JP4647202B2 - diode - Google Patents

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Description

本発明は、特に高速ダイオードに関するものである。   The present invention particularly relates to high speed diodes.

高速ダイオード(Fast Recovery Diode;略称「FRD」という。Free Wheel Diode(略称「FWD」という。)を含む。)は、モータ制御用のインバータ装置などの電力制御装置において、MOSFETやIGBT等のスイッチング素子に逆並列に接続されて用いられているなど広い用途を有する。
特許文献1段落0028に記載の数2で表されているように、ON時(従ってFRDのターンオフ時)のスイッチングエネルギーJは、逆回復時間(trr)の2乗に比例するとの見方もあり、FRDの逆回復時間(trr)は、高応答性のみならずスイッチング損失に大きく影響するものである。また、FRDの逆回復時の電流・電圧の振動は、素子破壊やノイズの原因となり電力制御装置の低ノイズ性に影響する。
電力制御装置としては高応答、低損失で低ノイズのスイッチング特性を有するものが望まれる。しかし、近年の電子電気産業の発展に伴い益々大電圧、大電流の制御を強いられるようになってきた電力制御装置においては、それらのスイッチング特性を維持向上することが困難になるばかりであり、特性の要求に加え安価でコンパクトな製品を求める市場ニーズがこの状況に拍車をかけている。
かかる状況を受け、FRDにあっては逆回復時間(trr)の短縮化、ソフトリカバリー特性の改善が益々重要度を増しつつある。また、周知のようにFRDとしては高耐圧、順方向電圧降下(VF)の低いのものが望まれる。
A fast recovery diode (abbreviated as “FRD”, including Free Wheel Diode (abbreviated as “FWD”)) is a switching element such as a MOSFET or IGBT in a power control device such as an inverter device for motor control. It has a wide range of uses, such as being connected in reverse parallel to.
As expressed by Equation 2 described in paragraph 0028 of Patent Document 1, there is a view that the switching energy J at the time of ON (and therefore at the time of FRD turn-off) is proportional to the square of the reverse recovery time (trr), The FRD reverse recovery time (trr) greatly affects not only high response but also switching loss. In addition, current / voltage oscillation during reverse recovery of FRD causes element destruction and noise, which affects the low noise property of the power control apparatus.
As a power control device, a device having high response, low loss, and low noise switching characteristics is desired. However, in power control devices that have become increasingly forced to control large voltages and large currents with the development of the electronic and electrical industry in recent years, it has become difficult to maintain and improve their switching characteristics. Market demands for cheap and compact products in addition to the demands for characteristics have spurred this situation.
Under such circumstances, in FRD, shortening the reverse recovery time (trr) and improving the soft recovery characteristics are becoming increasingly important. As is well known, an FRD having a high breakdown voltage and a low forward voltage drop (VF) is desired.

従来、FRDとして種々の構造が提案されている。
非特許文献1には、図20に示すSPEED(Self Adapting P-Emittor Efficiency Diode)が開示されている。
Conventionally, various structures have been proposed as FRDs.
Non-Patent Document 1 discloses SPEED ( Self Adapting P-Emittor Efficiency Diode) shown in FIG.

また、特許文献2〜4には、N+半導体基板上に形成されたN-エピタキシャル半導体層のN+基板側に不純物濃度の高い層(特許文献4においてN1層)が設けられた半導体装置が開示されている。特許文献4によれば、N1層を含むダイオードを用いることにより逆回復時の逆電流の最大振幅IRM、電圧サージVRM及び過渡振動が低下するとされており、従ってソフトリカバリー特性の改善が望める。
特開平6−253529号公報 特開昭57−37886号公報 特開昭58−39070号公報 特開昭58−182277号公報 [ISPSD'93,pp.199〜204,Comparison of High Voltage Power Rectifier Structures, by M.Mehretra & B.J.Baliga]
Patent Documents 2 to 4 disclose a semiconductor device in which a layer having a high impurity concentration (N 1 layer in Patent Document 4) is provided on the N + substrate side of an N epitaxial semiconductor layer formed on an N + semiconductor substrate. Is disclosed. According to Patent Document 4, the maximum amplitude I RM of reverse current, reverse voltage surge V RM, and transient vibration during reverse recovery are reduced by using a diode including an N 1 layer. I can hope.
JP-A-6-253529 Japanese Patent Laid-Open No. 57-37886 JP 58-39070 A JP 58-182277 A [ISPSD'93, pp.199-204, Comparison of High Voltage Power Rectifier Structures, by M. Mehretra & BJBaliga]

しかしながら以上の従来技術にあっては、厳しい市場ニーズに適う製品として提供するためには、耐圧維持構造、逆回復特性、簡易な製造プロセスへの適用性について克服すべき点が多かった。   However, in the above prior art, in order to provide a product that meets strict market needs, there are many points to be overcome with respect to the pressure withstand structure, reverse recovery characteristics, and applicability to a simple manufacturing process.

本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、高速でソフトな逆回復特性、高耐圧で逆方向漏れ電流の少ない逆阻止性、低いVF特性を有し、簡素なプラナー技術の製造プロセスで低コストに製造可能な高速ダイオードを提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above problems in the prior art, and has a high-speed and soft reverse recovery characteristic, a high breakdown voltage, a reverse blocking characteristic with little reverse leakage current, and a low VF characteristic, and a simple planer. It is an object to provide a high-speed diode that can be manufactured at a low cost by a manufacturing process of technology.

