JP3951677B2 - Semiconductor element - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子に関し、詳しくは、ライフタイムキラーとして、金(Au)が導入された半導体素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体素子、例えば、ファーストリカバリダイオード(高速ダイオード)のようなスイッチング素子の重要な素子特性の一つにスイッチングスピートがある。半導体素子のスイッチングスピートを向上させるには、例えば、キャリアのライフタイムを短くする方法が知られている。この方法は、半導体基板にライフタイムキラーとしての重金属を熱拡散して半導体基板内に結晶欠陥が生じさせることにより、キャリアの再結合中心を形成し、キャリアのライフタイムを短縮するものである。
【0003】
このようなライフタイムキラーとしての重金属には、金(Au)や白金(Pt)等があり、半導体素子に求められる特性に合わせて最適な重金属が使用される。例えば、ライフタイムキラーとしてAuを使用した場合、AuはPt等の重金属に比較してバンドギャップの再結合捕獲中心準位が深いため、逆回復時間の温度依存性が小さいという特徴がある。このため、高温でも逆回復時間を比較的短くすることができ、良好なスイッチング特性を得ることができる。また、ソフトリカバリー特性を示すという特徴もある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、n型不純物としてのリンが含まれる半導体基板に、ライフタイムキラーとしてAuを使用した場合には、順方向電圧のばらつきが大きくなってしまうという問題がある。これは、ライフタイムキラーとして拡散されたAuの濃度が局所的に増大し、半導体基板内の不純物濃度を見かけ上減少させてしまうためと考えられる。
【0005】
特に、半導体基板の表面にn型の不純物としてのリンを拡散させてn型半導体領域(例えば、チャネルストッパ)を形成すると、順方向電圧のばらつきが大きくなってしまう。このような現象は、ライフタイムキラーとしてAuを使用した場合に発生し、例えば、ライフタイムキラーとしてPtを使用した場合には発生しない。
【0006】
さらに、カソード領域を構成するn型半導体領域にn型不純物としての砒素(As)が拡散されている場合には、酸素を取り込みやすく、順方向電圧のばらつきが顕著に大きくなってしまう。
【0007】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、ライフタイムキラーとして、金(Au)を使用した場合に、順方向電圧のばらつきを抑制することができる半導体素子を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の半導体素子は、n型導電型の半導体領域からなる第1半導体領域と、前記第1半導体領域の一方の主面にエピタキシャル成長によって形成されたn型導電型の半導体領域からなる第2半導体領域と、前記第2半導体領域の所定の表面領域に形成されたp型導電型の半導体領域からなる第3半導体領域と、を有する半導体基板を備え、前記第1半導体領域、前記第2半導体領域、及び、前記第3半導体領域には、金からなるライフタイムキラーが導入され、前記第2半導体領域の所定の表面領域にリンが拡散され、前記第1半導体領域の酸素濃度が1.1×1018cm−3以下である、ことを特徴とする。
【0009】
この構成によれば、半導体基板はリンを含むとともに、金からなるライフタイムキラーが導入され、さらに第1半導体領域の酸素濃度が1.1×1018cm−3以下である。このため、第1半導体領域の一方の主面に第2半導体領域をエピタキシャル成長によって形成しても、第1半導体領域の一方の主面側に酸素が析出せず、第2半導体領域に酸素が拡散されない。したがって、順方向電圧のばらつきが抑制される。
【0011】
前記第1半導体領域は砒素が拡散されていることが好ましい。第1半導体領域に砒素が拡散されていると酸素を取り込みやすいので、順方向電圧のばらつきが顕著に大きくなりやすく、本発明の顕著な効果が得られるためである。
【0012】
前記半導体基板は、前記第2半導体領域の所定の表面領域に、前記第3半導体領域を包囲するように形成されたフィールドリミティングリングを、さらに備えてもよい。この場合、pn接合により形成される空乏層をフィールドリミティングリングの外周側にまで広げることができ、半導体素子の高耐圧化を図ることができる。
【0013】
前記半導体基板は、前記第2半導体領域の所定の表面領域に、前記フィールドリミティングリングを介して前記第3半導体領域を包囲するように形成されたチャネルストッパを、さらに備えてもよい。この場合、空乏層内の電界集中を防ぎ、これにより接合リーク電流を低下させ、半導体素子の安定動作が確保される。前記チャネルストッパは、例えば、リンが拡散されている。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の半導体素子について、いわゆるフィールドリミティングリング(FLR)及びチャネルストッパを有するファーストリカバリダイオード(以下、「ダイオード」という)の場合を例にして説明する。図1に、本実施の形態のダイオードの断面図を示す。
【0015】
図1に示すように、ダイオード1は、半導体基板2と、絶縁膜3と、上部電極4と、下部電極5と、を備えている。
【0016】
半導体基板2は、第1半導体領域としてのn型半導体領域6と、第2半導体領域としてのn型半導体領域7と、第3半導体領域としてのp型半導体領域8と、フィールドリミティングリング(FLR)9と、チャネルストッパ10と、を備えている。
