JPH0945938A

JPH0945938A - 半導体装置

Info

Publication number: JPH0945938A
Application number: JP21239495A
Authority: JP
Inventors: Saburo Okumura; 三郎奥村; Yasuko Okada; 康子岡田; Hiroko Ogawa; 博子小川
Original assignee: Sansha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Sansha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1995-07-27
Filing date: 1995-07-27
Publication date: 1997-02-14

Abstract

(57)【要約】【目的】ソフトリカバリーさせる高速ダイオードと、
その高速ダイオードを使用した半導体装置を提供する。【構成】第１の導電形で高濃度の第１の半導体層と、
上記第１の半導体層上の形成された第１の導電形で低濃
度の第２の半導体層と、上記第２の半導体層の表面から
その内部に選択的に形成された第２の導電形で高濃度の
第３の半導体層と、上記第３の半導体層の表面と上記第
３の半導体層の相互間に形成される上記第２の半導体層
のショート部の表面とを熱処理された第１の金属層とを
設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置特に高速ダ
イオードに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】スイッチングレギュレーター等の高周波
された機器は、ＭＯＳＦＥＴ，ＩＧＢＴ，バイポーラト
ランジスタ等のパワースイッチングデバイスを用いて高
周波スイッチングし、高周波スイッチング後変圧し、変
圧した高周波交流を高速ダイオードを用いて整流し、直
流を出力している。そして、このスイッチングレギュレ
ータに用いられる高速ダイオードは、従来図５に示され
るものが用いられている。

【０００３】すなわち、高濃度（例えば１立方センチメ
ートル当り１０の１８乗アトム）のＮ形半導体層１の上
にエピタキシャル成長又は熱拡散によって形成した低濃
度（例えば１立方センチメートル当り１０の１５乗アト
ム）のＮ形半導体層２上にボロン、ガリウム等の高濃度
（例えば１立方センチメートル当り１０の１８乗アト
ム）のＰ形不純物を熱拡散し、高濃度のＰ形半導体層３
を形成する。次に金、白金等の重金属を熱拡散させ、格
子欠陥を形成させる。２つの主表面にアルミニウムによ
る電極（アノード電極）３１と電極（カソード電極）３
２を形成して、ダイオードを形成する。

【０００４】そして、アノード電極３１に＋電位を、ま
た、カソード電極３２に−電位を印加し、ダイオードに
図６の（ａ）に示すように電流ＩＦを流しているとき
に、アノード電極３１に−電位を、また、カソード電極
３２に＋電位を印加すると、ダイオードに流れていた電
流は徐々に減少し、さらに過渡的に逆方向に電流が流
れ、最大値の逆回復電流Ｉｒｒが流れた後、残留キャリ
アの減少とともに０となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
高速ダイオードでは、アノード電極３１に−電位を、ま
た、カソード電極３２に＋電位を印加した後、残留キャ
リアを除く時間、特に逆回復時間を高速化させるため
に、金、白金等の重金属のライフタイムキラーを熱拡散
させて、格子欠陥を形成させている。このため、最大の
逆回復電流Ｉｒｒが流れた後も、高速で残留キャリアが
消滅する。そして、高速ダイオードの逆電圧は図６
（ｂ）に示すように急速に立上がって、高速ダイオード
に印加する電圧より高いスパイク状の電圧がダイオード
に印加する。このスパイク状の電圧がノイズ発生源とな
って、他の制御回路を誤動作させる問題があった。ま
た、ＭＯＳＦＥＴ，ＩＧＢＴ，バイポーラトランジスタ
等のスイッチング素子を形成させるとき、構成上内在す
るダイオード（フライホイリングダイオードとなる）の
場合には、スイッチング素子を破壊させる等の問題もあ
った。

【０００６】本発明は、上記問題点を解決するために、
最大の逆回転電流からソフトリカバリーさせる高速ダイ
オードとその高速ダイオードを使用した半導体装置を提
供する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】第１の発明の半導体装置
は、第１の導電形で高濃度の第１の半導体層と、上記第
１の半導体層上の形成された第１の導電形で低濃度の第
２の半導体層と、上記第２の半導体層の表面からその内
部に選択的に形成された第２の導電形で高濃度の第３の
半導体層と、上記第３の半導体層の表面と上記第３の半
導体層の相互間に形成される上記第２の半導体層のショ
ート部の表面とを熱処理された第１の金属層とを設け
た。