上記課題を解決するための請求項1記載の発明は、(1)N型の半導体基板の表面上にエピタキシャル成長により半導体膜が形成されたダイオードであって、
(2)前記半導体膜は、
前記半導体基板より低い不純物濃度を有するN型の半導体層(以下「N型中間濃度層」という。)と、
前記半導体基板の反対側でN型中間濃度層に連続して該半導体膜表面まで形成され、N型中間濃度層より低い不純物濃度を有するN型の半導体層(以下「N型低濃度層」という。)とを有し、
(3)一のパターンの酸化膜マスクを用いて、N型低濃度層の表面へP型不純物を選択的に導入することによりP型領域及びこれを多重に包囲するP型のガードリングが形成され、
(4)他の一のパターンの酸化膜マスクを用いて、前記P型領域の表面へP型不純物を選択的に導入することにより前記P型領域より高濃度で浅く複数のP型高濃度領域が形成され、
(5)前記P型領域及びP型高濃度領域に接続するアノード電極金属膜と、
前記半導体基板の裏面に被着するカソード電極金属膜とを備え、
(6)電子線照射によりライフタイムキラーが導入されてなり、
(7)前記ガードリングの数をm、最内周のガードリングから外側に向かってi番目に当たるガードリングをGRiとし(但し、i=1〜m)、前記P型領域と最内周のガードリングGR1との間隔をd1、GRiとGR(i+1)との間隔d(i+1)としたとき、di<d(i+1)であり(但し、i=1〜(m−1))、
(8)GRiの線幅をgiとしたとき、gi=g(i+1)<gmであり(但し、i=1〜(m−2))、
(9)最外周のガードリングを除くガードリングが絶縁膜により覆われ、前記絶縁膜の開口部を介して最外周のガードリングに接続するリング状の電極金属膜及び前記アノード電極金属膜が前記絶縁膜上でフィールド・プレートを形成し、
(10)前記フィールド・プレートは、前記絶縁膜上の領域であって最外周のガードリングを除くガードリングの上方領域において互いに隔絶され、
(11)上記(9)の絶縁膜は、上記(3)の酸化膜マスクと、上記(3)の酸化膜マスクの開口部に露出する前記半導体膜表面が酸化されて形成されてなる酸化膜を含むダイオードである。
The invention according to claim 1 for solving the above problem is (1) a diode in which a semiconductor film is formed by epitaxial growth on the surface of an N-type semiconductor substrate,
(2) The semiconductor film is
An N-type semiconductor layer (hereinafter referred to as “N-type intermediate concentration layer”) having an impurity concentration lower than that of the semiconductor substrate;
An N-type semiconductor layer (hereinafter referred to as “N-type low-concentration layer”) formed on the opposite side of the semiconductor substrate to the surface of the semiconductor film continuously to the N-type intermediate concentration layer and having a lower impurity concentration than the N-type intermediate concentration layer. And)
(3) By selectively introducing P-type impurities into the surface of the N-type low concentration layer using an oxide film mask having one pattern, a P-type region and a P-type guard ring surrounding the P-type region are formed. And
(4) A plurality of P-type high-concentration regions that are higher in concentration and shallower than the P-type region by selectively introducing P-type impurities into the surface of the P-type region using another oxide mask of another pattern Formed,
(5) an anode electrode metal film connected to the P-type region and the P-type high concentration region;
A cathode electrode metal film deposited on the back surface of the semiconductor substrate;
(6) Lifetime killer is introduced by electron beam irradiation,
(7) The number of the guard rings is m, the guard ring that hits the i-th outward from the innermost guard ring is GRi (where i = 1 to m), and the P-type region and the innermost guard when the distance between the distance between the ring GR1 d1, GRi and GR (i + 1) was d (i + 1), a di <d (i + 1) ( where, i = 1~ (m-1 )),
(8) When the line width of GRi is gi, gi = g (i + 1) <gm (where i = 1 to (m−2)),
(9) The guard ring excluding the outermost guard ring is covered with an insulating film, and the ring-shaped electrode metal film and the anode electrode metal film connected to the outermost guard ring through the opening of the insulating film are A field plate is formed on the insulating film,
(10) The field plates are isolated from each other in a region on the insulating film and above the guard ring excluding the outermost guard ring,
(11) The insulating film of (9) is an oxide film formed by oxidizing the oxide film mask of (3) and the surface of the semiconductor film exposed in the opening of the oxide film mask of (3). It is a diode containing.

請求項2記載の発明は、一のP型高濃度領域(最外周に配置されるものを除く)に最も近い他のP型高濃度領域が合計6つであり、当該他のP型高濃度領域の中心が前記一のP型高濃度領域の中心を中心とする正六角形の各頂点に一つずつ分配された配置規則が前記複数のP型高濃度領域の全部又は一部に適用されてなることを特徴とする請求項1記載のダイオードである   According to the second aspect of the present invention, there are a total of six other P-type high concentration regions closest to one P-type high concentration region (excluding those arranged on the outermost periphery), and the other P-type high concentration regions An arrangement rule in which the center of the region is distributed to each vertex of a regular hexagon centering on the center of the one P-type high concentration region is applied to all or part of the plurality of P-type high concentration regions. The diode according to claim 1, wherein

請求項記載の発明は、一方でN型低濃度層の不純物濃度分布に連続し、他方で半導体基板側のN型高濃度層の不純物濃度分布に連続するN型中間濃度層の不純物濃度分布が、全体として、N型低濃度層の不純物濃度に対してスロープ状に漸した分布を成していることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のダイオードである。 According to the third aspect of the present invention, the impurity concentration distribution of the N-type intermediate concentration layer is continuous on the one hand with the impurity concentration distribution of the N-type low concentration layer and on the other hand with the impurity concentration distribution of the N-type high concentration layer on the semiconductor substrate side. but as a whole, a diode according to claim 1 or claim 2, characterized in that it forms a gradually increasing the distributed sloped with respect to the impurity concentration of the N-type low concentration layer.

本発明によれば、N型中間濃度層やSPEED構造、電子線照射によるライフタイムキラーの導入により優れたON,OFF特性が得られるとともに、多重ガードリングによる優れた耐圧維持構造がP型領域の形成プロセスとともに形成されるので、高速でソフトな逆回復特性、高耐圧で逆方向漏れ電流の少ない逆阻止性、低いVF特性を有し、簡素なプラナー技術の製造プロセスで低コストに製造可能な高速ダイオード実現することができるという効果がある。   According to the present invention, an excellent ON / OFF characteristic can be obtained by introducing an N-type intermediate concentration layer, a SPEED structure, and a lifetime killer by electron beam irradiation, and an excellent breakdown voltage maintaining structure by a multiple guard ring can be obtained in the P-type region. Since it is formed together with the forming process, it has high-speed, soft reverse recovery characteristics, high withstand voltage, reverse blocking characteristics with little reverse leakage current, and low VF characteristics, and can be manufactured at low cost with a simple planar technology manufacturing process There is an effect that a high-speed diode can be realized.

以下に本発明の一実施の形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。図1は本発明の一実施形態のFRDを示す半身断面図(図面下部)と半身平面図(図面上部)である。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The following is one embodiment of the present invention and does not limit the present invention. FIG. 1 is a half-body sectional view (lower part of the drawing) and a half-body plan view (upper part of the drawing) showing the FRD of one embodiment of the present invention.

(1)基本構成
図1に示すように本FRDは、N型不純物としてリンを含むシリコンからなる半導体基板1上にN型不純物としてリンを含むシリコンからなる半導体膜2がエピタキシャル成長により形成されたウエファを利用して構成される。
半導体膜2にはN型中間濃度層(以下「N1層」)3と、N型低濃度層(以下「N-層」)4と、P-型活性領域5と、m重に形成されたガードリングGR1〜GRmと、P+型活性領域6と、N+チャネルストップ領域7とが形成されている。
(1) Basic Configuration As shown in FIG. 1, this FRD is a wafer in which a semiconductor film 2 made of silicon containing phosphorus as an N-type impurity is epitaxially grown on a semiconductor substrate 1 made of silicon containing phosphorus as an N-type impurity. It is configured using.
An n-type intermediate concentration layer (hereinafter referred to as “N 1 layer”) 3, an N-type low concentration layer (hereinafter referred to as “N layer”) 4, and a P -type active region 5 are formed on the semiconductor film 2 in m layers. Further, guard rings GR1 to GRm, a P + type active region 6 and an N + channel stop region 7 are formed.