【0017】
半導体基板2は、ライフタイムキラーとしての金(Au)が導入されている。ライフタイムキラーとしてのAuは、n型半導体領域6と、n型半導体領域7と、p型半導体領域8と、FLR9と、チャネルストッパ10とが形成された半導体基板2の所定の主面に蒸着、熱拡散させることにより、半導体基板2内の深さ方向全体に導入される。このように、Auが半導体基板2内に導入されるのは、Auが半導体基板2内に導入されるのに十分な大きさの拡散係数を有しているためである。
【0018】
型半導体領域6は、n型のシリコン単結晶基板から構成され、カソードコンタクト領域として機能する。n型半導体領域6は、その一方の主面、例えば、上面にn型半導体領域7をエピタキシャル成長させるための出発母材及び支持部材として機能する。このため、n型半導体領域6は、比較的肉厚、例えば、200μm〜500μmに形成されている。n型半導体領域6はn型の不純物としての砒素が1.0×1018cm−3〜1.0×1020cm−3程度のように比較的高濃度に拡散され、n型半導体領域7よりも高く設定されている。本実施の形態では、1.0×1019cm−3〜8.0×1019cm−3程度とした。
【0019】
また、n型半導体領域6の酸素濃度は、1.1×1018cm−3以下、好ましくは7.0×1017cm−3〜1.1×1018cm−3に設定されている。n型半導体領域6の酸素濃度が7.0×1017cm−3より低くなると、n型半導体領域6の製造が困難になるためである。例えば、単結晶の製造法がチョクラルスキー法(CZ法)の場合は歩留りが悪く、生産ができなくなってしまうためである。一方、n型半導体領域6の酸素濃度が1.1×1018cm−3より高くなると、順方向電圧のばらつきを抑制することができなくなるためである。本実施の形態では、n型半導体領域6の酸素濃度は、8.8×1017cm−3に設定されている。
【0020】
n型半導体領域7は、n型半導体領域6上に形成されている。n型半導体領域7は、一般的なエピタキシャル成長方法によって形成され、カソード領域として機能する。n型半導体領域7は、n型の不純物が4.0×1013cm−3〜8.0×1014cm−3程度のように比較的低濃度に拡散され、n型半導体領域6より不純物濃度の低いn型の半導体領域から構成されている。また、n型半導体領域7の厚さは、20μm〜80μmに形成されている。
【0021】
p型半導体領域8は、n型半導体領域7の所定の表面領域に形成されている。p型半導体領域8は、一般的な不純物拡散方法によって形成されている。例えば、p型の不純物(例えば、ボロン)をn型半導体領域7の上面の所定の領域に選択的に導入することにより、n型半導体領域7の上面の所定の表面領域にボロンが拡散され、この所定の表面領域にp型半導体領域8が形成される。p型半導体領域8の拡散深さは5μm〜30μmであり、不純物濃度は1.0×1017cm−3〜1.0×1019cm−3程度である。このp型半導体領域8は、ダイオード1のアノード領域として機能する。
【0022】
フィールドリミティングリング(FLR)9は、n型半導体領域7の上面に、p型半導体領域8を包囲するように環状に形成されている。FLR9は、一般的な不純物拡散方法によって形成されている。例えば、p型半導体領域8と同じp型の不純物(例えば、ボロン)を、n型半導体領域7の上面に形成されるp型半導体領域8を包囲するように環状に導入することによりFLR9が形成される。このFLR9は、例えば、p型半導体領域8を形成する工程で、同じp型の不純物(例えば、ボロン)を拡散することにより形成される。このため、FLR9とp型半導体領域8とは、その拡散深さ、不純物濃度等が実質的に等しくなっている。
【0023】
FLR9は、n型半導体領域7とp型半導体領域8との間のpn接合により形成される空乏層をFLR9の外周側にまで広げ、ダイオード1の高耐圧化を図ることができる。本実施の形態では、図1に示すように、2つのFLR9が形成されているが、FLR9の数を多くするほど、ダイオード1を高耐圧化させることができるので、ダイオード1に必要な耐圧に応じてFLR9を所定数形成することが好ましい。
【0024】
チャネルストッパ10は、n型半導体領域7の上面の外縁に、FLR9を介してp型半導体領域8を包囲するように環状に形成されている。チャネルストッパ10は、一般的な不純物拡散方法によって、n型の不純物としてのリンを、n型半導体領域7の上面の外縁に、FLR9を介してp型半導体領域8を包囲するように環状に導入することにより形成されている。このため、チャネルストッパ10の不純物濃度は、1.0×1017cm−3〜1.0×1019cm−3程度のように、n型半導体領域7の不純物濃度より高くなっている。また、チャネルストッパ10の拡散深さは5μm〜30μmである。このように、n型半導体領域7の上面の外縁にチャネルストッパ10を形成することにより表面近傍のチャネル現象を防ぎ、これにより表面リーク電流を低下させ、ダイオード1の安定動作が確保される。
【0025】
絶縁膜3は、n型半導体領域7、FLR9及びチャネルストッパ10の上面と、p型半導体領域8の上面の外周側と、を被覆するように形成されている。本実施の形態では、絶縁膜3に、例えば、熱酸化によって形成されたシリコン酸化膜が用いられている。
【0026】
上部電極4は、p型半導体領域8の上面に形成されている。上部電極4は、金属膜からなるアノード電極を構成し、p型半導体領域8(アノード領域)に電気的に接続されている。
【0027】
