JPH08186277A - 高速ダイオードの製造方法 - Google Patents
高速ダイオードの製造方法Info
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- JPH08186277A JPH08186277A JP33883294A JP33883294A JPH08186277A JP H08186277 A JPH08186277 A JP H08186277A JP 33883294 A JP33883294 A JP 33883294A JP 33883294 A JP33883294 A JP 33883294A JP H08186277 A JPH08186277 A JP H08186277A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】逆回復時のｄｉ／ｄｔがＳｏｆｔ−Ｒｅｃｏｖ
ｅｒｙ特性を有し、逆回復時間の小さいダイオードを得
ることにある。 【構成】Ｐ+ 層面より逆回復電荷を小さくするためのラ
イフタイムキラーを熱拡散にて導入し、ウエフアの厚み
方向のライフタイムキラーの濃度分布がＰ+ 層からＮ+
層に向って段階的に減少するような勾配を持ったダイオ
ードでＮ+ 層とＮ層を電気的に短絡したことにある。
ｅｒｙ特性を有し、逆回復時間の小さいダイオードを得
ることにある。 【構成】Ｐ+ 層面より逆回復電荷を小さくするためのラ
イフタイムキラーを熱拡散にて導入し、ウエフアの厚み
方向のライフタイムキラーの濃度分布がＰ+ 層からＮ+
層に向って段階的に減少するような勾配を持ったダイオ
ードでＮ+ 層とＮ層を電気的に短絡したことにある。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は高速ダイオードの製造法
に係り、本願発明者が先に出願し特公平２−34190 号公
報、「高速ダイオード」（後述する）に開示したものよ
り一層の良好な特性が得られるようにＮ（バッフア）層
を設け、逆回復時のゆるやか（Ｓｏｆｔ Ｒｅｃｏｖｅ
ｒｙ）化を更に改善したものである。
に係り、本願発明者が先に出願し特公平２−34190 号公
報、「高速ダイオード」（後述する）に開示したものよ
り一層の良好な特性が得られるようにＮ（バッフア）層
を設け、逆回復時のゆるやか（Ｓｏｆｔ Ｒｅｃｏｖｅ
ｒｙ）化を更に改善したものである。
【０００２】
【従来の技術】最近急速な電力用半導体工業の進歩に伴
い、ターンオフタイム５μsec 以下のサイリスタが出現
しつつある。電圧形インバータに適用する際には、サイ
リスタに逆並列にダイオードを接続して使用することが
一般的である。ターンオフタイムの小さいサイリスタに
逆並列接続して使用されるダイオードは、サイリスタの
ターンオフタイム能力に対応した高速度電流しゃ断能力
を持ち、かつ逆回復電荷が小さい、更にＳ０ｆｔ Ｒｅ
ｃｏｖｅｒｙ特性を有する素子（逆回復電荷の小さい素
子）が要求される。逆回復電荷Ｑｒ＝Ｔｒ×ｉｒｐ／２
で表現されるので、高速ダイオードに要求される特性は
次の二点である。なおＴｒは逆回復時間、ｉｒｐは逆回
復時のピーク電流である。
い、ターンオフタイム５μsec 以下のサイリスタが出現
しつつある。電圧形インバータに適用する際には、サイ
リスタに逆並列にダイオードを接続して使用することが
一般的である。ターンオフタイムの小さいサイリスタに
逆並列接続して使用されるダイオードは、サイリスタの
ターンオフタイム能力に対応した高速度電流しゃ断能力
を持ち、かつ逆回復電荷が小さい、更にＳ０ｆｔ Ｒｅ
ｃｏｖｅｒｙ特性を有する素子（逆回復電荷の小さい素
子）が要求される。逆回復電荷Ｑｒ＝Ｔｒ×ｉｒｐ／２
で表現されるので、高速ダイオードに要求される特性は
次の二点である。なおＴｒは逆回復時間、ｉｒｐは逆回
復時のピーク電流である。
【０００３】（１） 逆回復時間の小さいこと。更に転
流時のサイリスタ側に再印加されるピーク電圧はダイオ
ードの逆回復電荷の影響を受け、ダイオードの逆回復電
荷が大きいほど上昇するので、より高い定格電圧のサイ
リスタが必要となり、サイリスタ応用技術上、逆回復電
荷の大きいダイオードは好ましくない。
流時のサイリスタ側に再印加されるピーク電圧はダイオ
ードの逆回復電荷の影響を受け、ダイオードの逆回復電
荷が大きいほど上昇するので、より高い定格電圧のサイ
リスタが必要となり、サイリスタ応用技術上、逆回復電
荷の大きいダイオードは好ましくない。
【０００４】（２） 逆回復時のピーク電流が小さくそ
のｄｉ／ｄｔが、Ｓｏｆｔ Ｒｅｃｏｖｅｒｙであるこ
と。即ちダイオードの逆回復時のｄｉ／ｄｔが急峻な特
性（Ｓｎａｐ−ｏｆｆ）では転流時にサイリスタに再印
加される電圧は高いｄｖ／ｄｔを持った電圧が印加さ
れ、サイリスタのｄｖ／ｄｔ特性をおびやかすことにな
り、サイリスタ応用技術面からＳｎａｐ−ｏｆｆ特性を
有するダイオードは好ましくない。
のｄｉ／ｄｔが、Ｓｏｆｔ Ｒｅｃｏｖｅｒｙであるこ
と。即ちダイオードの逆回復時のｄｉ／ｄｔが急峻な特
性（Ｓｎａｐ−ｏｆｆ）では転流時にサイリスタに再印
加される電圧は高いｄｖ／ｄｔを持った電圧が印加さ
れ、サイリスタのｄｖ／ｄｔ特性をおびやかすことにな
り、サイリスタ応用技術面からＳｎａｐ−ｏｆｆ特性を
有するダイオードは好ましくない。