1層3は半導体基板1より低い不純物濃度を有する。N1層3は半導体膜2の成膜工程及びその後の数度の不純物再分布によりN-層4より高濃度に形成されてできる。N1層3の不純物濃度分布がN-層4の不純物濃度分布に対しステップ状又はスロープ状に高濃度になるようにN1層3を高濃度に形成する。
-層4は、半導体基板1の反対側でN1層3に連続して半導体膜2表面まで形成されている。N-層4は、N型中間濃度層より低い不純物濃度を有する。
The N 1 layer 3 has a lower impurity concentration than the semiconductor substrate 1. The N 1 layer 3 can be formed at a higher concentration than the N layer 4 by the process of forming the semiconductor film 2 and subsequent impurity redistribution several times. The N 1 layer 3 is formed at a high concentration so that the impurity concentration distribution of the N 1 layer 3 is higher than the impurity concentration distribution of the N layer 4 in a stepped or sloped manner.
The N layer 4 is formed to the surface of the semiconductor film 2 continuously from the N 1 layer 3 on the opposite side of the semiconductor substrate 1. N layer 4 has a lower impurity concentration than the N-type intermediate concentration layer.

-型活性領域5及びガードリングGR1〜GRmは、同一パターンの酸化膜マスクを用いてP型不純物が導入されて形成されるもので、同一のプロセスにより形成できる。
-型活性領域5は素子中央に形成される。P-型活性領域5の周囲はm個のガードリングGR1〜GRmによってm重に包囲されている。
最内周のガードリングGR1から外側に向かってi番目に当たるガードリングをGRi(但し、i=1〜m)、P-型活性領域5と最内周のガードリングGR1との間隔をd1、GRiとGR(i+1)との間隔とd(i+1)としたとき、di<d(i+1)である(但し、i=1〜(m−1))。すなわち、この間隔di(i=1〜m)は外側ほど漸増している。
また、GRiの線幅をgiとしたとき、gi=g(i+1)<gmである(但し、i=1〜(m−2))。すなわち、最外周のガードリングGRmの線幅gmが最も太くされ、その他のガードリングGR1〜GR(m−1)の線幅g1〜g(m−1)は等しくされている。
The P -type active region 5 and the guard rings GR1 to GRm are formed by introducing P-type impurities using an oxide film mask having the same pattern, and can be formed by the same process.
The P -type active region 5 is formed at the center of the element. The periphery of the P -type active region 5 is surrounded m times by m guard rings GR1 to GRm.
The i-th guard ring that hits the outer side from the innermost guard ring GR1 is GRi (where i = 1 to m), and the distance between the P -type active region 5 and the innermost guard ring GR1 is d1, GRi And GR (i + 1) and d (i + 1), where di <d (i + 1) (where i = 1 to (m−1)). That is, the distance di (i = 1 to m) gradually increases toward the outside.
Further, when the line width of GRi is gi, gi = g (i + 1) <gm (where i = 1 to (m−2)). That is, the line width gm of the outermost guard ring GRm is the largest, and the line widths g1 to g (m−1) of the other guard rings GR1 to GR (m−1) are equal.

+型活性領域6は、他のパターンの酸化膜マスクを用いてP-型活性領域5の表面へP型不純物が導入されて形成されるもので、P-型活性領域5より高濃度で浅く複数形成されている。
複数のP+型活性領域6は所定の配置規則によりP-型活性領域5の形成範囲内で等間隔に分散配置されている。
+型チャネルストップ領域7は、半導体層2の表層最外周部にガードリングGRmと間隔d(m+1)を隔てて不純物導入により形成される。d(m+1)>dmとされている。
The P + -type active region 6 is formed by introducing P-type impurities into the surface of the P -type active region 5 using an oxide film mask of another pattern, and has a higher concentration than the P -type active region 5. Shallowly formed.
The plurality of P + -type active regions 6 are distributed at regular intervals within the formation range of the P -type active regions 5 according to a predetermined arrangement rule.
The N + type channel stop region 7 is formed by introducing impurities at the outermost peripheral portion of the surface layer of the semiconductor layer 2 with a gap d (m + 1) from the guard ring GRm. d (m + 1)> dm.

さらに本FRDは、シリコン酸化膜8と、アノード電極9と、フィールド・プレート電極10と、チャネルストッパ側等電位リング電極11と、カソード電極12を備える。
シリコン酸化膜8は、中央と外周に開口部を有する。中央開口部はP-型活性領域5の外周縁より内側で開口し複数のP+型活性領域6を露出させる。外周開口部は最外周のガードリングGRmの上でその中央を露出させるようにガードリングGRmより細い線幅でリング状に開口する。また、シリコン酸化膜8の外周縁が素子外周より内側に形成されることによりN+型チャネルストップ領域7が露出する。PSG(リン・珪酸・ガラス)保護膜(図示せず)は、このシリコン酸化膜8上に同一範囲に重ねて敷設されている。
アノード電極9は、シリコン酸化膜8の上記中央開口部を介してP+型活性領域6及び
-型活性領域5(外周縁を除く)に接続している。アノード電極9の外周縁はシリコン
酸化膜8及びPSG膜からなる絶縁膜上に形成されている。
The FRD further includes a silicon oxide film 8, an anode electrode 9, a field plate electrode 10, a channel stopper side equipotential ring electrode 11, and a cathode electrode 12.
Silicon oxide film 8 has an opening at the center and periphery. The central opening is opened inside the outer peripheral edge of the P -type active region 5 and exposes a plurality of P + -type active regions 6. The outer peripheral opening is opened in a ring shape with a line width narrower than that of the guard ring GRm so as to expose the center of the outermost guard ring GRm. Further, since the outer peripheral edge of the silicon oxide film 8 is formed inside the outer periphery of the element, the N + type channel stop region 7 is exposed. A PSG (phosphorus / silicate / glass) protective film (not shown) is laid on the silicon oxide film 8 in the same range.
The anode electrode 9 is connected to the P + type active region 6 and the P type active region 5 (excluding the outer peripheral edge) through the central opening of the silicon oxide film 8. The outer peripheral edge of the anode electrode 9 is formed on an insulating film made of a silicon oxide film 8 and a PSG film.

フィールド・プレート電極10は、シリコン酸化膜8の上記外周開口部を介してガードリングGRmに接続するアノード側の等電位リング電極である。フィールド・プレート電極10の内周縁及び外周縁はシリコン酸化膜8及びPSG膜からなる絶縁膜上に形成されている。
チャネルストッパ側等電位リング電極11は、シリコン酸化膜8の外周縁の外側に露出するN+型チャネルストップ領域7に接続しており、カソードとほぼ同電位に保持され、その内周縁はシリコン酸化膜8及びPSG膜からなる絶縁膜上に形成されている。
フィールド・プレート電極10とチャネルストッパ側等電位リング電極11は全周に亘って等間隔を保って形成されている。これにより局所放電等による局所破壊が起きにくくなる。カソード電極11は、半導体基板1の裏面に被着している。以上の電極の材料として主材料としてアルミニウムが使用されている。例えば、Al/Ti/Ni/Au,Al/Ti/Ni/Ag等の複合膜が適用される。
The field plate electrode 10 is an equipotential ring electrode on the anode side connected to the guard ring GRm through the outer peripheral opening of the silicon oxide film 8. The inner and outer peripheral edges of the field plate electrode 10 are formed on an insulating film made of the silicon oxide film 8 and the PSG film.
The channel stopper side equipotential ring electrode 11 is connected to the N + type channel stop region 7 exposed outside the outer peripheral edge of the silicon oxide film 8, and is held at substantially the same potential as the cathode. It is formed on the insulating film made of the film 8 and the PSG film.
The field plate electrode 10 and the channel stopper side equipotential ring electrode 11 are formed at equal intervals over the entire circumference. As a result, local breakdown due to local discharge is less likely to occur. The cathode electrode 11 is attached to the back surface of the semiconductor substrate 1. Aluminum is used as the main material as the material of the above electrodes. For example, a composite film such as Al / Ti / Ni / Au and Al / Ti / Ni / Ag is applied.

