいずれか一つに記載の半導体デバイス。
- N型ドーパントを含むN型半導体領域とP型ドーパントを含むP型半導体領域とを備える半導体デバイスの製造方法であって、
前記N型半導体領域内に、半導体内において欠陥の発生要因となる欠陥要因不純物を含む第一の不純物領域と、前記第一の不純物領域より欠陥要因不純物の濃度が低い第二の不純物領域と、を設ける第一の工程と、
前記N型半導体領域と接触するP型半導体領域を形成する第二の工程と、
前記第二の不純物領域に対して荷電粒子の照射を行なう第三の工程と、
を備えることを特徴とする半導体デバイスの製造方法。 - 前記第一の工程は、前記N型半導体領域に対して熱処理を行なって、欠陥要因不純物を外方拡散させることを特徴とする請求項7に記載の半導体デバイスの製造方法。
- 前記第一の不純物領域は半導体基板であり、
前記第一の工程は、エピタキシャル成長によって前記半導体基板の上に前記第二の不純物領域を形成することを特徴とする請求項7に記載の半導体デバイスの製造方法。 - 前記第三の工程では、前記第二の不純物領域の幅の略中間の位置に、照射された荷電粒子の分布のピークが重なり、かつ、照射された荷電粒子の分布の半値幅が、前記第二の不純物領域の幅よりも狭くなるように前記荷電粒子を照射することを特徴とする請求項7から請求項9のいずれか一つに記載の半導体デバイスの製造方法。
- 前記第二の工程は、前記第二の不純物領域と接するように前記P型半導体領域を形成することを特徴とする請求項7から請求項10のいずれか一つに記載の半導体デバイスの製造方法。
- 前記第二の不純物領域の幅は10μm以上とすることを特徴とする請求項7から11のいずれか一つに記載の半導体デバイスの製造方法。
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