【０００５】以上の点を改良したものが前述した特公平
２−34190 号公報に掲載されているものである。図７は
従来の一実施例を示す高速ダイオードの部分縦断面図で
あり、図７において、１はアルミ蒸着法で形成されたア
ノード電極、３はＰ形不純物のガリウムましたはアルミ
ニウムで拡散形成したＰ層、４はＮｉ層、５はＮ形不純
物のリンを選択的に拡散し、複数個に分散配置して形成
したＮ+ 層、６はＮ+ 層で囲まれたＮｉ層４へＮ形不純
物のアンチモンを拡散して形成したＮ層、７は金属ろう
材、８は補強用支持電極でカソード電極となる。２はＰ
層３へＰ形不純物のボロンを拡散して形成したＰ+ 層で
ある。図５は図７のアノード電極垂直方向におけるイ〜
イ断面、即ちＰ+ 層２、Ｐ層３、Ｎｉ層４、Ｎ+ 層５の
各層のライフタイムキラー（Ａｕ）の濃度分布を示した
説明図である。ライフタイムキラーの濃度はＰ+ −Ｐ−
Ｎｉ層近傍（図中Ａ領域）が最も多く、次にＮｉ層の中
央部（図中Ｂ領域）が多く、最も少ない場所はＮ+ −Ｎ
ｉ層近傍（図中、Ｓｏｆｔ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ特性をも
たらすためのキャリア留めの効果をもたらすＣ領域）で
ある。図９は図７のアノード電極垂直方向におけるロー
ロ断面即ちＰ+ 層２、Ｐ層３、Ｎｉ層４、Ｎ層ま６の各
層のライフタイムキラーの濃度分布を示した説明図であ
る。ライフタイムキラーの濃度Ｐ+ −Ｐ−Ｎｉ層近傍
（図中Ａ領域）とＮｉ−Ｎ層近傍（図中Ｄ領域）かほぼ
等しく、かつ、Ｎｉ層４の中央部（図中Ｂ領域）より多
くなっている。高速ダイオードは図７に示す構成で形成
されることにより図８と図９に示したライフタイムキラ
ーの濃度分布となっている。
２−34190 号公報に掲載されているものである。図７は
従来の一実施例を示す高速ダイオードの部分縦断面図で
あり、図７において、１はアルミ蒸着法で形成されたア
ノード電極、３はＰ形不純物のガリウムましたはアルミ
ニウムで拡散形成したＰ層、４はＮｉ層、５はＮ形不純
物のリンを選択的に拡散し、複数個に分散配置して形成
したＮ+ 層、６はＮ+ 層で囲まれたＮｉ層４へＮ形不純
物のアンチモンを拡散して形成したＮ層、７は金属ろう
材、８は補強用支持電極でカソード電極となる。２はＰ
層３へＰ形不純物のボロンを拡散して形成したＰ+ 層で
ある。図５は図７のアノード電極垂直方向におけるイ〜
イ断面、即ちＰ+ 層２、Ｐ層３、Ｎｉ層４、Ｎ+ 層５の
各層のライフタイムキラー（Ａｕ）の濃度分布を示した
説明図である。ライフタイムキラーの濃度はＰ+ −Ｐ−
Ｎｉ層近傍（図中Ａ領域）が最も多く、次にＮｉ層の中
央部（図中Ｂ領域）が多く、最も少ない場所はＮ+ −Ｎ
ｉ層近傍（図中、Ｓｏｆｔ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ特性をも
たらすためのキャリア留めの効果をもたらすＣ領域）で
ある。図９は図７のアノード電極垂直方向におけるロー
ロ断面即ちＰ+ 層２、Ｐ層３、Ｎｉ層４、Ｎ層ま６の各
層のライフタイムキラーの濃度分布を示した説明図であ
る。ライフタイムキラーの濃度Ｐ+ −Ｐ−Ｎｉ層近傍
（図中Ａ領域）とＮｉ−Ｎ層近傍（図中Ｄ領域）かほぼ
等しく、かつ、Ｎｉ層４の中央部（図中Ｂ領域）より多
くなっている。高速ダイオードは図７に示す構成で形成
されることにより図８と図９に示したライフタイムキラ
ーの濃度分布となっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かよう
な構成においては、逆回復時のｄｉ／ｄｔが、Ｓｏｆｔ
−Ｒｅｃｏｖｅｒｙ特性を有し逆回復時間の小さいダイ
オードを得るにはまだ十分とは言えない点があった。本
発明に上述した点に鑑みて創案されたもので、その目的
とするところは、これらの欠点を改良した高速ダイオー
ドの製造方法を提供することにある。
な構成においては、逆回復時のｄｉ／ｄｔが、Ｓｏｆｔ
−Ｒｅｃｏｖｅｒｙ特性を有し逆回復時間の小さいダイ
オードを得るにはまだ十分とは言えない点があった。本
発明に上述した点に鑑みて創案されたもので、その目的
とするところは、これらの欠点を改良した高速ダイオー
ドの製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】つまり、その目的を達成
するための手段は、高抵抗シリコン基板Ｎｉ層の一方の
面にＰ形不純物を拡散して形成したＰ層を、他方の面に
中抵抗のＮ形バッフア層を設け、このＮ形バッフア層面
に対してＮ形不純物を選択的に拡散し、複数個に分散配
置したＮ+ 層を有するＰ−Ｎｉ−Ｎ−Ｎ+ 接合と、前記
分散配置したＮ+ 層に囲まれた複数個の小領域を有する
Ｐ−Ｎｉ−Ｎ接合で、該両接合のＰ層上にＰ形不純物を
追加拡散したＰ+ 層を設けたダイオードウエフアにおい
て、Ｐ+ 層面より逆回復電荷を小さくするためのライフ
タイムキラーを熱拡散にて導入し、ウエフアの厚み方向
のライフタイムキラーの濃度分布がＰ+ 層からＮ+ 層に
向って段階的に減少するような勾配を持ったダイオード
でＮ+ 層とＮ層を電気的に短絡したことにある。
するための手段は、高抵抗シリコン基板Ｎｉ層の一方の
面にＰ形不純物を拡散して形成したＰ層を、他方の面に
中抵抗のＮ形バッフア層を設け、このＮ形バッフア層面
に対してＮ形不純物を選択的に拡散し、複数個に分散配