下部電極5は、n型半導体領域6の下面に形成されている。下部電極5は、金属膜からなるカソード電極を構成し、n型半導体領域6(カソードコンタクト領域)に電気的に接続されている。
【0028】
以上のように構成されたダイオード1は、半導体基板2にライフタイムキラーとしての金(Au)が導入され、半導体基板2(n型半導体領域7)の上面にリンが拡散されたチャネルストッパ10が形成され、n型半導体領域6に砒素が拡散されているが、n型半導体領域6の酸素濃度が8.8×1017cm−3であり、1.1×1018cm−3以下に設定されているので、順方向電圧のばらつきを抑制することができる。このように、順方向電圧のばらつきを抑制することができるのは、以下の理由により、順方向電圧がばらつくと考えられるためである。
【0029】
型半導体領域6の酸素濃度が1.1×1018cm−3を超えると、n型半導体領域6の上面にn型半導体領域7をエピタキシャル成長させるときに、n型半導体領域6の上面側に酸素が析出する。特に、n型半導体領域6に砒素が拡散されていると、n型半導体領域6に酸素が取り込まれやすいので、n型半導体領域6の上面側に酸素が析出されやすくなる。この析出された酸素は、エピタキシャル成長層に取り込まれ、n型半導体領域7に拡散する。そして、拡散された酸素は、n型半導体領域7中にリンが拡散して形成された自己格子間原子によって収縮される。特に、n型半導体領域7の表面領域にリンが拡散しているチャネルストッパ10が形成されていると、n型半導体領域7中に自己格子間原子が形成されやすく、この傾向が顕著になる。この結果、n型半導体領域7に、より多くのAuが引き寄せられて、n型半導体領域7の置換型のAu濃度がAuの固溶限度にまで上昇してしまう。このAuは、n型半導体領域7内でp型の不純物として機能する。このため、n型半導体領域7のn型不純物濃度が事実上低下して、シリーズ抵抗が増大し、この結果、順方向電圧のばらつきが大きくなると考えられるためである。
【0030】
本実施の形態では、n型半導体領域6の酸素濃度が8.8×1017cm−3に設定されており、1.1×1018cm−3以下なので、n型半導体領域6の上面側への酸素の析出、及びエピタキシャル成長層への酸素の取り込みが抑制される。このため、n型半導体領域7に酸素が拡散せず、順方向電圧のばらつきを抑制することができる。
【0031】
本発明の効果を確認するため、n型半導体領域6の酸素濃度を変化させたダイオード1について、順方向電圧のばらつきを求めた。本実施の形態では、順方向電圧のばらつきを次のように算出した。まず、n型半導体領域6の酸素濃度が実質的に同一のウエハを10枚用意する。次に、用意した各ウエハ内に形成されたダイオードの順方向電圧を測定し、各ウエハの順方向電圧の平均値を算出する。そして、算出された平均値の最大値と最小値との差を求め、この値をもって順方向電圧のばらつきとした。結果を図2に示す。
【0032】
図2に示すように、n型半導体領域6の酸素濃度が1.1×1018cm−3以下になると、順方向電圧のばらつきを0.1V以下に抑制することができる。このように、順方向電圧のばらつきが0.1V以下であれば、ダイオード1は十分に実用に供することができ、順方向電圧のばらつきが問題とはならない。一方、n型半導体領域6の酸素濃度が1.1×1018cm−3を超えると、順方向電圧のばらつきが0.1Vを超えてしまい、ダイオード1は実用に供することができない。
【0033】
本実施の形態のように、n型半導体領域6の酸素濃度を1.1×1018cm−3以下である、8.8×1017cm−3に設定した場合には、順方向電圧のばらつきが0.006Vになり、順方向電圧のばらつきを抑制することができる。一方、n型半導体領域6の酸素濃度が1.1×1018cm−3を超え、例えば、1.5×1018cm−3になると、順方向電圧のばらつきが0.14Vに達してしまい、ダイオード1は実用に供することができなくなる。
【0034】
以上説明したように、本実施の形態によれば、n型半導体領域6の酸素濃度を1.1×1018cm−3以下に設定したので、順方向電圧のばらつきを抑制することができる。
【0035】
本実施の形態によれば、n型半導体領域7の上面に、p型半導体領域8を包囲するように、FLR9が環状に形成されているので、ダイオード1の高耐圧化を図ることができる。
【0036】
本実施の形態によれば、n型半導体領域7の上面の外縁に、FLR9を介してp型半導体領域8を包囲するように、チャネルストッパ10が環状に形成されているので、ダイオード1の安定動作を確保することができる。
【0037】
なお、本発明は、上記の実施の形態に限られず、種々の変形、応用が可能である。以下、本発明に適用可能な他の実施の形態について説明する。
【0038】
上記実施の形態では、n型半導体領域7の上面(表面領域)にリンが拡散されたチャネルストッパ10を形成した場合を例に本発明を説明したが、例えば、チャネルストッパ10を形成せずに半導体基板2にリンを導入するように、半導体基板2の内部にリンを拡散してもよい。この場合にも、順方向電圧のばらつきが大きくなりやすく、本発明により順方向電圧のばらつきを抑制することができる。
【0039】
上記実施の形態では、n型半導体領域6に砒素を拡散した場合を例に本発明を説明したが、n型半導体領域6にアンチモン等が含まれていてもよい。ただし、n型半導体領域6に砒素が含まれていると酸素を取り込みやすいので、本発明の作用効果が顕著に得られる。
【0040】
上記実施の形態では、n型半導体領域7の上面にFLR9が形成されている場合を例に本発明を説明したが、例えば、FLR9が形成されていなくてもよい。
