JPH02187033A - キャリアの寿命を軸方向に調整する方法 - Google Patents
キャリアの寿命を軸方向に調整する方法Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、結晶半導体基体を含む半導体部品内のキャリ
アの寿命を軸方向に調整する方法に係る。
アの寿命を軸方向に調整する方法に係る。
従来の技術
電力用半導体部品は、スイッチング時間（オン状態から
オフ状態への移行）ができるだけ短くなければならない
一方、スイッチングロス（オン状態における電圧降下）
ができるだけ低くなければならない。これらの競合する
要求は、電荷キャリアの寿命を系統的に調整することに
よって最適化できる。現在、２つの基本的に異なる方法
がこの目的のために利用されている。
オフ状態への移行）ができるだけ短くなければならない
一方、スイッチングロス（オン状態における電圧降下）
ができるだけ低くなければならない。これらの競合する
要求は、電荷キャリアの寿命を系統的に調整することに
よって最適化できる。現在、２つの基本的に異なる方法
がこの目的のために利用されている。
その一方の方法は、例えば、Ａｕ５Ｐｔ等の通常は遷移
金属である不純物原子を制御しながら照射することであ
る。これについては、再結金種（不純物原子）は任意で
あるが、それにより生じる密度プロファイルは、半導体
結晶における不純物原子の拡散特性によって本質的に決
まる。
金属である不純物原子を制御しながら照射することであ
る。これについては、再結金種（不純物原子）は任意で
あるが、それにより生じる密度プロファイルは、半導体
結晶における不純物原子の拡散特性によって本質的に決
まる。
他方の方法は、高エネルギ粒子（電子、プロトン、ヘリ
ウム、等）による照射である。この場合は、密度プロフ
ァイルを比較的自由に選択できる。然し乍ら、このプロ
セスで生じる再結合の中心は、照射によって決まる。
ウム、等）による照射である。この場合は、密度プロフ
ァイルを比較的自由に選択できる。然し乍ら、このプロ
セスで生じる再結合の中心は、照射によって決まる。
発明の構成
本発明の目的は、結晶半導体基体を含む半導体部品内の
キャリアの寿命を軸方向に調整する方法であって、再結
合の中心及びそれに関連した密度プロファイルの両方を
比較的自由に決定できるような方法を提供することであ
る。
キャリアの寿命を軸方向に調整する方法であって、再結
合の中心及びそれに関連した密度プロファイルの両方を
比較的自由に決定できるような方法を提供することであ
る。
この目的は、本発明によれば、上記形式の方法において
、 ａ）上記半導体基体に不純物原子を拡散し、この不純物
原子は、（ｉ）格子位置では再結合アクティブでありそ
して隙間位置では再結合インアクティブであり、更に（
ｉｆ）キックアウト機構ではなくて空乏機構によって隙
間に拡散するような特性を有するものであり、 ｂ）上記半導体基体に高エネルギの粒子（６）を照射し
て、格子欠陥の所望の密度プロファイルを所定の深さに
形成し、そして Ｃ）上記拡散された不純物原子を熱的に活性化する段階
を具備することを特徴とする方法によって達成される。
、 ａ）上記半導体基体に不純物原子を拡散し、この不純物
原子は、（ｉ）格子位置では再結合アクティブでありそ
して隙間位置では再結合インアクティブであり、更に（
ｉｆ）キックアウト機構ではなくて空乏機構によって隙
間に拡散するような特性を有するものであり、 ｂ）上記半導体基体に高エネルギの粒子（６）を照射し
て、格子欠陥の所望の密度プロファイルを所定の深さに