置したＮ+ 層を有するＰ−Ｎｉ−Ｎ−Ｎ+ 接合と、前記
分散配置したＮ+ 層に囲まれた複数個の小領域を有する
Ｐ−Ｎｉ−Ｎ接合で、該両接合のＰ層上にＰ形不純物を
追加拡散したＰ+ 層を設けたダイオードウエフアにおい
て、Ｐ+ 層面より逆回復電荷を小さくするためのライフ
タイムキラーを熱拡散にて導入し、ウエフアの厚み方向
のライフタイムキラーの濃度分布がＰ+ 層からＮ+ 層に
向って段階的に減少するような勾配を持ったダイオード
でＮ+ 層とＮ層を電気的に短絡したことにある。
【０００８】
【作用】その作用は、次に述べる実施例と併せて説明す
る。
る。
【０００９】
【実施例】図１はＳｎａｐ−ｏｆｆ特性を有するダイオ
ードの逆回復時の電流波形の説明図、図２はＳｏｆｔ−
Ｒｅｃｏｖｅｒｙ特性を有するダイオードの逆回復時の
電流波形の説明図である。ダイオードの逆回復特性にお
いて、図１のように逆回復時間Ｔｒの短い急峻なｄｉ／
ｄｔの変化を示すＳｎａｐ−ｏｆｆ特性と、図２のよう
な逆回復時間Ｔｒの長く緩やかなｄｉ／ｄｔの変化を示
すＳｏｆｔ−Ｒｅｃｏｖｅｒｙ特性の差は、ダイオード
母材層のライフタイムに関係する。例えばＮｉ層厚みが
同じと考えると、Ｐ−Ｎｉ−Ｎ+ 接合の場合にはＮｉ層
のライフタイムが短いほど逆回復時間の短いＳｎａｐ−
ｏｆｆ特性が得られ、Ｎｉ層のライフタイムが長いほど
逆回復時間の長いＳｏｆｔ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ特性が得
られる。また、ライフタイムが同じと仮定するとＮｉ層
の短い場合には、Ｓｎａｐ−ｏｆｆ特性を、Ｎｉ層の長
い場合はＳｏｆｔ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ特性を示す。
ードの逆回復時の電流波形の説明図、図２はＳｏｆｔ−
Ｒｅｃｏｖｅｒｙ特性を有するダイオードの逆回復時の
電流波形の説明図である。ダイオードの逆回復特性にお
いて、図１のように逆回復時間Ｔｒの短い急峻なｄｉ／
ｄｔの変化を示すＳｎａｐ−ｏｆｆ特性と、図２のよう
な逆回復時間Ｔｒの長く緩やかなｄｉ／ｄｔの変化を示
すＳｏｆｔ−Ｒｅｃｏｖｅｒｙ特性の差は、ダイオード
母材層のライフタイムに関係する。例えばＮｉ層厚みが
同じと考えると、Ｐ−Ｎｉ−Ｎ+ 接合の場合にはＮｉ層
のライフタイムが短いほど逆回復時間の短いＳｎａｐ−
ｏｆｆ特性が得られ、Ｎｉ層のライフタイムが長いほど
逆回復時間の長いＳｏｆｔ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ特性が得
られる。また、ライフタイムが同じと仮定するとＮｉ層
の短い場合には、Ｓｎａｐ−ｏｆｆ特性を、Ｎｉ層の長
い場合はＳｏｆｔ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ特性を示す。
【００１０】本発明は一枚のシリコンからなるダイオー
ドウエフアの厚み方向内にＳｎａｐ−ｏｆｆ特性を有す
る領域とＳｏｆｔ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ特性を有する領域
を直列に組合せ、逆回復時間と逆回復ピーク電流が小さ
く、かつＳｏｆｔ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ特性を有するダイ
オードを実現したものである。
ドウエフアの厚み方向内にＳｎａｐ−ｏｆｆ特性を有す
る領域とＳｏｆｔ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ特性を有する領域
を直列に組合せ、逆回復時間と逆回復ピーク電流が小さ
く、かつＳｏｆｔ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ特性を有するダイ
オードを実現したものである。
【００１１】図３は本発明の一実施例を示す高速ダイオ
ードの部分縦断面図である。１はアルミ蒸着法で形成さ
れたアノード電極、３はＰ形不純物のガリウムまたはア
ルミニウムで拡散形成したＰ層、４はＮｉ層、５はＮ形
不純物のリンを選択的に拡散し、複数個に分散配置して
形成したＮ+ 装置、６は気相成長法で形成したＮ相、6a
はＮ+ 相で囲まれＮ相、７は金属ろう材、８は補強用支
持電極でカソード電極となる。２はＰ層３へＰ形不純物
のボロンを拡散して形成したＰ+ 層である。
ードの部分縦断面図である。１はアルミ蒸着法で形成さ
れたアノード電極、３はＰ形不純物のガリウムまたはア
ルミニウムで拡散形成したＰ層、４はＮｉ層、５はＮ形
不純物のリンを選択的に拡散し、複数個に分散配置して
形成したＮ+ 装置、６は気相成長法で形成したＮ相、6a
はＮ+ 相で囲まれＮ相、７は金属ろう材、８は補強用支
持電極でカソード電極となる。２はＰ層３へＰ形不純物
のボロンを拡散して形成したＰ+ 層である。
【００１２】図４は図３のアノード電極垂直方向におけ
るイ〜イ断面即ちＰ+ 層２，Ｐ層３，Ｎｉ層４，Ｎ層
６，Ｎ+ 層５の各層のライフタイムキラー（Ａｕ）の濃
度分布を示した説明図である。ライフタイムキラーの濃
度Ｐ+ −Ｐ−Ｎｉ層近傍（図中Ａ領域）が最も多く、次
にＮｉ層の中央部（図中Ｂ領域）が多く、最も少ない場
所はＮｉ−Ｎ層近傍（図中、Ｓｏｆｔ Ｒｅｃｏｖｅｒ
ｙ特性をもたらすためのキャリア留めの効果をもたらす