【0041】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ライフタイムキラーとして金が導入された場合に順方向電圧のばらつきを抑制することできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態のダイオードの断面図である。
【図2】本発明の実施の形態のn型半導体領域の酸素濃度と順方向電圧のばらつきとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1 ダイオード
2 半導体基板
3 絶縁膜
4 上部電極
5 下部電極
6 n型半導体領域
7 n型半導体領域
8 p型半導体領域
9 フィールドリミティングリング(FLR)
10 チャネルストッパ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor element, and more particularly to a semiconductor element in which gold (Au) is introduced as a lifetime killer.
[0002]
[Prior art]
One of important element characteristics of a switching element such as a semiconductor element, for example, a fast recovery diode (fast diode) is a switching speed. In order to improve the switching speed of the semiconductor element, for example, a method of shortening the lifetime of the carrier is known. In this method, a heavy metal as a lifetime killer is thermally diffused in a semiconductor substrate to cause crystal defects in the semiconductor substrate, thereby forming a carrier recombination center and shortening the lifetime of the carrier.
[0003]
Examples of such heavy metals as lifetime killer include gold (Au), platinum (Pt), and the like, and an optimum heavy metal is used in accordance with characteristics required for a semiconductor element. For example, when Au is used as a lifetime killer, since Au has a deeper bandgap recombination trap center level than heavy metals such as Pt, the temperature dependence of reverse recovery time is small. For this reason, the reverse recovery time can be made relatively short even at high temperatures, and good switching characteristics can be obtained. Another characteristic is that it exhibits soft recovery characteristics.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, when Au is used as a lifetime killer for a semiconductor substrate containing phosphorus as an n-type impurity, there is a problem that variations in forward voltage become large. This is thought to be because the concentration of Au diffused as a lifetime killer locally increases and apparently decreases the impurity concentration in the semiconductor substrate.
[0005]
In particular, when an n-type semiconductor region (for example, a channel stopper) is formed by diffusing phosphorus as an n-type impurity on the surface of the semiconductor substrate, the forward voltage variation increases. Such a phenomenon occurs when Au is used as a lifetime killer, and does not occur when Pt is used as a lifetime killer, for example.