【０００８】第２の発明の半導体装置は、第１の導電形
で高濃度の第１の半導体層と、上記第１の半導体層上に
形成された第１の導電形で低濃度の第２の半導体層と、
上記第２の半導体層の表面からその内部に選択的に形成
された第２の導電形で高濃度の第３の半導体層と、上記
第３の半導体層の表面からその内部に選択的に形成され
た第１の導電形で高濃度の第４の半導体層と、上記第３
及び第４の半導体層の表面と、上記第３の半導体層の相
互間に形成される上記第２の半導体層のショート部の表
面とを熱処理した第１の金属層とを設けた半導体装置。

【０００９】第３の発明の半導体装置は、第１の金属層
がアルミニウム、モリブデンである。

【００１０】第４の発明の半導体装置は、ショート部の
面積が上記第３の半導体層の面積の４０ないし１００％
である。

【００１１】

【作用】第１の発明によれば、第１の導電形で高濃度の
第１の半導体層の上に第１の導電形で低濃度の第２の半
導体層を形成する。この第２の半導体層の表面からその
内部に第２の導電形で高濃度の第３の半導体層を形成
し、さらに第３の半導体層の表面と第２の半導体層のシ
ョート部の表面とに第１の金属層を形成してダイオード
を形成する。これにより、第１の半導体層と第２の半導
体層と第３の半導体層により形成されるダイオードの逆
回復時には、上記第３の半導体層の下にある第２の半導
体層の残留キャリアが低濃度の第２の半導体層を介して
第１の金属層に流れるので、残留キャリアの引込まれる
数は少なく、ソフトリカバリー特性となる。

【００１２】また、第２の発明によれば、第１の導電形
の第１の半導体層と、この第１の半導体層上に形成され
た第１の導電形の第２の半導体層と、第２の半導体層に
選択的に形成された第２の導電形の第３の半導体層と、
第３の半導体層の中に選択的に形成された第１の導電形
の第４の半導体層とによりトランジスタが形成される。
また、第１の半導体層と第２の半導体層と第３の半導体
層と第１の金属層によりダイオードが形成される。これ
により、ダイオードの逆回復時には第３の半導体層の下
にある第２の半導体層の残留キャリアが低濃度の第２の
半導体層を介して第１の金属層に流れるので、残留キャ
リアの引込まれる数は少なく、ソフトリカバリー特性と
なる。

【００１３】また、第３の発明では第１の金属層がアル
ミニアム、モリブデンで構成され、第１の金属層、第２
の半導体層、第１の半導体層によりショットキーダイオ
ードが構成され、金属層下の第２の半導体層の濃度が低
く残留キャリアが少なく残留キャリアの減少は緩やかに
行われる。

【００１４】また、第４の発明では、ショート部の面積
が第３の半導体層の面積の４０％に満たない場合には、
金属層下の第２の半導体層の面積が少なく、残留キャリ
アの減少が速く行われ、ソフトリカバリー特性が悪くな
る。また、ショート部の面積が第３の半導体層の面積の
１００％を超えると、ダイオードに流し得る電流が小さ
くなり、半導体装置が大きくなる。このため、ショート
部の面積が第３の半導体層の面積の４０ないし１００％
に選択されている。

【００１５】

【実施例】本発明の実施例について、図１及び図２に基
づき説明する。図１において、１は高濃度（例えば１立
方センチメートル当り１０の１８乗アトム）のＮ形半導
体層で、このＮ形半導体層１の上に低濃度（例えば１立
方センチメートル当り１０の１５乗アトム）のＮ形半導
体層２がエピタキシャル成長又は熱拡散によって形成さ
れる。３は高濃度（例えば１立方センチメートル当り１
０の１８乗アトム）のＰ形半導体層で、上記低濃度のＮ
形半導体層２上の所要箇所にボロン、ガリウム等の高濃
度のＰ形不純物を熱拡散して形成される。相隣合うＰ形
半導体層３間のＮ形半導体層２のショート部４の面積を
１つのＰ形半導体層の面積の４０〜１００％に選ばれ
る。次に金、白金等の重金属を熱拡散させたり、電子線
照射を行い格子欠陥を形成する。一方の主表面にはアル
ミニウム、モリブデン等の金属を蒸着し、真空シンター
内の４００〜６００℃で加熱してショットキー構造を有
する第１の金属層１１の電極を形成し、さらに他方の主
表面にも電極１２を形成してダイオードを形成する。