Ｃ領域）である。本発明の高速ダイオードは図３に示す
構成で形成されることにより図４に示したライフタイム
キラーの濃度分布を容易に得ることが特徴である。
るイ〜イ断面即ちＰ+ 層２，Ｐ層３，Ｎｉ層４，Ｎ層
６，Ｎ+ 層５の各層のライフタイムキラー（Ａｕ）の濃
度分布を示した説明図である。ライフタイムキラーの濃
度Ｐ+ −Ｐ−Ｎｉ層近傍（図中Ａ領域）が最も多く、次
にＮｉ層の中央部（図中Ｂ領域）が多く、最も少ない場
所はＮｉ−Ｎ層近傍（図中、Ｓｏｆｔ Ｒｅｃｏｖｅｒ
ｙ特性をもたらすためのキャリア留めの効果をもたらす
Ｃ領域）である。本発明の高速ダイオードは図３に示す
構成で形成されることにより図４に示したライフタイム
キラーの濃度分布を容易に得ることが特徴である。
【００１３】つぎに図４に示すライフタイムキラー濃度
分布を有するダイオードの逆回復特性について説明す
る。導通状態にある本ダイオードへ逆電圧が印加される
と、導通時のキャリアはＰ−Ｎｉ接合を中心として正孔
はアノード電極１へ、電子はカソード電極８へ向っ移動
する一方、Ｐ−Ｎｉ接合近傍のライフタイムキラー濃度
に依存して再結合が行われてキャリア濃度が減少して行
き、Ｐ−Ｎｉ接合近傍は逆電圧の値に応じた厚みをもっ
て空乏層化される。
分布を有するダイオードの逆回復特性について説明す
る。導通状態にある本ダイオードへ逆電圧が印加される
と、導通時のキャリアはＰ−Ｎｉ接合を中心として正孔
はアノード電極１へ、電子はカソード電極８へ向っ移動
する一方、Ｐ−Ｎｉ接合近傍のライフタイムキラー濃度
に依存して再結合が行われてキャリア濃度が減少して行
き、Ｐ−Ｎｉ接合近傍は逆電圧の値に応じた厚みをもっ
て空乏層化される。
【００１４】このとき空乏層の厚みはＰ−Ｎｉ接合の接
合面よりＮｉ層の方向に向って拡がって行く。一般的に
みてスイッチング時にダイオードへ印加される逆電圧
は、平均値的には定格電圧の１／５〜１／２程度である
から、逆電圧印加によって生じる空乏層厚みは概念的に
Ｎｉ層の中央部程度まで拡がると考えてよい。このため
空乏層厚みの内のライフタイムキラー濃度が高いほど、
空乏層内のキャリアは急激な減少を示すため逆回復電流
は急激な変化を示す。（Ａ，Ｂ領域）
合面よりＮｉ層の方向に向って拡がって行く。一般的に
みてスイッチング時にダイオードへ印加される逆電圧
は、平均値的には定格電圧の１／５〜１／２程度である
から、逆電圧印加によって生じる空乏層厚みは概念的に
Ｎｉ層の中央部程度まで拡がると考えてよい。このため
空乏層厚みの内のライフタイムキラー濃度が高いほど、
空乏層内のキャリアは急激な減少を示すため逆回復電流
は急激な変化を示す。（Ａ，Ｂ領域）
【００１５】つぎに空乏層の外側即ち、中性領域（Ｎｉ
層の中央部ちからＮ−Ｎ+ 層まで）へ移動したキャリア
は、ライフタイムキラー濃度の低いＮ層に蓄積され、そ
の後拡散によつてＮ+ 層へ移るので、この場所ではキャ
リアは緩やかに再結合により減衰するため逆回復電流も
緩やかな変化を示しながら減衰して時間の経過と共に逆
回復電流は零となる。この傾向はＮ層が厚い程顕著にな
り、Ｓｏｆｔ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ化を寄与する。この仮
定を経て逆回復時間が決定される。（Ｂ，Ｃ領域）
層の中央部ちからＮ−Ｎ+ 層まで）へ移動したキャリア
は、ライフタイムキラー濃度の低いＮ層に蓄積され、そ
の後拡散によつてＮ+ 層へ移るので、この場所ではキャ
リアは緩やかに再結合により減衰するため逆回復電流も
緩やかな変化を示しながら減衰して時間の経過と共に逆
回復電流は零となる。この傾向はＮ層が厚い程顕著にな
り、Ｓｏｆｔ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ化を寄与する。この仮
定を経て逆回復時間が決定される。（Ｂ，Ｃ領域）
【００１６】この様子をやや詳しく説明すると、図４の
ライフタイムキラー濃度分布を有するダイオードのスイ
ッチング時の逆回復電流は、逆回復電流が流れ始めて逆
回復電流のピーク値を過ぎた前期は急激な電流変化を示
すＳｎａｐ−ｏｆｆ特性が現れ、後半期には緩やかな電
流変化を示すＳｏｆｔ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ特性が現れる
２段階の電流変化を示す逆回復特性を得ることができ
る。
ライフタイムキラー濃度分布を有するダイオードのスイ
ッチング時の逆回復電流は、逆回復電流が流れ始めて逆
回復電流のピーク値を過ぎた前期は急激な電流変化を示
すＳｎａｐ−ｏｆｆ特性が現れ、後半期には緩やかな電
流変化を示すＳｏｆｔ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ特性が現れる
２段階の電流変化を示す逆回復特性を得ることができ
る。
【００１７】図５は上述した状態を説明するための逆回
復時の電流波形を示した説明図である。ダイオードの逆
回復特性はＳｎａｐ−ｏｆｆ特性を示すｄｉ１／ｄｔの
大きい領域９とＳｏｆｔ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ特性を示す
ｄｉ２／ｄｔの小さい領域9aが出現する。高速ダイオー
ドで特に重要な点は領域9aのｄｉ２／ｄｔを小さく押え
ることである。この思想は本発明者によって昭和56年９