最終絶縁保護膜(図示せず)はアノード電極9の縁部から素子外周に掛けて敷設されて、フィールド・プレート電極10とチャネルストッパ側等電位リング電極11を被覆し、電気的・機械的負荷から素子表面を保護する。最終絶縁保護膜としては、シリコン窒化物やPSG膜を用いることができる。   A final insulating protective film (not shown) is laid from the edge of the anode electrode 9 to the outer periphery of the element, covers the field plate electrode 10 and the channel stopper side equipotential ring electrode 11, and is electrically and mechanically loaded. The surface of the element is protected from. A silicon nitride or PSG film can be used as the final insulating protective film.

図1に示すように本FRDはプレーナ技術により製作されるもので、P-型活性領域5、ガードリングGR1〜GRm及びP+型活性領域6の下端縁部は丸みを帯びており曲面接合を構成する。 As shown in FIG. 1, this FRD is manufactured by planar technology. The lower edge of the P -type active region 5, the guard rings GR1 to GRm and the P + -type active region 6 is rounded and has a curved surface. Constitute.

(2)製造方法
次に、図2及び図3を参照して本FRDの主要な製造工程につき説明する。図2及び図3は本発明の一実施形態のFRDを製造する主要工程における断面図である。
(2) Manufacturing Method Next, main manufacturing steps of the FRD will be described with reference to FIGS. 2 and 3 are cross-sectional views in the main process for manufacturing the FRD of one embodiment of the present invention.

まず、図2(1)に示すように、N+型の半導体基板1上にエピタキシャル成長させたN-型の半導体層2を有するウエファを酸化させ、その表裏にシリコン酸化膜21a,22を形成する。 First, as shown in FIG. 2A, a wafer having an N type semiconductor layer 2 epitaxially grown on an N + type semiconductor substrate 1 is oxidized, and silicon oxide films 21a and 22 are formed on both sides thereof. .

次に、図2(2)に示すように、半導体層2表面のシリコン酸化膜21aを周知のリソグラフィ・エッチング技術を用いて開口し酸化膜マスクパターン21bとする。さらに、酸化膜マスクパターン21bをマスクとしてボロンを半導体層2にイオン注入する。ボロン注入後、熱拡散しボロンを活性化させるとともにウエファ表面を再酸化させシリコン酸化膜21cを形成する。以上によりP-型活性領域5及びガードリングGR1〜GRmが形成される。 Next, as shown in FIG. 2B, the silicon oxide film 21a on the surface of the semiconductor layer 2 is opened using a known lithography / etching technique to form an oxide film mask pattern 21b. Further, boron is ion-implanted into the semiconductor layer 2 using the oxide film mask pattern 21b as a mask. After the boron implantation, the silicon oxide film 21c is formed by thermally diffusing and activating boron and reoxidizing the wafer surface. Thus, the P type active region 5 and the guard rings GR1 to GRm are formed.

次に図2(3)に示すように、シリコン酸化膜21cを周知のリソグラフィ・エッチング技術を用いて所定のドットパターンで開口し、これをマスクとしてボロンをP-型活性領域5にイオン注入する。ボロン注入後、熱拡散しボロンを活性化させるとともにウエファ表面を再酸化させシリコン酸化膜21dを形成する。これにより複数のP+型活性領域6が形成される。 Next, as shown in FIG. 2 (3), the silicon oxide film 21c is opened with a predetermined dot pattern using a well-known lithography etching technique, and boron is ion-implanted into the P -type active region 5 using this as a mask. . After boron implantation, thermal diffusion is performed to activate boron and the wafer surface is re-oxidized to form a silicon oxide film 21d. Thereby, a plurality of P + -type active regions 6 are formed.

次に、半導体酸化膜21dの周縁部を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する。これにより開口した開口部を介してリンをイオン注入し、N+型チャネルストップ層7を形成する。リンのイオン注入後、熱拡散しリンを活性化させるとともにウエファ表面を再酸化膜させシリコン酸化膜21eを形成する。 Next, the periphery of the semiconductor oxide film 21d is etched and opened using a well-known photolithography technique. Thus, phosphorus is ion-implanted through the opening, thereby forming the N + type channel stop layer 7. After phosphorus ion implantation, thermal diffusion is performed to activate phosphorus, and the wafer surface is re-oxidized to form a silicon oxide film 21e.

次に、図3(4)に示すように、PSG膜23aを形成する。   Next, as shown in FIG. 3D, a PSG film 23a is formed.

次に図3(5)に示すように、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23a及びシリコン酸化膜21eを開口し、PSG膜23b及びシリコン酸化膜8とする。PSG膜23b及びシリコン酸化膜8の開口部を介して上述した電極金属膜9,10,11をそれぞれP-型活性領域5、P+型活性領域6、ガードリングGRm及びN+型チャネルストップ領域7に接続するように形成する。 Next, as shown in FIG. 3 (5), the PSG film 23a and the silicon oxide film 21e are opened to form the PSG film 23b and the silicon oxide film 8 by using a known lithography / etching / metal film forming technique. The electrode metal films 9, 10 and 11 described above are formed through the openings of the PSG film 23b and the silicon oxide film 8 so that the P type active region 5, the P + type active region 6, the guard ring GRm, and the N + type channel stop region, respectively. 7 to be connected.

次に、ウエファ裏面を研削する。これにより、裏面のシリコン酸化膜22は除去される。   Next, the back surface of the wafer is ground. Thereby, the silicon oxide film 22 on the back surface is removed.

その後、図3(5)に示すようにウエファ裏面に上述したカソード電極12を形成する。さらに、図3(5)に示すように最終絶縁保護膜24を形成する。中央のアノード電極9は露出させておく。最終絶縁保護膜24としては、シリコン窒化物やPSG膜を用いることができる。   Thereafter, the cathode electrode 12 described above is formed on the back surface of the wafer as shown in FIG. Further, a final insulating protective film 24 is formed as shown in FIG. The central anode electrode 9 is exposed. As the final insulating protective film 24, silicon nitride or a PSG film can be used.

以上のようにして形成された素子に対しライフタイムキラーを導入するための電子線照射を行う。なお、電子線は表面側から照射すれば足りるが、本願発明者らは実験により裏面側から照射しても結果に大差はないことを確認している。   Electron beam irradiation for introducing a lifetime killer is performed on the element formed as described above. In addition, although it is sufficient to irradiate the electron beam from the front surface side, the inventors of the present application have confirmed by experiments that there is no great difference in the result even when the electron beam is irradiated from the back surface side.