【００１６】そして、第１の金属層１１に＋電位を、ま
た、電極１２に−電位を印加すると、ダイオードに図２
の（ａ）に示すように電流ＩＦが流れ、ダイオードに
は、図２（ｂ）に示すように順電圧ＶＦが生じている。
この電流ＩＦが流れているときに、電極１１に−電位
を、また電極１２に＋電位を印加すると、ダイオードに
流れていた電流は、徐々に減少し、さらに過渡的に逆方
向に電流が流れる。このとき、Ｐ形半導体３中央部の下
のＮ形半導体層２のキャリアは、格子欠陥によって減少
し、さらに、Ｐ形半導体層３の外周に近いＮ形半導体層
２のキャリアはショート部４を介して金属層１１に引き
込まれる。ショート部４を介して金属層電極１１に引き
込まれる残留キャリアは、Ｐ形半導体層３の中央部にな
るほど少なくなり、残留キャリアの減少が緩慢に行わ
れ、単位時間当たりの逆回復電流の時間的変化は図２
（ａ）の期間ｔｂに示すように小さくなる。また、ショ
ート部４は低濃度で残留キャリアが少なく、残留キャリ
アの減少は穏やかに行われる。

【００１７】今、Ｎ形半導体層２のショート部４の面積
を１つのＰ形半導体層３の面積の７０％に選択したと
き、最大値の逆回復電流Ｉｒｒになったときから、逆回
復電流が０になるまでの期間ｔｂは、順方向の電流が０
になったときから、最大値の逆回復電流Ｉｒｒになるま
での期間ｔａの０．５より大きくなり、ダイオードはい
わゆるソフトリカバリー特性を示す。なお、ショート部
４の面積がＰ型半導体層２の面積の１００％を越える
と、ダイオードに流し得る電流が小さくなり、ダイオー
ドが大型になりやすい。また、ショート部４の面積がＰ
型半導体層２の面積の４０％に満たなくなると、格子欠
陥が少なく、ソフトリカバリー特性が悪くなる。

【００１８】図３に他の実施例を示した。図３におい
て、図１と異なる点は、ダイオードに代えてＭＯＳＦＥ
Ｔに適用したもので、図１に示すＰ形半導体層３中に高
濃度のＮ形不純物を熱拡散し、Ｎ型半導体層５を形成す
る。この後金、白金などの重金属を熱拡散させ、格子欠
陥を形成する。このように形成した半導体のＮ形半導体
層５の表面から溝を堀トレンチ構造を形成する。トレン
チ構造の表面には、シリコン酸化膜のゲート膜６を形成
し、このゲート膜６内にゲート電極７を形成する。この
後、Ｐ形半導体層３側の主表面をアルミニウム、モリブ
デンなどの金属を蒸着し、真空シンター内の４００〜６
００℃で加熱して、ショート部４とショットキー構造を
形成する第１の金属層の電極１１を形成する。また、他
方のＮ形半導体層１側の主表面にもアルミニウム電極を
形成する。

【００１９】このように、形成された半導体装置は、電
極１２をドレイン電極として、Ｎ形半導体層１、Ｎ形半
導体層２、Ｐ形半導体層３、Ｎ形半導体層５、電極１１
をソース電極とするＭＯＳＦＥＴが形成される。また、
電極１１をアノード電極としてＰ形半導体層３、Ｎ形半
導体層２、Ｎ形半導体層１、電極１１をカソード電極と
するダイオードが形成される。すなわち、図４に示すよ
うにＭＯＳＦＥＴ部２２とフライホイールダイオード部
２３とが逆並列接続されたＭＯＳＦＥＴが形成されるこ
とになる。

【００２０】そして、電極１１に＋電位を、また、電極
１２に−電位を印加すると、電極１１、Ｐ形半導体層
３、Ｎ形半導体層２、Ｎ形半導体層１、電極１２に順方
向の電流が流れる。この順方向に電流が流れているとき
に、電極１１に−電位を、また、電極１２に＋電位を印
加すると、ダイオードに流れていた電流は徐々に減少
し、さらに過渡的に逆方向に電流が流れる。この時、Ｐ
形半導体層３中央部の下のＮ形半導体層２のキャリア
は、格子欠陥によって減少し、Ｐ形半導体層３中央部の
下のＮ形半導体層２のキャリアは、格子欠陥によって消
滅し、Ｐ形半導体層３の外周に近いＮ形半導体層２の残
留キャリアはショート部４を介してソース電極１１に引
き込まれる。ショート部４を介して、ソース電極１１に
引き込まれる残留キャリアはＰ形半導体層３の中央部に
なるほど少なくなり、残留キャリアの減少が緩慢に行わ
れる。ダイオードはソフトリカバリー特性を示す。ま
た、ショート部４は低濃度で残留キャリアは少なく、残
留キャリアの消滅は緩やかに行われる。