月25日付で出願した特開昭58−52883 号公報に記載され
ている。図４のライフタイムキラー濃度分布を有するダ
イオードは、従来の高速ダイオードに比較すると大幅な
特性改善が行われている。しかしながら、２段階の逆回
転電流特性を維持しながら逆回復時間を更に短縮しよう
とすると、図４のライフタイムキラー濃度分布のみでは
不十分であるので、この改善方法について説明する。
復時の電流波形を示した説明図である。ダイオードの逆
回復特性はＳｎａｐ−ｏｆｆ特性を示すｄｉ１／ｄｔの
大きい領域９とＳｏｆｔ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ特性を示す
ｄｉ２／ｄｔの小さい領域9aが出現する。高速ダイオー
ドで特に重要な点は領域9aのｄｉ２／ｄｔを小さく押え
ることである。この思想は本発明者によって昭和56年９
月25日付で出願した特開昭58−52883 号公報に記載され
ている。図４のライフタイムキラー濃度分布を有するダ
イオードは、従来の高速ダイオードに比較すると大幅な
特性改善が行われている。しかしながら、２段階の逆回
転電流特性を維持しながら逆回復時間を更に短縮しよう
とすると、図４のライフタイムキラー濃度分布のみでは
不十分であるので、この改善方法について説明する。
【００１８】図３に示すごとくＮ層６を設けた場合、中
性領域内に取り残された過剰電子はＮ層内を拡散によっ
て緩かに移動し、Ｎ+ 層５とＮ層6aよりカソード電極８
へと取り出される。この場合、過剰電子の排出はＮ+ 層
５よりも不純物濃度の低いＮ層6aの方に流れ易くなる。
この理由はＮｉ−Ｎ+ 構造よりもＮｉ−Ｎ構造の方が電
位障避が低いためである。即ち、Ｎ層6aがない場合に比
較してＮ層６を含んだ中性領域内の過剰電子の消減時間
を短縮することができる。この効果を利用することによ
って、ダイオードの逆回復時間をより短縮し、逆回復時
のピーク電流ｉｎｐを小さくすることが可能となる。換
言すれば、同一の逆回復時間を得るためにライフタイム
を大きくしても良いことを意味している。逆回復時間を
同じにした同一サイズのダイオードで比較すると、Ｎ層
を設けたダイオードではＮ層のないダイオードに比較し
てオン電圧の低い、漏れ電流の小さい高速ダイオードと
なる。
性領域内に取り残された過剰電子はＮ層内を拡散によっ
て緩かに移動し、Ｎ+ 層５とＮ層6aよりカソード電極８
へと取り出される。この場合、過剰電子の排出はＮ+ 層
５よりも不純物濃度の低いＮ層6aの方に流れ易くなる。
この理由はＮｉ−Ｎ+ 構造よりもＮｉ−Ｎ構造の方が電
位障避が低いためである。即ち、Ｎ層6aがない場合に比
較してＮ層６を含んだ中性領域内の過剰電子の消減時間
を短縮することができる。この効果を利用することによ
って、ダイオードの逆回復時間をより短縮し、逆回復時
のピーク電流ｉｎｐを小さくすることが可能となる。換
言すれば、同一の逆回復時間を得るためにライフタイム
を大きくしても良いことを意味している。逆回復時間を
同じにした同一サイズのダイオードで比較すると、Ｎ層
を設けたダイオードではＮ層のないダイオードに比較し
てオン電圧の低い、漏れ電流の小さい高速ダイオードと
なる。
【００１９】ここで、Ｎ層6aはＮ+ 層５の全面積に対し
て数10％程度であるから、図４のライフタイムキラー濃
度分布の効果すなわち図５のｄｉ２／ｄｔをゆるやかに
減衰させる効果をさほど損うことなく、逆回復時間を短
縮することができる。つぎに本発明による高速ダイオー
ドの一実施例の製造工程を図６（ａ），（ｂ），
（ｃ），（ｄ）を用いて説明する。なお、図３と同一符
号は同一または相当部分を示す。
て数10％程度であるから、図４のライフタイムキラー濃
度分布の効果すなわち図５のｄｉ２／ｄｔをゆるやかに
減衰させる効果をさほど損うことなく、逆回復時間を短
縮することができる。つぎに本発明による高速ダイオー
ドの一実施例の製造工程を図６（ａ），（ｂ），
（ｃ），（ｄ）を用いて説明する。なお、図３と同一符
号は同一または相当部分を示す。
【００２０】図６（ａ）はシリコン基板として、不純物
濃度４×1013atoms ／cc、比抵抗 120ΩcmのＮ形シリコ
ンで厚み 0.27mm 、直径23mmが使用つれる。予めシリコ
ン基板の片面には拡散法でＰ形不純物のガリアムまたは
アルミニウムを用いて、Ｐ層３が表面濃度約５×1017at
oms ／cc、厚み35μｍで形成されており、他の面にはＮ
形不純物のリンをドーパツトとした気相成長法により、
不純物濃度５×1015atoms ／cc、比抵抗１Ωcm、厚さ20
μｍのＮ相６形成した基板ウエフアが準備される。この
気相成長面に対してＮ形不純物のリンを用いて、表面濃
度１×10 21 atoms ／cc、厚み５μｍのＮ+ 層５が公
知の酸化膜とホトレジスト技術を利用した選択拡散技術
を用いて形成される。（図６（ｂ）） なお、Ｎ+ 層５とＮ層6aの面積比率は（Ｎ／Ｎ+ ）＝15
％に設計した。
濃度４×1013atoms ／cc、比抵抗 120ΩcmのＮ形シリコ
ンで厚み 0.27mm 、直径23mmが使用つれる。予めシリコ
ン基板の片面には拡散法でＰ形不純物のガリアムまたは
アルミニウムを用いて、Ｐ層３が表面濃度約５×1017at
oms ／cc、厚み35μｍで形成されており、他の面にはＮ
形不純物のリンをドーパツトとした気相成長法により、