形成し、そして Ｃ）上記拡散された不純物原子を熱的に活性化する段階
を具備することを特徴とする方法によって達成される。
Ｃｕ原子、Ａｇ原子又はＰｄ原子を不純物原子として使
用し、そしてＨｅ、Ｈｅ プロトン又はニュートロン
を照射に使用するのが好ましい。
用し、そしてＨｅ、Ｈｅ プロトン又はニュートロン
を照射に使用するのが好ましい。
本発明の更に別の効果は、請求の範囲から明らかであろ
う。
う。
実施例
添付図面を参照した以下の詳細な説明から、本発明及び
それに付随する効果が容易に明らかとなろう。
それに付随する効果が容易に明らかとなろう。
本発明を良く理解するために、幾つかの基本的な原理に
ついて最初に説明する。
ついて最初に説明する。
本発明の方法では、次のような再結合及び拡散特性を有
する不純物原子が必要とされる。
する不純物原子が必要とされる。
１、格子位置において再結合アクティブ。
２、隙間位置（隙間）において再結合インアクチイブ。
３０本質的にキックアウト機構ではなくて空乏機構（即
ち、分離）によって隙間で拡散を行なう。
ち、分離）によって隙間で拡散を行なう。
所与の不純物原子が特定の半導体結晶において有する特
性は、エネルギをベースとして確かめることができる。
性は、エネルギをベースとして確かめることができる。
シリコン結晶においてこれらの特性を有する不純物原子
は、例えば、Ｃｕ原子、Ａ ｇ Ｒ子又はＰｄ原子であ
る。Ａｇは、複合物を生成する傾向が僅かであるという
点でＣｕに勝る利点を有する。
は、例えば、Ｃｕ原子、Ａ ｇ Ｒ子又はＰｄ原子であ
る。Ａｇは、複合物を生成する傾向が僅かであるという
点でＣｕに勝る利点を有する。
Ａｕと同様に、Ａｇは、結晶シリコンの置換位置（格子
位置）において効果的な再結合中心として働く特性を有
している。然し乍ら、Ａｕの拡散とは対照的に、Ａｇの
拡散は、不所望な（軸方向にキャリアの寿命を調整する
場合に）キックアウト機構をベースとするものではなく
、空乏機構によって隙間でマチなわれる。
位置）において効果的な再結合中心として働く特性を有
している。然し乍ら、Ａｕの拡散とは対照的に、Ａｇの
拡散は、不所望な（軸方向にキャリアの寿命を調整する
場合に）キックアウト機構をベースとするものではなく
、空乏機構によって隙間でマチなわれる。
同時に、隙間に組み込まれたＡｇ原子は、再結合に関連
するプロファイルに何等影響しない。
するプロファイルに何等影響しない。
一方、空乏機構（空乏を介して拡散する分離機構：Ａ
ｇ （ｉｎｔ） ＋ｖａｃ−−＋ Ａ ｇ （ｓｕｂ）
）は、Ａｇの再結合中心を形成する。それ故、再結合
関連Ａｇ（置換Ａ ｇ ： Ａ ｇ （ｓｕｂ））の密
度プロファイルと、空乏（空所：ＶａＣ）の密度プロフ
ァイルとの間に相関関係が生じる。
ｇ （ｉｎｔ） ＋ｖａｃ−−＋ Ａ ｇ （ｓｕｂ）
）は、Ａｇの再結合中心を形成する。それ故、再結合
関連Ａｇ（置換Ａ ｇ ： Ａ ｇ （ｓｕｂ））の密
度プロファイルと、空乏（空所：ＶａＣ）の密度プロフ
ァイルとの間に相関関係が生じる。
Ｔｔ（ｔｔのある粒子（プロトン、ニュートロン、ヘリ
ウム、等）を照射することにより半導体部品内の任意に
決定した位置に空乏及び二重空乏を形成することができ
る。それ故、密度プロファイルを決定することができる
。
ウム、等）を照射することにより半導体部品内の任意に
決定した位置に空乏及び二重空乏を形成することができ
る。それ故、密度プロファイルを決定することができる
。
ここで、プロセス段階を次のようにする。
１、Ａｇを拡散しないように予め付着する。
２、高エネルギ粒子を照射する。
３、分離機構の熱的活性化を順次に行なう。