[0006]
Further, when arsenic (As) as an n-type impurity is diffused in the n-type semiconductor region constituting the cathode region, oxygen is easily taken in, and the forward voltage variation becomes significantly large.
[0007]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor element capable of suppressing variations in forward voltage when gold (Au) is used as a lifetime killer. To do.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a semiconductor element of the present invention includes a first semiconductor region composed of an n-type conductivity type semiconductor region, and an n-type conductivity type formed by epitaxial growth on one main surface of the first semiconductor region. comprising a second semiconductor region comprising a semiconductor region, a third semiconductor region made of the second predetermined surface area formed on p-type conductivity type semiconductor regions of the semiconductor region, the semiconductor substrate having said first semiconductor In the region, the second semiconductor region, and the third semiconductor region, a lifetime killer made of gold is introduced , phosphorus is diffused into a predetermined surface region of the second semiconductor region, and the first semiconductor region The oxygen concentration is 1.1 × 10 18 cm −3 or less.
[0009]
According to this configuration, the semiconductor substrate contains phosphorus, a lifetime killer made of gold is introduced, and the oxygen concentration of the first semiconductor region is 1.1 × 10 18 cm −3 or less. For this reason, even if the second semiconductor region is formed on one main surface of the first semiconductor region by epitaxial growth, oxygen does not precipitate on one main surface side of the first semiconductor region, and oxygen diffuses into the second semiconductor region. Not. Therefore, variations in forward voltage are suppressed.
[0011]
Preferably, arsenic is diffused in the first semiconductor region. This is because, when arsenic is diffused in the first semiconductor region, oxygen is easily taken in, and thus the forward voltage variation is likely to be significantly increased, and the remarkable effect of the present invention can be obtained.
[0012]
The semiconductor substrate may further include a field limiting ring formed in a predetermined surface region of the second semiconductor region so as to surround the third semiconductor region. In this case, the depletion layer formed by the pn junction can be extended to the outer peripheral side of the field limiting ring, and the breakdown voltage of the semiconductor element can be increased.
[0013]
The semiconductor substrate may further include a channel stopper formed in a predetermined surface region of the second semiconductor region so as to surround the third semiconductor region via the field limiting ring. In this case, electric field concentration in the depletion layer is prevented, thereby reducing junction leakage current and ensuring stable operation of the semiconductor element. For example, phosphorus is diffused in the channel stopper.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the semiconductor device of the present invention will be described by taking as an example the case of a so-called field limiting ring (FLR) and a fast recovery diode (hereinafter referred to as “diode”) having a channel stopper. FIG. 1 shows a cross-sectional view of the diode of the present embodiment.
[0015]
As shown in FIG. 1, the diode 1 includes a semiconductor substrate 2, an insulating film 3, an upper electrode 4, and a lower electrode 5.
[0016]
The semiconductor substrate 2 includes an n + -type semiconductor region 6 as a first semiconductor region, an n-type semiconductor region 7 as a second semiconductor region, a p-type semiconductor region 8 as a third semiconductor region, and a field limiting ring ( FLR) 9 and a channel stopper 10.
[0017]
The semiconductor substrate 2 is introduced with gold (Au) as a lifetime killer. Au as a lifetime killer is formed on a predetermined main surface of the semiconductor substrate 2 on which the n + type semiconductor region 6, the n type semiconductor region 7, the p type semiconductor region 8, the FLR 9, and the channel stopper 10 are formed. It is introduced into the entire depth direction in the semiconductor substrate 2 by vapor deposition and thermal diffusion. Thus, Au is introduced into the semiconductor substrate 2 because Au has a diffusion coefficient large enough to be introduced into the semiconductor substrate 2.
[0018]
The n + type semiconductor region 6 is composed of an n + type silicon single crystal substrate and functions as a cathode contact region. The n + type semiconductor region 6 functions as a starting base material and a supporting member for epitaxially growing the n type semiconductor region 7 on one main surface, for example, the upper surface. For this reason, the n + type semiconductor region 6 is formed to have a relatively thick thickness, for example, 200 μm to 500 μm. In the n + -type semiconductor region 6, arsenic as an n-type impurity is diffused at a relatively high concentration such as about 1.0 × 10 18 cm −3 to 1.0 × 10 20 cm −3. It is set higher than 7. In the present embodiment, and a 1.0 × 10 19 cm -3 ~8.0 × 10 19 cm -3 or so.