不純物濃度５×1015atoms ／cc、比抵抗１Ωcm、厚さ20
μｍのＮ相６形成した基板ウエフアが準備される。この
気相成長面に対してＮ形不純物のリンを用いて、表面濃
度１×10 21 atoms ／cc、厚み５μｍのＮ+ 層５が公
知の酸化膜とホトレジスト技術を利用した選択拡散技術
を用いて形成される。（図６（ｂ）） なお、Ｎ+ 層５とＮ層6aの面積比率は（Ｎ／Ｎ+ ）＝15
％に設計した。
【００２１】この時点のシリコン円板に対して、Ｎｉ層
の結晶構造の乱れの度合いをＸ線２結晶法によるロッキ
ングカーブで調べてみると、Ｎｉ層には結晶構造の乱れ
はほとんど観察されなかった。この原因としてＮｉ層の
片面にシリコンの原子半径1.17Åに対して、 107％の原
子半径1.26Åを有するガリウム拡散されたＰ層を有し、
他の面にはシリコンの原子半径に対して94％の原子半径
1.10 Åのリンが選択的に拡散されたＮ+ 層を形成して
いるため、両拡散層で原子半径の差を吸収し合って結晶
構造に乱れが生じていないものと観察すれる。
の結晶構造の乱れの度合いをＸ線２結晶法によるロッキ
ングカーブで調べてみると、Ｎｉ層には結晶構造の乱れ
はほとんど観察されなかった。この原因としてＮｉ層の
片面にシリコンの原子半径1.17Åに対して、 107％の原
子半径1.26Åを有するガリウム拡散されたＰ層を有し、
他の面にはシリコンの原子半径に対して94％の原子半径
1.10 Åのリンが選択的に拡散されたＮ+ 層を形成して
いるため、両拡散層で原子半径の差を吸収し合って結晶
構造に乱れが生じていないものと観察すれる。
【００２２】このように、ほぼ完全結晶に近いシリコン
ウェフアに対してライフタイムキラーである金を拡散し
ても図４のような金の濃度分布を１回の金拡散で得るこ
とは不可能である。本発明は接合形成時に１回の金の熱
拡散で第４図のような金の濃度分布を得るために、予め
シリコンウェフアの厚み方向に金の濃度分布に対応した
結晶構造の乱れを誘起させて、金原子が結晶構造の乱れ
部分に多く蓄積する性質を利用し、前述の金の濃度分布
を得るようとするものである。
ウェフアに対してライフタイムキラーである金を拡散し
ても図４のような金の濃度分布を１回の金拡散で得るこ
とは不可能である。本発明は接合形成時に１回の金の熱
拡散で第４図のような金の濃度分布を得るために、予め
シリコンウェフアの厚み方向に金の濃度分布に対応した
結晶構造の乱れを誘起させて、金原子が結晶構造の乱れ
部分に多く蓄積する性質を利用し、前述の金の濃度分布
を得るようとするものである。
【００２３】まず図４の金濃度分布を得る目的のために
原子半径１．26Åを有するガリウムまたはアルミニウム
拡散で、低い表面濃度（５×1017ａｔｏｍｓ／ｃｃ）で
形成されたＰ層面上に、原子半径の小さいボロン（ 0．
88Å）を高い表面濃度（約1020ａｔｏｍｓ／ｃｃオーダ
ー）で拡散すると、結晶構造的にはボロン原子の影響力
が強まり、ガリウムまたはアルミニウム単体よりもＮｉ
層の方向に結晶構造の乱れを誘起することが容易とな
る。ただしＰ+ 層の厚みを厚くし過ぎると結晶構造の乱
れがＮｉ層全体に及ぶので、Ｐ+ 層の厚みとＰ層の厚み
関係には調和をとる必要がある。
原子半径１．26Åを有するガリウムまたはアルミニウム
拡散で、低い表面濃度（５×1017ａｔｏｍｓ／ｃｃ）で
形成されたＰ層面上に、原子半径の小さいボロン（ 0．
88Å）を高い表面濃度（約1020ａｔｏｍｓ／ｃｃオーダ
ー）で拡散すると、結晶構造的にはボロン原子の影響力
が強まり、ガリウムまたはアルミニウム単体よりもＮｉ
層の方向に結晶構造の乱れを誘起することが容易とな
る。ただしＰ+ 層の厚みを厚くし過ぎると結晶構造の乱
れがＮｉ層全体に及ぶので、Ｐ+ 層の厚みとＰ層の厚み
関係には調和をとる必要がある。
【００２４】前述の理由により図６（ｂ）のＰ層３面上
より、ボロンを表面濃度５×1020ａｔｏｍｓ／ｃｃで、
その厚みは最終的にＰ層の１／３以下にするために予め
10μｍの拡散を行い、図６（ｃ）のＰ+ 層２を形成し
た。つぎに、図５の金濃度分布を得る目的のために図６
（ｎ）のようにＮ+ 層５に囲まれたＮｉ層４面へＮ形不
純物のアンチモン（原子半径１．36Åシリコンに対して
116％）を拡散するために、酸化膜11へ窓12が開けられ
る。つぎにＮｉ層４面へアンチモンを表面濃度６×1017
ａｔｏｍｓ／ｃｃで、その厚み約５μｍの拡散を行い図
８（ｃ）のＮ層６を形成した。
より、ボロンを表面濃度５×1020ａｔｏｍｓ／ｃｃで、
その厚みは最終的にＰ層の１／３以下にするために予め
10μｍの拡散を行い、図６（ｃ）のＰ+ 層２を形成し
た。つぎに、図５の金濃度分布を得る目的のために図６
（ｎ）のようにＮ+ 層５に囲まれたＮｉ層４面へＮ形不
純物のアンチモン（原子半径１．36Åシリコンに対して
116％）を拡散するために、酸化膜11へ窓12が開けられ
る。つぎにＮｉ層４面へアンチモンを表面濃度６×1017
ａｔｏｍｓ／ｃｃで、その厚み約５μｍの拡散を行い図
８（ｃ）のＮ層６を形成した。
【００２５】ボロン拡散後の最終的な厚み関係は、Ｐ+
層はは10μｍ、Ｐ層は40μｍ、Ｎｉ層は 180μｍ、Ｎ層
は30μｍ、Ｎ+ 層は20μｍとなる。なお、前述のボロン
拡散によってＰ+ 層２とＮ+ 層５及びＮ層60面上には新
たな酸化膜11が形成される。図６（ｃ）のシリコンウェ