照射で生じた欠陥ゾーンにおいてＡ ｇ （ｊｎＬ）
＋ｖａｃｍ→Ａ ｇ （ｓｕｂ）のプロセスを行なう。
＋ｖａｃｍ→Ａ ｇ （ｓｕｂ）のプロセスを行なう。
このプロセスは、アニーリングプロセスＳ ｉ （ｉｎ
ｔ）＋ｖａｃ−−− Ｓ ｉ （ｓｕｂ） （’拡散す
る隙間原子自身が空所を占有する）よりも好ましい。と
いうのは、シリコン内のＡｇの拡散性が高いからである
。照射によって生じた空乏プロファイルは、置換Ａｇの
密度プロファイルに変換される。
ｔ）＋ｖａｃ−−− Ｓ ｉ （ｓｕｂ） （’拡散す
る隙間原子自身が空所を占有する）よりも好ましい。と
いうのは、シリコン内のＡｇの拡散性が高いからである
。照射によって生じた空乏プロファイルは、置換Ａｇの
密度プロファイルに変換される。
照射をそれ自身に使月した場合に生じるような空乏に比
して、置換Ａｇは再結合に関しては約１０倍も効果的で
ある。
して、置換Ａｇは再結合に関しては約１０倍も効果的で
ある。
添付図面全体にわたり同じ又は対応する部分が同じ参照
番号で示された添付図面を参照して以下に説明する。第
１ａ図ないし第１ｆ図は、本発明の好ましい実施例を示
している。
番号で示された添付図面を参照して以下に説明する。第
１ａ図ないし第１ｆ図は、本発明の好ましい実施例を示
している。
出発点は、拡散及び酸化プロセス（約５００°Ｃ以上の
温度）の後の例えばシリコンの半導体基体１である（第
１ａ図）。換言すれば、例えば、１つ以上のＰ−Ｎ接合
及びそれにより決定されるスイッチング特性を形成する
に必要な全ての拡散プロセスは既に終っている。もし、
本発明の方法段階の後に半導体基体が結果的に不当に加
熱された場合には、欠陥部がアニールによって除去され
、それにより、寿命の調整も相殺される。
温度）の後の例えばシリコンの半導体基体１である（第
１ａ図）。換言すれば、例えば、１つ以上のＰ−Ｎ接合
及びそれにより決定されるスイッチング特性を形成する
に必要な全ての拡散プロセスは既に終っている。もし、
本発明の方法段階の後に半導体基体が結果的に不当に加
熱された場合には、欠陥部がアニールによって除去され
、それにより、寿命の調整も相殺される。
先ず、不純物原子の予めの付着が行なわれる（第１ｂ図
）。例えば、Ａｇの層３が半導体基体１の表面２に付着
される。これは、例えば、蒸着、スパッタリング、ＣＶ
Ｄ 、 ’ｉｔ気付着等の良く知られたプロセスによ
って行なわれる。この予めの付着には、イオンインプラ
ンテーションも適しており、不純物原子は表面付近のシ
リコン基体領域に導入される。
）。例えば、Ａｇの層３が半導体基体１の表面２に付着
される。これは、例えば、蒸着、スパッタリング、ＣＶ
Ｄ 、 ’ｉｔ気付着等の良く知られたプロセスによ
って行なわれる。この予めの付着には、イオンインプラ
ンテーションも適しており、不純物原子は表面付近のシ
リコン基体領域に導入される。
第２に、ドライブ・インプロセスが行なわれる（第１ｃ
図）。同時に、上記予めの付着は、隙間Ａｇの密度を決
定し、ひいては、置換Δｇの密度を決定し、これは、そ
の後のプロセス段階において最大とすることができる。
図）。同時に、上記予めの付着は、隙間Ａｇの密度を決
定し、ひいては、置換Δｇの密度を決定し、これは、そ
の後のプロセス段階において最大とすることができる。
それ故、半導体部品の形式（ダイオード、サイリスタ、
等）によって決定される深さにおいて不純物原子の新値
の密度を得るように注意しなければならない。
等）によって決定される深さにおいて不純物原子の新値
の密度を得るように注意しなければならない。