[0019]
The oxygen concentration of the n + type semiconductor region 6 is set to 1.1 × 10 18 cm −3 or less, preferably 7.0 × 10 17 cm −3 to 1.1 × 10 18 cm −3 . . This is because if the oxygen concentration of the n + type semiconductor region 6 is lower than 7.0 × 10 17 cm −3, it becomes difficult to manufacture the n + type semiconductor region 6. For example, when the production method of the single crystal is the Czochralski method (CZ method), the yield is poor and production cannot be performed. On the other hand, when the oxygen concentration of the n + -type semiconductor region 6 is higher than 1.1 × 10 18 cm −3 , the forward voltage variation cannot be suppressed. In the present embodiment, the oxygen concentration of the n + type semiconductor region 6 is set to 8.8 × 10 17 cm −3 .
[0020]
The n-type semiconductor region 7 is formed on the n + -type semiconductor region 6. The n-type semiconductor region 7 is formed by a general epitaxial growth method and functions as a cathode region. n-type semiconductor region 7, n-type impurity is diffused in a relatively low concentration as about 4.0 × 10 13 cm -3 ~8.0 × 10 14 cm -3, from the n + -type semiconductor region 6 It is composed of an n-type semiconductor region having a low impurity concentration. The thickness of the n-type semiconductor region 7 is 20 μm to 80 μm.
[0021]
The p-type semiconductor region 8 is formed in a predetermined surface region of the n-type semiconductor region 7. The p-type semiconductor region 8 is formed by a general impurity diffusion method. For example, by selectively introducing a p-type impurity (for example, boron) into a predetermined region on the upper surface of the n-type semiconductor region 7, boron is diffused into a predetermined surface region on the upper surface of the n-type semiconductor region 7, A p-type semiconductor region 8 is formed in this predetermined surface region. The diffusion depth of the p-type semiconductor region 8 is 5 μm to 30 μm, and the impurity concentration is about 1.0 × 10 17 cm −3 to 1.0 × 10 19 cm −3 . This p-type semiconductor region 8 functions as an anode region of the diode 1.
[0022]
The field limiting ring (FLR) 9 is formed in an annular shape on the upper surface of the n-type semiconductor region 7 so as to surround the p-type semiconductor region 8. The FLR 9 is formed by a general impurity diffusion method. For example, the FLR 9 is formed by introducing the same p-type impurity (for example, boron) as the p-type semiconductor region 8 in a ring shape so as to surround the p-type semiconductor region 8 formed on the upper surface of the n-type semiconductor region 7. Is done. The FLR 9 is formed, for example, by diffusing the same p-type impurity (for example, boron) in the step of forming the p-type semiconductor region 8. For this reason, FLR 9 and p-type semiconductor region 8 have substantially the same diffusion depth, impurity concentration, and the like.
[0023]
The FLR 9 can widen the depletion layer formed by the pn junction between the n-type semiconductor region 7 and the p-type semiconductor region 8 to the outer peripheral side of the FLR 9, and increase the breakdown voltage of the diode 1. In the present embodiment, as shown in FIG. 1, two FLRs 9 are formed. However, as the number of FLRs 9 is increased, the diode 1 can have a higher breakdown voltage. Accordingly, it is preferable to form a predetermined number of FLRs 9.
[0024]
The channel stopper 10 is formed in an annular shape on the outer edge of the upper surface of the n-type semiconductor region 7 so as to surround the p-type semiconductor region 8 via the FLR 9. The channel stopper 10 introduces phosphorus as an n-type impurity in a ring shape so as to surround the p-type semiconductor region 8 via the FLR 9 at the outer edge of the upper surface of the n-type semiconductor region 7 by a general impurity diffusion method. It is formed by doing. For this reason, the impurity concentration of the channel stopper 10 is higher than the impurity concentration of the n-type semiconductor region 7 such as about 1.0 × 10 17 cm −3 to 1.0 × 10 19 cm −3 . The diffusion depth of the channel stopper 10 is 5 μm to 30 μm. As described above, the channel stopper 10 is formed on the outer edge of the upper surface of the n-type semiconductor region 7 to prevent the channel phenomenon near the surface, thereby reducing the surface leakage current and ensuring the stable operation of the diode 1.
[0025]
The insulating film 3 is formed so as to cover the upper surfaces of the n-type semiconductor region 7, the FLR 9 and the channel stopper 10 and the outer peripheral side of the upper surface of the p-type semiconductor region 8. In the present embodiment, for example, a silicon oxide film formed by thermal oxidation is used for the insulating film 3.
[0026]
The upper electrode 4 is formed on the upper surface of the p-type semiconductor region 8. The upper electrode 4 constitutes an anode electrode made of a metal film, and is electrically connected to the p-type semiconductor region 8 (anode region).