フアに対して、結晶構造の乱れの度合をＸ線２結晶法に
よるロッキングカーブで超べてみると、Ｐ+ 層２からＰ
層３、Ｎｉ層４の方向に向って強い結晶の乱れが生じて
いることが判明した。この原因はシリコン（原子半径
１．17Å）に対し原子半径の小さいボロン（原子半径
0．88Å、シリコンに対して75％）を高い表面濃度で拡
散したことによると考えられる。この結晶の乱れを図３
で説明すると、Ｐ+ −Ｎｉ接合近くに強く現れ、Ｎｉ層
４からＮ層６に向って減少していることが判明した。
層はは10μｍ、Ｐ層は40μｍ、Ｎｉ層は 180μｍ、Ｎ層
は30μｍ、Ｎ+ 層は20μｍとなる。なお、前述のボロン
拡散によってＰ+ 層２とＮ+ 層５及びＮ層60面上には新
たな酸化膜11が形成される。図６（ｃ）のシリコンウェ
フアに対して、結晶構造の乱れの度合をＸ線２結晶法に
よるロッキングカーブで超べてみると、Ｐ+ 層２からＰ
層３、Ｎｉ層４の方向に向って強い結晶の乱れが生じて
いることが判明した。この原因はシリコン（原子半径
１．17Å）に対し原子半径の小さいボロン（原子半径
0．88Å、シリコンに対して75％）を高い表面濃度で拡
散したことによると考えられる。この結晶の乱れを図３
で説明すると、Ｐ+ −Ｎｉ接合近くに強く現れ、Ｎｉ層
４からＮ層６に向って減少していることが判明した。
【００２６】つぎに、図６（ｃ）のダイオードウェフア
の逆回復時間を小さくするために、酸化膜11を除去して
ダイオードウェフアのＰ+ 層２に対して真空蒸着にて金
が蒸着され、 820℃の温度で60分間の熱処理が行われ
る。この熱処理によって図３のイ〜イ断面相当部分の金
の濃度分布は、図４に示すＡ，Ｂ，Ｃ領域を形成する。
１回の金の熱拡散で図４のＡ，Ｂ領域が現れる理由は、
前述の結晶構造の乱れの傾向と対応しており、Ｃ領域で
減少する理由は、金がＮ+ 層５にゲッターされるためで
ある。金のゲッター効果はリンを拡散して形成したＮ+
層が特に有効であり本発明の一つの特徴となっている。
の逆回復時間を小さくするために、酸化膜11を除去して
ダイオードウェフアのＰ+ 層２に対して真空蒸着にて金
が蒸着され、 820℃の温度で60分間の熱処理が行われ
る。この熱処理によって図３のイ〜イ断面相当部分の金
の濃度分布は、図４に示すＡ，Ｂ，Ｃ領域を形成する。
１回の金の熱拡散で図４のＡ，Ｂ領域が現れる理由は、
前述の結晶構造の乱れの傾向と対応しており、Ｃ領域で
減少する理由は、金がＮ+ 層５にゲッターされるためで
ある。金のゲッター効果はリンを拡散して形成したＮ+
層が特に有効であり本発明の一つの特徴となっている。
【００２７】この熱処理後、図６（ｄ）のようにＮ+ 層
５とＮ層6aの面に対してダイオードウエフアと同径のタ
ングステンから成る支持電極８を銀を主成分とする低温
金属ろう７を介して置き、これを不活性ガス中で熱処理
を行い一体に固着される。これによりＮ+ 層５とＮ層6a
はアルミニウムで短絡され形状となる。その後、Ｐ+層
２の面に対してはアノード電極１となる直径15ｍｍ、厚
み10μｍを有するアルミ蒸着電極が形成される。
５とＮ層6aの面に対してダイオードウエフアと同径のタ
ングステンから成る支持電極８を銀を主成分とする低温
金属ろう７を介して置き、これを不活性ガス中で熱処理
を行い一体に固着される。これによりＮ+ 層５とＮ層6a
はアルミニウムで短絡され形状となる。その後、Ｐ+層
２の面に対してはアノード電極１となる直径15ｍｍ、厚
み10μｍを有するアルミ蒸着電極が形成される。
【００２８】以上説明したような製作工程を経て図４に
示されるＡ，Ｂ，Ｃのごとく三つの領域を示す金の濃度
分布を次元することができる。固着完成後、電圧阻止接
合であるＰ−Ｎｉ接合は給面研磨法等により負ベベルに
整形された後に、ベベル面に対して化学研磨、表面保護
膜形成等がなされてダイオードが完成する。このように
して製作されたダイオードの定格は 150Ａ、2500Ｖで逆
回復時間は約１μｓｅｃであり、その逆回復時の電流波
形は第５図に示されるように二段階のｄｉ／ｄｔ特性を
示す素子を得ることができた。なお、逆回復電荷測定条
件としては、順電流 300Ａ、順電流降下率 100Ａ／μｓ
ｅｃで行った。
示されるＡ，Ｂ，Ｃのごとく三つの領域を示す金の濃度
分布を次元することができる。固着完成後、電圧阻止接
合であるＰ−Ｎｉ接合は給面研磨法等により負ベベルに
整形された後に、ベベル面に対して化学研磨、表面保護
膜形成等がなされてダイオードが完成する。このように
して製作されたダイオードの定格は 150Ａ、2500Ｖで逆
回復時間は約１μｓｅｃであり、その逆回復時の電流波
形は第５図に示されるように二段階のｄｉ／ｄｔ特性を
示す素子を得ることができた。なお、逆回復電荷測定条
件としては、順電流 300Ａ、順電流降下率 100Ａ／μｓ
ｅｃで行った。
【００２９】
【表１】
【００３０】表１は本実施例によって製作された素子と
従来製作されていた同定格の素子を比較したものであ
る。
従来製作されていた同定格の素子を比較したものであ
る。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、逆
回復時間と逆回復時のピーク電流が小さく、ダイオード
と逆並列接続して使用されるサイリスタに与えるｄｖ／
ｄｔ耐量に大きな影響力をもつｄｉ2 ／ｄｔが、従来の
素子よりも低減された優秀な高速ダイオードが製作可能