第３に、ドライブ・インプロセスの後に残されている層
３の部分が除去される（第１ｃ１図）。
３の部分が除去される（第１ｃ１図）。
従って、隙間不純物原子（この場合はＡｇ）を含むゾー
ンを有す≦半導体基体１が形成される。
ンを有す≦半導体基体１が形成される。
第４に、シリコン基体１に高エネルギ粒子６、＋＋＋＋
好ましくはＨ、Ｈｅ 、 Ｈｅ 又はニュートロン
が照射される（第１ｅ図）。この照射は、格子欠陥の所
定の所望の密度プロファイルが所望の深さに形成される
ように行なわれる。それ故、隙間不純物原子を含むゾー
ン４に高い空乏密度のゾーン５が形成される。放射線量
及び隙間不純物原子の密度は、互いに合致しなければな
らず、即ち、充分な空所を使用できねばならない。
が照射される（第１ｅ図）。この照射は、格子欠陥の所
定の所望の密度プロファイルが所望の深さに形成される
ように行なわれる。それ故、隙間不純物原子を含むゾー
ン４に高い空乏密度のゾーン５が形成される。放射線量
及び隙間不純物原子の密度は、互いに合致しなければな
らず、即ち、充分な空所を使用できねばならない。
半導体基体の照射それ自体は良く知られている。それ故
、このプロセス段階はここでは詳細に述べない。
、このプロセス段階はここでは詳細に述べない。
更に、隙間不純物原子は熱的に活性化される（第１ｆ図
）。このプロセス段階は、半導体部品の全製造プロセス
に種々の方法で組み込まれる。
）。このプロセス段階は、半導体部品の全製造プロセス
に種々の方法で組み込まれる。
第１の態様において、熱的な活性化は、金属化部分の焼
結と同時に行なわれる。それ故、照射は、金属化段階の
前に行なわれる。
結と同時に行なわれる。それ故、照射は、金属化段階の
前に行なわれる。
第２の態様においては、予めの付着部分を除去した後で
あって且つ高エネルギ粒子６を照射する前に金属化部分
が付着される。照射の後に、不純物原子の熱的な活性化
を同時に行なうような半導体部品の不動態化が行なわれ
る。
あって且つ高エネルギ粒子６を照射する前に金属化部分
が付着される。照射の後に、不純物原子の熱的な活性化
を同時に行なうような半導体部品の不動態化が行なわれ
る。
更に、第３の態様では、予めの付着物を除去した後であ
って且つ高エネルギ粒子６を照射する前に半導体部品の
不動態化が行なわれる。照射の後に、２００℃ないし４
００℃の温度でアニールすることにより熱的な活性化が
行なわれる。
って且つ高エネルギ粒子６を照射する前に半導体部品の
不動態化が行なわれる。照射の後に、２００℃ないし４
００℃の温度でアニールすることにより熱的な活性化が
行なわれる。
第２及び第３の態様は、金属化部分を付着する前の照射
面の損傷が回避されるという点で第１の態様に勝る効果
を有している。充分に高い照射線量において主として起
こり得る損傷は、金属化の質に否定的な影響を及ぼす。
面の損傷が回避されるという点で第１の態様に勝る効果
を有している。充分に高い照射線量において主として起
こり得る損傷は、金属化の質に否定的な影響を及ぼす。
熱的な活性化は、最初の２つの態様においては、金属化
部分の焼結又は不動態化部分の焼成と各々同時に行なわ
れるが、第３の態様では、付加的なアニール段階が必要
である。
部分の焼結又は不動態化部分の焼成と各々同時に行なわ
れるが、第３の態様では、付加的なアニール段階が必要
である。
本発明によるキャリア寿命の＄１整は、特定の形式の半
導体部品に限定されない。これは、簡単なダイオード構
造体及び複雑なサイリスタ構造体の両方に適用すること
ができる。
導体部品に限定されない。これは、簡単なダイオード構
造体及び複雑なサイリスタ構造体の両方に適用すること