[0027]
The lower electrode 5 is formed on the lower surface of the n + type semiconductor region 6. The lower electrode 5 constitutes a cathode electrode made of a metal film, and is electrically connected to the n + type semiconductor region 6 (cathode contact region).
[0028]
The diode 1 configured as described above has a channel stopper 10 in which gold (Au) as a lifetime killer is introduced into the semiconductor substrate 2 and phosphorus is diffused on the upper surface of the semiconductor substrate 2 (n-type semiconductor region 7). is formed, arsenic to the n + -type semiconductor region 6 is diffused, the oxygen concentration of the n + -type semiconductor region 6 is 8.8 × 10 17 cm -3, 1.1 × 10 18 cm -3 or less Therefore, variations in forward voltage can be suppressed. The reason why the forward voltage variation can be suppressed in this manner is that the forward voltage is considered to vary for the following reason.
[0029]
If the oxygen concentration in the n + -type semiconductor region 6 is more than 1.1 × 10 18 cm -3, an n-type semiconductor region 7 to the upper surface of the n + -type semiconductor region 6 when the epitaxial growth, the n + -type semiconductor region 6 Oxygen precipitates on the upper surface side. In particular, the arsenic n + -type semiconductor region 6 is diffused, since oxygen is incorporated easily into n + -type semiconductor region 6, the oxygen is likely to be deposited on the upper surface of the n + -type semiconductor region 6. The precipitated oxygen is taken into the epitaxial growth layer and diffuses into the n-type semiconductor region 7. The diffused oxygen is contracted by self-interstitial atoms formed by diffusion of phosphorus in the n-type semiconductor region 7. In particular, when the channel stopper 10 in which phosphorus is diffused is formed in the surface region of the n-type semiconductor region 7, self-interstitial atoms are easily formed in the n-type semiconductor region 7, and this tendency becomes remarkable. As a result, more Au is attracted to the n-type semiconductor region 7, and the substitutional Au concentration in the n-type semiconductor region 7 rises to the solid solution limit of Au. This Au functions as a p-type impurity in the n-type semiconductor region 7. For this reason, the n-type impurity concentration of the n-type semiconductor region 7 is practically lowered, the series resistance is increased, and as a result, the forward voltage variation is considered to increase.
[0030]
In this embodiment, n + -type oxygen concentration of the semiconductor region 6 is set to 8.8 × 10 17 cm -3, since 1.1 × 10 18 cm -3 or less, the n + -type semiconductor region 6 Precipitation of oxygen on the upper surface side and incorporation of oxygen into the epitaxial growth layer are suppressed. For this reason, oxygen does not diffuse into the n-type semiconductor region 7, and variations in forward voltage can be suppressed.
[0031]
In order to confirm the effect of the present invention, the forward voltage variation was determined for the diode 1 in which the oxygen concentration of the n + type semiconductor region 6 was changed. In the present embodiment, the forward voltage variation was calculated as follows. First, ten wafers having substantially the same oxygen concentration in the n + type semiconductor region 6 are prepared. Next, the forward voltage of the diode formed in each prepared wafer is measured, and the average value of the forward voltage of each wafer is calculated. Then, the difference between the maximum value and the minimum value of the calculated average value was obtained, and this value was used as the forward voltage variation. The results are shown in FIG.
[0032]
As shown in FIG. 2, when the oxygen concentration of the n + -type semiconductor region 6 is 1.1 × 10 18 cm −3 or less, the forward voltage variation can be suppressed to 0.1 V or less. Thus, when the forward voltage variation is 0.1 V or less, the diode 1 can be sufficiently put into practical use, and the forward voltage variation is not a problem. On the other hand, when the oxygen concentration of the n + type semiconductor region 6 exceeds 1.1 × 10 18 cm −3 , the forward voltage variation exceeds 0.1 V, and the diode 1 cannot be put to practical use.
[0033]
When the oxygen concentration of the n + type semiconductor region 6 is set to 8.8 × 10 17 cm −3 which is 1.1 × 10 18 cm −3 or less as in the present embodiment, the forward voltage Variation is 0.006V, and variations in forward voltage can be suppressed. On the other hand, when the oxygen concentration of the n + type semiconductor region 6 exceeds 1.1 × 10 18 cm −3 , for example, 1.5 × 10 18 cm −3 , the forward voltage variation reaches 0.14V. As a result, the diode 1 cannot be put to practical use.
[0034]
As described above, according to the present embodiment, since the oxygen concentration of the n + type semiconductor region 6 is set to 1.1 × 10 18 cm −3 or less, variations in forward voltage can be suppressed. .