となった。このためサイリスタ応用技術面に寄与する降
下が極めて大きいものである。なお、本実施例ではダイ
オード単体について説明を行ったが、ダイオードが複合
化された他の半導体装置、例えば逆導通サイリスタウエ
フアとダイオードウエフアが一体化されてなる複合逆阻
止サイリスタなどにも利用できることは、同業者ならば
容易に推察できるものである。
回復時間と逆回復時のピーク電流が小さく、ダイオード
と逆並列接続して使用されるサイリスタに与えるｄｖ／
ｄｔ耐量に大きな影響力をもつｄｉ2 ／ｄｔが、従来の
素子よりも低減された優秀な高速ダイオードが製作可能
となった。このためサイリスタ応用技術面に寄与する降
下が極めて大きいものである。なお、本実施例ではダイ
オード単体について説明を行ったが、ダイオードが複合
化された他の半導体装置、例えば逆導通サイリスタウエ
フアとダイオードウエフアが一体化されてなる複合逆阻
止サイリスタなどにも利用できることは、同業者ならば
容易に推察できるものである。
【図１】図１はＳｎａｐ−ｏｆｆ特性を有するダイオー
ドの逆回復時の電流波形の説明図である。
ドの逆回復時の電流波形の説明図である。
【図２】図２はＳｏｆｔ−Ｒｅｃｏｖｅｒｙ特性を有す
るダイオードの逆回復時の電流波形の説明図である。
るダイオードの逆回復時の電流波形の説明図である。
【図３】図３は本発明の一実施例を示す高速ダイオード
の部分断面図である。
の部分断面図である。
【図４】図４は図３の本発明ダイオードのイ〜イ断面部
の金濃度分布を示した説明図である。
の金濃度分布を示した説明図である。
【図５】図５はその逆回復時の電流波形を示した説明図
である。
である。
【図６】図６は本発明の高速ダイオードの一実施例の製
造工程を示す縦断面図である。
造工程を示す縦断面図である。
【図７】図７は従来の一例を示す部分断面図である。
【図８】図８は図７のイーイ断面部の金濃度分布を示し
た説明図である。
た説明図である。
【図９】図９は図７のローロ断面部の金濃度分布を示し
た説明図である。
た説明図である。
１ アノード電極 ２ Ｐ+ 層 ３ Ｐ層 ４ Ｎｉ層 ５ Ｎ+ 層 ６ Ｎ層 ７ 金属ろう材 ８ 支持電極 11 酸化膜 12 窓
Claims (1)
- 【請求項１】高抵抗シリコン基板Ｎｉ層の一方の面にＰ
形不純物を拡散して形成したＰ層を、他方の面に中抵抗
のＮ形バッフア層を設け、このＮ形バッフア層面に対し
てＮ形不純物を選択的に拡散し、複数個に分散配置した
Ｎ+ 層を有するＰ−Ｎｉ−Ｎ−Ｎ+ 接合と、前記分散配
置したＮ+ 層に囲まれた複数個の小領域を有するＰ−Ｎ
ｉ−Ｎ接合で、該両接合のＰ層上にＰ形不純物を追加拡
散したＰ+ 層を設けたダイオードウエフアにおいて、Ｐ
+ 層面より逆回復電荷を小さくするためのライフタイム
キラーを熱拡散にて導入し、ウエフアの厚み方向のライ
フタイムキラーの濃度分布がＰ+ 層からＮ+ 層に向って
段階的に減少するような勾配を持ったダイオードでＮ+
層とＮ層を電気的に短絡したことを特徴とする高速ダイ
オードの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33883294A JPH08186277A (ja) | 1994-12-27 | 1994-12-27 | 高速ダイオードの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33883294A JPH08186277A (ja) | 1994-12-27 | 1994-12-27 | 高速ダイオードの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08186277A true JPH08186277A (ja) | 1996-07-16 |
Family
ID=18321850
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33883294A Withdrawn JPH08186277A (ja) | 1994-12-27 | 1994-12-27 | 高速ダイオードの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08186277A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10249751B2 (en) | 2016-05-19 | 2019-04-02 | Rohm Co., Ltd. | High-speed diode with crystal defects and method of manufacturing |
-
1994
- 1994-12-27 JP JP33883294A patent/JPH08186277A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10249751B2 (en) | 2016-05-19 | 2019-04-02 | Rohm Co., Ltd. | High-speed diode with crystal defects and method of manufacturing |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20020305 |