(3)P型活性領域の平面的構造
次に、平面視におけるP+型活性領域6の配置につき説明する。図4は、図1においてP-型活性領域5及びP+型活性領域6が形成された領域内の半導体層2表面の部分拡大図である。
図4(a)に示すようにドット状のP+型活性領域6が均等分散配置されている。本実施形態に適用される配置規則は、一のP+型活性領域6a(最外周に配置されるものを除く)に最も近い他のP+型活性領域6bが合計6つであり、当該他のP+型活性領域6bの中心が前記一のP+型活性領域6aの中心を中心とする正六角形の各頂点に一つずつ分配された配置規則である。これによりP型活性領域を均質に構成でき、電界、電流の局所集中が防がれるので、特に耐圧向上に有効である。
(3) Planar structure of P-type active region Next, the arrangement of the P + -type active region 6 in plan view will be described. FIG. 4 is a partially enlarged view of the surface of the semiconductor layer 2 in the region where the P -type active region 5 and the P + -type active region 6 are formed in FIG.
As shown in FIG. 4A, dot-like P + -type active regions 6 are arranged in an evenly distributed manner. The arrangement rule applied to this embodiment is a total of six other P + type active regions 6b closest to one P + type active region 6a (excluding those arranged on the outermost periphery). The arrangement rule is such that the center of each P + -type active region 6b is distributed to each vertex of a regular hexagon centering on the center of the one P + -type active region 6a. As a result, the P-type active region can be formed uniformly, and local concentration of electric field and current is prevented, which is particularly effective for improving the breakdown voltage.

ここで、図4(a)に示すようにパターンピッチをa、パターン間隔をbとする。なお、cは酸化膜マスクの開口の直径を示す。開口から導入される不純物は横方向にも拡散するため、c<aとされる。
正六角形は6つの合同な正三角形に分割できるから、図4(a)に示す正六角形から図4(b)に示すように一つの正三角形を取り出して考える。この正三角形の面積をS、この正三角形のうち、P+型活性領域6の面積をSp+、P-型活性領域5の面積をSp-とすると、次式1〜6が成り立つ。
〈式1〉:S=(√3)a2/4
〈式2〉:Sp+=π(a−b)2/8
〈式3〉:Sp-=S−Sp+=(√3)a2/4−π{(a−b)2}/8
〈式4〉:Sp+/S=π{(a−b)2}/{2(√3)a2
〈式5〉:Sp-/S=1−Sp+/S
〈式6〉:Sp+/Sp-=π{(a−b)2}/〔2(√3)a2−π{(a−b)2}〕
Here, as shown in FIG. 4A, the pattern pitch is a, and the pattern interval is b. In addition, c shows the diameter of the opening of an oxide film mask. Since the impurity introduced from the opening diffuses in the lateral direction, c <a.
Since a regular hexagon can be divided into six congruent regular triangles, one regular triangle is taken out from the regular hexagon shown in FIG. 4A as shown in FIG. 4B. When the area of the equilateral triangle is S, and the area of the P + -type active region 6 is Sp + and the area of the P -type active region 5 is Sp − in the equilateral triangle, the following expressions 1 to 6 are established.
<Formula 1>: S = (√3) a 2/4
<Expression 2>: Sp + = π ( a-b) 2/8
<Expression 3>: Sp = S−Sp + = (√3) a 2 / 4−π {(ab) 2 } / 8
<Formula 4>: Sp + / S = π {(ab) 2 } / {2 (√3) a 2 }
<Formula 5>: Sp / S = 1−Sp + / S
<Formula 6>: Sp + / Sp = π {(ab) 2 } / [2 (√3) a 2 −π {(ab) 2 }]

+型活性領域6の分布領域全体は、図4(b)に示す正三角形を単位とする繰返しパターンで形成されるものと近似できるから、上記式4〜6の比についてはP+型活性領域6の分布領域全体についても近似的に成り立つものとして扱うことができる。 P + -type active whole distribution area of the region 6, because can be approximated as being formed in a repeating pattern in units of equilateral triangle shown in FIG. 4 (b), the ratio of the above formula 4-6 P + -type active The entire distribution region of the region 6 can also be treated as being approximately established.

(4)シミュレーション
(4−1)条件と結果
次に上記実施形態に従うデバイスの耐圧構造について行ったシミュレーションを開示する。図5に、本シミュレーションの計算対象領域の断面構造を示した。計算対象領域はX方向0〜450μm、Y方向-2.5〜130μmの領域となる。同領域に2次元不純物の濃度分布線が示される。ガードリング数m=8である。
図6には縦方向の不純物濃度曲線を示した。図6に示されるように不純物濃度曲線は平坦部と傾斜部が交互に連続するステップ状に推移する。N1層3の平坦部とN-層4の平坦部との間の傾斜部はN-層4側と評価し、N-層4の平坦部とN+層の平坦部との間の急峻な傾斜部はN+層側と評価する。したがって、N1層3とN-層4の境界線は65μm、N-層4とN+層の境界線は115μmと評価できる。P-層、すなわち、P-型活性領域5及びガードリングGR1〜GR8の深さは共通で5μmである。なお、N-層4の不純物濃度分布は傾斜部と平坦部とからなるステップ状のほか、図6中に破線で示すような傾斜部のみのスロープ状を採用しても良い結果が得られる。
(4) Simulation (4-1) Conditions and Results Next, a simulation performed on the breakdown voltage structure of the device according to the above embodiment will be disclosed. FIG. 5 shows a cross-sectional structure of the calculation target region of this simulation. The calculation target area is an area of 0 to 450 μm in the X direction and −2.5 to 130 μm in the Y direction. A two-dimensional impurity concentration distribution line is shown in the same region. The guard ring number m = 8.
FIG. 6 shows a vertical impurity concentration curve. As shown in FIG. 6, the impurity concentration curve changes in a step shape in which flat portions and inclined portions are alternately continued. The inclined portion between the flat portion of the N 1 layer 3 and the flat portion of the N layer 4 is evaluated as the N layer 4 side, and the steep portion between the flat portion of the N layer 4 and the flat portion of the N + layer is evaluated. The slanted part is evaluated as the N + layer side. Therefore, the boundary line between the N 1 layer 3 and the N layer 4 can be evaluated as 65 μm, and the boundary line between the N layer 4 and the N + layer can be evaluated as 115 μm. The depth of the P layer, that is, the P type active region 5 and the guard rings GR1 to GR8 is 5 μm in common. Note that the impurity concentration distribution of the N layer 4 can be obtained by adopting a step shape composed of an inclined portion and a flat portion, or a slope shape having only an inclined portion as indicated by a broken line in FIG.