ができる。
又、本発明は、■−■又はＩＩ−Ｖｌ半導体部品の場合
にも使用できる。
にも使用できる。
最後に、本発明は、スイッチング特性を最適化する目的
で、特に、順方向電圧降下とスイッチング時間との兼ね
合いをとる目的で、非常に広範囲な半導体部品形式に適
用できる方法を提供することが明らかであろう。
で、特に、順方向電圧降下とスイッチング時間との兼ね
合いをとる目的で、非常に広範囲な半導体部品形式に適
用できる方法を提供することが明らかであろう。
上記した技術に鑑み、本発明の範囲内で種々の変更や修
正がなされ得る。それ故、特許請求の範囲内で、上記と
は別のやり方で本発明を実施できることを理解されたい
。
正がなされ得る。それ故、特許請求の範囲内で、上記と
は別のやり方で本発明を実施できることを理解されたい
。
第１ａ図ないし第１ｆ図は、本発明による方法の本質的
なプロセス段階を示す図であるｌ・・・半導体基体 ２・・・表面 ３・・・層 ４・・・隙間不純物原子を含むゾーン ５・・・高い空乏密度のゾーン ６・・・高エネルギ粒子 ＦＩＧ、１
なプロセス段階を示す図であるｌ・・・半導体基体 ２・・・表面 ３・・・層 ４・・・隙間不純物原子を含むゾーン ５・・・高い空乏密度のゾーン ６・・・高エネルギ粒子 ＦＩＧ、１
Claims (10)
- （１）結晶半導体基体を含む半導体部品内のキャリアの
寿命を軸方向に調整する方法において、ａ）上記半導体
基体に不純物原子を拡散し、この不純物原子は、（ｉ）
格子位置では再結合アクティブでありそして隙間位置で
は再結合インアクティブであり、更に（ｉｉ）キックア
ウト機構ではなくて空乏機構によって隙間に拡散するよ
うな特性を有するものであり、 ｂ）上記半導体基体に高エネルギの粒子（６）を照射し
て、格子欠陥の所望の密度プロファイルを所定の深さに
形成し、そして ｃ）上記拡散された不純物原子を熱的に活性化する段階
を具備することを特徴とする方法。 - （２）上記半導体基体はシリコン基体である請求項１に
記載の方法。 - （３）上記半導体基体に不純物原子を拡散するために、 ａ）半導体基体の表面に不純物原子を予め付着し、そし
て ｂ）ドライブ・インプロセスを行なって、所望の密度の
不純物原子を所定の深さに形成する請求項１に記載の方
法。 - （４）上記予めの付着は、イオンインプランテーション
によって行なう請求項３に記載の方法。 - （５）上記半導体基体に不純物原子を拡散するために、 ａ）上記半導体基体の表面に不純物原子を付着すること
によって予めの付着を行ない、 ｂ）ドライブ・インプロセスの後に残っている上記予め
の付着物の部分を除去する請求項３に記載の方法。 - （６）上記熱的な活性化は、金属化部分の焼結と同時に
行なう請求項１に記載の方法。 - （７）上記金属化部分は、不純物原子を拡散した後であ
って且つ高エネルギ粒子（６）を照射する前に付着し、
そして不純物原子の熱的な活性化を同時に行なう半導体
部品の不動態化を照射の後に実行する請求項１に記載の
方法。 - （８）不動態化は、不純物原子を拡散した後であって且
つ高エネルギ粒子（６）を照射する前に行ない、そして
熱的な活性化は、照射後に２００℃と４００℃との間の
温度でアニールすることによって実行する請求項１に記
載の方法。 - （９）Ｃｕ原子、Ａｇ原子又はＰｄ原子を不純物原子と
して使用する請求項２に記載の方法。 - （１０）Ｈｅ、Ｈｅプロトン又はニュート ロンを照射に使用する請求項１に記載の方法。
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