【００２１】上記実施例では、トレンチ構造のＭＯＳＦ
ＥＴについて述べたが、プレーナ構造のＭＯＳＦＥＴや
ＩＧＢＴについても適用することができる。

【００２２】

【発明の効果】第１の発明の半導体装置は、第２の半導
体層の表面からその内部に第３の半導体層を形成し、第
３の半導体層と低濃度の第２の半導体層のショート部と
の表面に第１の金属層を形成して、ダイオードが形成さ
れることにより、このダイオードの逆回復時に残留キャ
リアが低濃度の第２の半導体層を介して第１の金属層に
流れるので、残留キャリアの引き込まれる数が少なく、
ソフトリカバリー特性となる。

【００２３】また、第２の発明の半導体装置は、第１の
半導体層と第２の半導体層と、第３の半導体層と第４の
半導体層とにより形成されるトランジスタと並列に第１
の半導体層と第２の半導体層と第３の半導体層でダイオ
ードが形成され、このダイオードの逆回復時に残留キャ
リアが低濃度の第２の半導体層を介して第１の金属層に
流れるので、残留キャリアの引き込まれる数が少なく、
ソフトリカバリー特性となる。

【００２４】ショート部と第１の金属層によりショット
キダイオードが形成され、金属層下の第２の半導体層の
濃度が低く、残留キャリアが少なく残留キャリアの減少
は緩やかに行われる。

【００２５】第４の発明の半導体装置では、ショート部
の面積が第３の半導体層の面積の４０ないし１００％に
選択することにより、小型で最適の電流を流し得ること
ができ、またソフトリカバリー特性が得られる。

【００２６】これにより、逆回復時に従来の半導体装置
のようにスパイク状のノイズが発生することなく、他の
制御回路を誤動作させたり、フライホイリングダイオー
ドの内在するスイッチング素子を破壊することがなく、
特別のスナバ回路を設ける必要もなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体装置の一実施例の断面図であ
る。

【図２】図１の半導体装置のタイムチャート図である。

【図３】本発明の半導体装置の他の実施例の断面図であ
る。

【図４】図３の等価回路図である。

【図５】従来の半導体装置の断面図である。

【図６】図５の半導体装置のタイムチャート図である。

【符号の説明】

１（高濃度の）Ｎ形半導体層２（低濃度の）Ｎ形半導体層３Ｐ形半導体層４ショート部５（高濃度の）Ｎ形半導体層６ゲート膜７ゲート電極１１電極１２電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の導電形で高濃度の第１の半導体層
と、上記第１の半導体層上の形成された第１の導電形で
低濃度の第２の半導体層と、上記第２の半導体層の表面
からその内部に選択的に形成された第２の導電形で高濃
度の第３の半導体層と、上記第３の半導体層の表面と上
記第３の半導体層の相互間に形成される上記第２の半導
体層のショート部の表面とを熱処理された第１の金属層
とを設けた半導体装置。
【請求項２】第１の導電形で高濃度の第１の半導体層
と、上記第１の半導体層上に形成された第１の導電形で
低濃度の第２の半導体層と、上記第２の半導体層の表面
からその内部に選択的に形成された第２の導電形で高濃
度の第３の半導体層と、上記第３の半導体層の表面から
その内部に選択的に形成された第１の導電形で高濃度の
第４の半導体層と、上記第３及び第４の半導体層の表面
と、上記第３の半導体層の相互間に形成される上記第２
の半導体層のショート部の表面とを熱処理した第１の金
属層とを設けた半導体装置。
【請求項３】上記第１の金属層がアルミニウム、モリ
ブデンである請求項１又は２記載の半導体装置。
【請求項４】上記ショート部の面積が上記第３の半導
体層の面積の４０ないし１００％である請求項１又は２
記載の半導体装置。