逆方向電圧印加シミュレーション(耐圧計算シミュレーション)を行った。逆電圧1200V印加時における電位分布及び電界分布を計算した。2次元電位分布図(図7)、深さ0.1μmの横方向の電位分布図(図8)及び電界分布図(図9)、並びに、縦方向電界分布図(図10)を示した。逆方向電圧−電流曲線(耐圧計算結果)を図11に示した。   Reverse voltage application simulation (withstand voltage calculation simulation) was performed. The potential distribution and electric field distribution when applying a reverse voltage of 1200 V were calculated. A two-dimensional potential distribution diagram (FIG. 7), a lateral potential distribution diagram (FIG. 8) and an electric field distribution diagram (FIG. 9) having a depth of 0.1 μm, and a vertical electric field distribution diagram (FIG. 10) are shown. A reverse voltage-current curve (withstand voltage calculation result) is shown in FIG.

(4−2)評価
本発明のFRDは、di<d(i+1)である(但し、i=1〜(m−1))。本シミュレーションにおいてはm=8であるから、d1<d2<d3・・・・d6<d7<d8である。これにより図7、8からもわかるように、di≧d(i+1)とする場合に比較して電位線間隔の不均一さが解消できるとともに、電位線の局率を大きくすることができる。したがって、電位線の集中、すなわち、電界の局所集中を防ぎ高耐圧な構造とすることができる。
(4-2) Evaluation The FRD of the present invention is di <d (i + 1) (where i = 1 to (m−1)). Since m = 8 in the present simulation, d1 <d2 <d3... D6 <d7 <d8. As can be seen from FIGS. 7 and 8, the nonuniformity of the potential line spacing can be eliminated and the locality of the potential line can be increased as compared with the case of di ≧ d (i + 1). Therefore, concentration of potential lines, that is, local concentration of electric field can be prevented, and a high breakdown voltage structure can be obtained.

図9に示されるように、電界強度の極大点は10点となった。内側から1点目は主接合(すなわち、P-型活性領域5とN-層4よりなるPN接合)の側端で約1.7E+05(V/cm)となった。2点目、3点目はGR1外端、GR2外端で約2.24E+05(V/cm)となり最大電界強度を示した。4〜9点目はGR3〜GR8の各外端で次第に低くなりGR8外端で約6E+05(V/cm)と、極大値としては最小となった。10点目はフィールド・プレート電極10の外端でやや上昇し約8E+05(V/cm)となったが極大値としては2番目に低い値となった。全体としては1点目から9点目の極大点が上に凸な円弧状に近い分布となった。 As shown in FIG. 9, the maximum point of the electric field intensity was 10 points. The first point from the inside was about 1.7E + 05 (V / cm) at the side end of the main junction (that is, the PN junction comprising the P -type active region 5 and the N layer 4). The second and third points showed a maximum electric field strength of about 2.24E + 05 (V / cm) at the outer end of GR1 and the outer end of GR2. The 4th to 9th points gradually decreased at the outer ends of GR3 to GR8, and were about 6E + 05 (V / cm) at the outer end of GR8, which was the minimum value. The tenth point slightly increased at the outer end of the field plate electrode 10 to about 8E + 05 (V / cm), but the maximum value was the second lowest value. As a whole, the distribution of the local maximum points from the first point to the ninth point was close to an upwardly convex arc shape.

デバイス運転中、最外周のガードリングGR8は最大電荷の発生点となったり、残留キャリアの集中箇所となったりと過酷な条件にさらされる1つの弱部(破壊の発生しやすい箇所)となる。フィールド・プレート電極端部は表面の電界に影響を受けやすく他の1つの弱部となる。主接合端部は主電流の回復時に電流の集中が起こりやすく他の1つの弱部となる。一方、GR1〜GR7はシリコン酸化膜8により保護されており電気的に安定しやすい。
本デバイスの耐圧維持構造により、上記3点の弱部の電界強度が抑えられ、安定な中盤のGR1〜GR7に比較的大きく負担させることとなり、より高く安定な耐圧特性を得ることができる。
また図11に示すように、本デバイスによればブレークダウン電圧は1400Vと十分高いものとなり、逆阻止時逆漏れ電流が少ない逆方向電圧−電流曲線が得られ、高耐圧で逆方向漏れ電流の少ない優れた逆阻止性が得られる。
以上の効果が得られたのは、本発明に従い、di<d(i+1)とし(但し、i=1〜(m−1))、gi=g(i+1)<gmとし(但し、i=1〜(m−2))、フィールド・プレート(フィールド・プレート電極10の酸化膜8上の部分及びアノード電極9の酸化膜8上の部分)による電界緩和効果を利用したことによる。
During the device operation, the outermost guard ring GR8 becomes one weak part (a place where breakage is likely to occur) that is exposed to severe conditions such as the generation point of the maximum charge or the concentration of residual carriers. The end of the field plate electrode is susceptible to the electric field on the surface and becomes another weak part. The main junction end portion tends to concentrate current when the main current is recovered, and becomes another weak portion. On the other hand, GR1 to GR7 are protected by the silicon oxide film 8 and are easily electrically stable.
The device's breakdown voltage maintaining structure suppresses the electric field strength at the three weak points described above, and places a relatively large burden on the stable midboard GR1 to GR7, so that a higher and more stable breakdown voltage characteristic can be obtained.
Further, as shown in FIG. 11, according to this device, the breakdown voltage is sufficiently high as 1400 V, and a reverse voltage-current curve with a small reverse leakage current at the time of reverse blocking is obtained. Less excellent reverse blocking properties can be obtained.
The above effects were obtained in accordance with the present invention, where di <d (i + 1) (where i = 1 to (m−1)) and gi = g (i + 1) <gm (where i = 1). To (m-2)), by utilizing the electric field relaxation effect by the field plate (the portion of the field plate electrode 10 on the oxide film 8 and the portion of the anode electrode 9 on the oxide film 8).

(5)実験
(5−1)条件及び結果
次に上記実施形態に従う実施例及び比較例の耐圧構造について行った実験を開示する。本実験ではデバイスを試作し諸特性の測定を行った。図12(a)に使用したウエファの仕
様をまとめた表を、(b)に各サンプルの条件をまとめた表を、図13にサンプルの寸法を
示す。酸化膜マスクの開口の直径c=4として直径6μmのドットパターンにP+型活性
領域6を形成し、パターンピッチa=20μm、パターン間隔b=14μmとした。
-型活性領域5を形成するためのイオン注入においては注入量を1×1013(1/cm2)又は5×1013(1/cm2)とし、いずれの場合も200(KeV)により行い、1
150℃で300分のアニールを行った。P+型活性領域6は5×10 14 (1/cm2)の
注入量で150(KeV)により行い、1050℃で60分のアニールを行った。図14に各P型層の不純物濃度分布を示す。
(5) Experiment (5-1) Conditions and Results Next, experiments conducted on the pressure-resistant structures of Examples and Comparative Examples according to the above embodiment will be disclosed. In this experiment, we fabricated a device and measured various characteristics. FIG. 12A shows a table summarizing the specifications of the wafer used, FIG. 12B shows a table summarizing the conditions of each sample, and FIG. 13 shows sample dimensions. The P + -type active region 6 was formed in a dot pattern having a diameter of 6 μm with the diameter c = 4 of the oxide film mask opening, and the pattern pitch a = 20 μm and the pattern interval b = 14 μm.
In the ion implantation for forming the P -type active region 5, the implantation amount is set to 1 × 10 13 (1 / cm 2 ) or 5 × 10 13 (1 / cm 2 ), and in either case, 200 (KeV) 1
Annealing was performed at 150 ° C. for 300 minutes. The P + type active region 6 was subjected to 150 (KeV) with an implantation amount of 5 × 10 14 (1 / cm 2 ) and annealed at 1050 ° C. for 60 minutes. FIG. 14 shows the impurity concentration distribution of each P-type layer.