[0035]
According to the present embodiment, since the FLR 9 is formed in an annular shape so as to surround the p-type semiconductor region 8 on the upper surface of the n-type semiconductor region 7, it is possible to increase the breakdown voltage of the diode 1.
[0036]
According to the present embodiment, the channel stopper 10 is formed in an annular shape on the outer edge of the upper surface of the n-type semiconductor region 7 so as to surround the p-type semiconductor region 8 via the FLR 9. Operation can be secured.
[0037]
In addition, this invention is not restricted to said embodiment, A various deformation | transformation and application are possible. Hereinafter, other embodiments applicable to the present invention will be described.
[0038]
In the above embodiment, the present invention has been described by taking as an example the case where the channel stopper 10 in which phosphorus is diffused is formed on the upper surface (surface region) of the n-type semiconductor region 7. However, for example, the channel stopper 10 is not formed. Phosphorus may be diffused into the semiconductor substrate 2 so that phosphorus is introduced into the semiconductor substrate 2. Also in this case, the variation in the forward voltage tends to be large, and the variation in the forward voltage can be suppressed by the present invention.
[0039]
In the above embodiment, the invention has been described a case where the diffusing arsenic into n + -type semiconductor region 6 as an example, may contain antimony in the n + -type semiconductor region 6. However, if arsenic is contained in the n + type semiconductor region 6, oxygen can be easily taken in, so that the operational effect of the present invention is remarkably obtained.
[0040]
In the above embodiment, the present invention has been described by taking the case where the FLR 9 is formed on the upper surface of the n-type semiconductor region 7 as an example. However, for example, the FLR 9 may not be formed.
[0041]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to suppress variations in forward voltage when gold is introduced as a lifetime killer.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a diode according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the oxygen concentration in the n + type semiconductor region and the forward voltage variation according to the embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Diode 2 Semiconductor substrate 3 Insulating film 4 Upper electrode 5 Lower electrode 6 n + type semiconductor region 7 n type semiconductor region 8 p type semiconductor region 9 Field limiting ring (FLR)
10 Channel stopper

Claims (5)

n型導電型の半導体領域からなる第1半導体領域と、
前記第1半導体領域の一方の主面にエピタキシャル成長によって形成されたn型導電型の半導体領域からなる第2半導体領域と、
前記第2半導体領域の所定の表面領域に形成されたp型導電型の半導体領域からなる第3半導体領域と、を有する半導体基板を備え、
前記第1半導体領域、前記第2半導体領域、及び、前記第3半導体領域には、金からなるライフタイムキラーが導入され、
前記第2半導体領域の所定の表面領域にリンが拡散され、
前記第1半導体領域の酸素濃度が1.1×1018cm−3以下である、ことを特徴とする半導体素子。
a first semiconductor region comprising an n-type conductivity type semiconductor region;
A second semiconductor region comprising an n-type conductivity type semiconductor region formed by epitaxial growth on one main surface of the first semiconductor region;
A semiconductor substrate having a third semiconductor region formed of a p-type conductivity type semiconductor region formed in a predetermined surface region of the second semiconductor region,
A lifetime killer made of gold is introduced into the first semiconductor region, the second semiconductor region, and the third semiconductor region ,
Phosphorus is diffused into a predetermined surface region of the second semiconductor region;
The semiconductor element, wherein an oxygen concentration of the first semiconductor region is 1.1 × 10 18 cm −3 or less.
前記第1半導体領域は砒素が拡散されている、ことを特徴とする請求項1に記載の半導体素子。The semiconductor device according to claim 1, wherein arsenic is diffused in the first semiconductor region. 前記半導体基板は、前記第2半導体領域の所定の表面領域に、前記第3半導体領域を包囲するように形成されたフィールドリミティングリングを、さらに備える、ことを特徴とする請求項1または2に記載の半導体素子。The said semiconductor substrate is further equipped with the field limiting ring formed in the predetermined surface area | region of the said 2nd semiconductor region so that the said 3rd semiconductor region may be surrounded, The Claim 1 or 2 characterized by the above-mentioned. The semiconductor element as described. 前記半導体基板は、前記第2半導体領域の所定の表面領域に、前記フィールドリミティングリングを介して前記第3半導体領域を包囲するように形成されたチャネルストッパを、さらに備える、ことを特徴とする請求項に記載の半導体素子。The semiconductor substrate further includes a channel stopper formed in a predetermined surface region of the second semiconductor region so as to surround the third semiconductor region via the field limiting ring. The semiconductor device according to claim 3 . 前記チャネルストッパはリンが拡散されている、ことを特徴とする請求項に記載の半導体素子。The semiconductor element according to claim 4 , wherein phosphorus is diffused in the channel stopper.
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