図15に主要特性を測定した結果をまとめた表を示す。測定項目は、逆方向IR=10(μA)通電時の電圧VR(V)、順方向IF=400(A)通電時の電圧VF(V)、逆回復時間trr(ns)のほか、以下に説明するta、tb、Irrm、Qrr、 dIr/dt、Errである。
図16に各特性パラメータの説明を補足する波形図を示した。逆回復電流の極大値をIrrmとする。電流波形とt軸との交点t0、Irrmになる時点をt1、電流波形上の0.5 Irrmと0.9 Irrmの時の点を通る直線とt軸との交点をt2として、t0〜t1がta(ns)、t1〜t2をtb(ns)とする。trr=ta+tbとする。Qrrは逆回復時電流波形とt軸とにより囲まれた面積を示す。電流波形上の0.5 Irrmと0.9 Irrmの時の点を通る直線の傾きをdIr/dtとし、これが緩やかであるほどソフトリカバリーである。Errは逆回復時の電流と電圧の積でありターン・オフ時の損失に相当する。
また、ターン・オフ時の条件を、IF=400(A)から、−dIF/dt=1000(A/ns)の速さでVR=750(V)までスイッチする条件として測定した。
サンプルNo.27の逆回復波形を図17に、サンプルNo.30の逆回復波形を図18に示した。また、サンプルNo.27の逆回復波形とサンプルNo.30の逆回復波形を図19に重ねて表示した。
FIG. 15 shows a table summarizing the results of measuring the main characteristics. The measurement items are voltage VR (V) when energizing reverse IR = 10 (μA), voltage VF (V) when energizing forward IF = 400 (A), reverse recovery time trr (ns), and the following: These are ta, tb, Irrm, Qrr, dIr / dt, and Err.
FIG. 16 shows a waveform diagram supplementing the explanation of each characteristic parameter. The maximum value of the reverse recovery current is Irrm. T0 to t1 is ta (ns), where t1 is the point of intersection of current waveform and t-axis, t1 is the point when Irrm is reached, t2 is the point of intersection of the t-axis with the straight line passing the 0.5 Irrm and 0.9 Irrm points on the current waveform. ), T1 to t2 are tb (ns). It is assumed that trr = ta + tb. Qrr represents the area surrounded by the current waveform during reverse recovery and the t-axis. The slope of the straight line passing through the points at 0.5 Irrm and 0.9 Irrm on the current waveform is dIr / dt. Err is a product of current and voltage at the time of reverse recovery, and corresponds to a loss at turn-off.
The turn-off condition was measured as a condition for switching from IF = 400 (A) to VR = 750 (V) at a speed of −dIF / dt = 1000 (A / ns).
The reverse recovery waveform of sample No. 27 is shown in FIG. 17, and the reverse recovery waveform of sample No. 30 is shown in FIG. In addition, the reverse recovery waveform of sample No. 27 and the reverse recovery waveform of sample No. 30 are displayed superimposed on FIG.

(5−2)評価
図15に示すVR、trr、Irrm、Qrr、 dIr/dt、ErrのいずれについもサンプルNo.27よりサンプルNo.30の方が良好で、図17〜19に示したとおりサンプルNo.27よりサンプルNo.30の方が良好な逆回復波形が得られたという結果が示すとおり、サンプルNo.30の方が高耐圧な逆阻止性と、ソフトリカバリーで短trr、損失が少ないという逆回復特性を有することが確認できた。
(5-2) Evaluation For all of VR, trr, Irrm, Qrr, dIr / dt, and Err shown in FIG. 15, sample No. 30 is better than sample No. 27, as shown in FIGS. As shown in the results that sample No. 30 has a better reverse recovery waveform than sample No. 27, sample No. 30 has higher reverse withstand voltage, soft recovery and shorter trr and loss. It was confirmed that the reverse recovery characteristic was small.

図1は本発明の一実施形態のFRDを示す半身断面図(図面下部)と半身平面図(図面上部)である。FIG. 1 is a half-body sectional view (lower part of the drawing) and a half-body plan view (upper part of the drawing) showing the FRD of one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態のFRDを製造する主要工程における断面図である。It is sectional drawing in the main process which manufactures FRD of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態のFRDを製造する図2に続く主要工程における断面図である。It is sectional drawing in the main processes following FIG. 2 which manufactures FRD of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る半導体層2表面の部分拡大図である。It is the elements on larger scale of the surface of the semiconductor layer 2 which concerns on one Embodiment of this invention. シミュレーションの計算対象領域の断面構造図である。It is a sectional structure figure of the calculation object field of simulation. シミュレーション対象デバイスの縦方向の不純物濃度曲線である。It is the impurity concentration curve of the vertical direction of the simulation object device. シミュレーション対象デバイスの逆電圧1200V印加時における2次元電位分布図である。It is a two-dimensional electric potential distribution figure at the time of reverse voltage 1200V application of the simulation object device. シミュレーション対象デバイスの逆電圧1200V印加時における深さ0.1μmの横方向の電位分布図である。It is a potential distribution diagram in the lateral direction with a depth of 0.1 μm when a reverse voltage of 1200 V is applied to the simulation target device. シミュレーション対象デバイスの逆電圧1200V印加時における深さ0.1μmの横方向の電界分布図である。It is a horizontal electric field distribution map of depth 0.1 micrometer at the time of reverse voltage 1200V application of the simulation object device. シミュレーション対象デバイスの逆電圧1200V印加時における縦方向電界分布図である。It is a vertical direction electric field distribution map at the time of reverse voltage 1200V application of a simulation object device. シミュレーション対象デバイスの逆方向電圧−電流曲線である。It is a reverse direction voltage-current curve of the simulation object device. 実験サンプルの試作条件を記載した表である。It is the table | surface which described the trial production conditions of the experiment sample. 実験サンプルの寸法を示した平面図である。It is the top view which showed the dimension of the experiment sample. 実験サンプルにおける各P型層の不純物濃度分布図である。It is an impurity concentration distribution map of each P-type layer in an experimental sample. 実験サンプルの主要特性を測定した結果をまとめた表である。It is the table | surface which put together the result of having measured the main characteristics of the experiment sample. 実験で採用した各特性パラメータの説明を補足する波形図である。It is a wave form diagram which supplements description of each characteristic parameter employ | adopted in experiment. 実験サンプルNo.27の逆回復波形図である。It is a reverse recovery waveform figure of experiment sample No.27. 実験サンプルNo.30の逆回復波形図である。It is a reverse recovery waveform figure of experiment sample No.30. 実験サンプルNo.27の逆回復波形とサンプルNo.30の逆回復波形を重ねて表示した波形図である。FIG. 14 is a waveform diagram in which a reverse recovery waveform of experimental sample No. 27 and a reverse recovery waveform of sample No. 30 are displayed in an overlapping manner. 従来技術のSPEEDを示す断面図である。It is sectional drawing which shows SPEED of a prior art.

符号の説明Explanation of symbols

1…半導体基板 2…半導体層 3…N型中間濃度層(略称「N1層」) 4…N型低濃度層(略称「N-層」) 5…P-型活性領域 GR1〜GRm…ガードリング 6…P+型活性領域 7…N+チャネルストップ領域 8…シリコン酸化膜 9…アノード電極 10…フィールド・プレート電極 11…チャネルストッパ側等電位リング電極 12…カソード電極 23b…PSG膜 24…最終絶縁保護膜 1 ... semiconductor substrate 2 ... semiconductor layer 3 ... N-type intermediate concentration layer (abbreviated "N 1 layer") 4 ... N-type low concentration layer (abbreviated "N - layer") 5 ... P - -type active region GR1~GRm ... guard Ring 6 ... P + type active region 7 ... N + channel stop region 8 ... silicon oxide film 9 ... anode electrode 10 ... field plate electrode 11 ... channel stopper side equipotential ring electrode 12 ... cathode electrode 23b ... PSG film 24 ... final Insulating protective film

Claims (3)

(1)N型の半導体基板の表面上にエピタキシャル成長により半導体膜が形成されたダイオードであって、
(2)前記半導体膜は、
前記半導体基板より低い不純物濃度を有するN型の半導体層(以下「N型中間濃度層」という。)と、
前記半導体基板の反対側でN型中間濃度層に連続して該半導体膜表面まで形成され、N型中間濃度層より低い不純物濃度を有するN型の半導体層(以下「N型低濃度層」という。)とを有し、
(3)一のパターンの酸化膜マスクを用いて、N型低濃度層の表面へP型不純物を選択的に導入することによりP型領域及びこれを多重に包囲するP型のガードリングが形成され、
(4)他の一のパターンの酸化膜マスクを用いて、前記P型領域の表面へP型不純物を選択的に導入することにより前記P型領域より高濃度で浅く複数のP型高濃度領域が形成され、
(5)前記P型領域及びP型高濃度領域に接続するアノード電極金属膜と、
前記半導体基板の裏面に被着するカソード電極金属膜とを備え、
(6)電子線照射によりライフタイムキラーが導入されてなり、
(7)前記ガードリングの数をm、最内周のガードリングから外側に向かってi番目に当たるガードリングをGRiとし(但し、i=1〜m)、前記P型領域と最内周のガードリングGR1との間隔をd1、GRiとGR(i+1)との間隔d(i+1)としたとき、di<d(i+1)であり(但し、i=1〜(m−1))、
(8)GRiの線幅をgiとしたとき、gi=g(i+1)<gmであり(但し、i=1〜(m−2))、
(9)最外周のガードリングを除くガードリングが絶縁膜により覆われ、前記絶縁膜の開口部を介して最外周のガードリングに接続するリング状の電極金属膜及び前記アノード電極金属膜が前記絶縁膜上でフィールド・プレートを形成し、
(10)前記フィールド・プレートは、前記絶縁膜上の領域であって最外周のガードリングを除くガードリングの上方領域において互いに隔絶され、
(11)上記(9)の絶縁膜は、上記(3)の酸化膜マスクと、上記(3)の酸化膜マスクの開口部に露出する前記半導体膜表面が酸化されて形成されてなる酸化膜を含むダイオード。
(1) A diode in which a semiconductor film is formed by epitaxial growth on the surface of an N-type semiconductor substrate,
(2) The semiconductor film is
An N-type semiconductor layer (hereinafter referred to as “N-type intermediate concentration layer”) having an impurity concentration lower than that of the semiconductor substrate;
An N-type semiconductor layer (hereinafter referred to as “N-type low-concentration layer”) formed on the opposite side of the semiconductor substrate to the surface of the semiconductor film continuously to the N-type intermediate concentration layer and having a lower impurity concentration than the N-type intermediate concentration layer. And)
(3) By selectively introducing P-type impurities into the surface of the N-type low concentration layer using an oxide film mask having one pattern, a P-type region and a P-type guard ring surrounding the P-type region are formed. And
(4) A plurality of P-type high-concentration regions that are higher in concentration and shallower than the P-type region by selectively introducing P-type impurities into the surface of the P-type region using another oxide mask of another pattern Formed,
(5) an anode electrode metal film connected to the P-type region and the P-type high concentration region;
A cathode electrode metal film deposited on the back surface of the semiconductor substrate;
(6) Lifetime killer is introduced by electron beam irradiation,
(7) The number of the guard rings is m, the guard ring that hits the i-th outward from the innermost guard ring is GRi (where i = 1 to m), and the P-type region and the innermost guard when the distance between the distance between the ring GR1 d1, GRi and GR (i + 1) was d (i + 1), a di <d (i + 1) ( where, i = 1~ (m-1 )),
(8) When the line width of GRi is gi, gi = g (i + 1) <gm (where i = 1 to (m−2)),
(9) The guard ring excluding the outermost guard ring is covered with an insulating film, and the ring-shaped electrode metal film and the anode electrode metal film connected to the outermost guard ring through the opening of the insulating film are A field plate is formed on the insulating film,
(10) The field plates are isolated from each other in a region on the insulating film and above the guard ring excluding the outermost guard ring,
(11) The insulating film of (9) is an oxide film formed by oxidizing the oxide film mask of (3) and the surface of the semiconductor film exposed in the opening of the oxide film mask of (3). Including diodes.
一のP型高濃度領域(最外周に配置されるものを除く)に最も近い他のP型高濃度領域が合計6つであり、当該他のP型高濃度領域の中心が前記一のP型高濃度領域の中心を中心とする正六角形の各頂点に一つずつ分配された配置規則が前記複数のP型高濃度領域の全部又は一部に適用されてなることを特徴とする請求項1記載のダイオード。 There are a total of six other P-type high-concentration regions closest to one P-type high-concentration region (excluding those arranged on the outermost periphery), and the center of the other P-type high-concentration region is the one P-type high-concentration region. The arrangement rule distributed one by one to each vertex of a regular hexagon centering on the center of the type high concentration region is applied to all or part of the plurality of P type high concentration regions. 1. The diode according to 1. 一方でN型低濃度層の不純物濃度分布に連続し、他方で半導体基板側のN型高濃度層の不純物濃度分布に連続するN型中間濃度層の不純物濃度分布が、全体として、N型低濃度層の不純物濃度に対してスロープ状に漸増した分布を成していることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のダイオード。 On the other hand, the impurity concentration distribution of the N-type intermediate concentration layer, which is continuous with the impurity concentration distribution of the N-type low concentration layer and on the other hand, is continuous with the impurity concentration distribution of the N-type high concentration layer on the semiconductor substrate side. 3. The diode according to claim 1, wherein the diode has a slope-like distribution with respect to the impurity concentration of the concentration layer.
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