JPH10116998A - Semiconductor device and its manufacture - Google Patents

Semiconductor device and its manufacture

Info

Publication number
JPH10116998A
JPH10116998A JP27098396A JP27098396A JPH10116998A JP H10116998 A JPH10116998 A JP H10116998A JP 27098396 A JP27098396 A JP 27098396A JP 27098396 A JP27098396 A JP 27098396A JP H10116998 A JPH10116998 A JP H10116998A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
region
defect
semiconductor device
junction
concentration
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP27098396A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tomoyoshi Kushida
知義 櫛田
Masayasu Ishiko
雅康 石子
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp, Toyota Central R&D Labs Inc filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP27098396A priority Critical patent/JPH10116998A/en
Publication of JPH10116998A publication Critical patent/JPH10116998A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/30Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by physical imperfections; having polished or roughened surface
    • H01L29/32Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by physical imperfections; having polished or roughened surface the imperfections being within the semiconductor body
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/86Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
    • H01L29/861Diodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/86Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
    • H01L29/861Diodes
    • H01L29/8613Mesa PN junction diodes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Thyristors (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device, where high-speed switching can be made by eliminating the fear of element breakdown by surge voltage, together with its manufacture. SOLUTION: In a semiconductor device which has a p anode region 14 and an n<-> cathode region 16 in contact through a pn junction, the first defective region 16a is provided in the position near the pn junction out of the n<-> cathode region 16 where a small number of carriers are accumulated in ON condition, and a small number of carries contributing to the reverse recovery current in its early stage after off inversion are reduced, whereby the rise of the reverse recovery current is made small so as to shorten the reverse recovery time. Furthermore, the second defective region g is provided in the position far from the first defective region 16a viewed from pn junction, whereby a small number of carriers contributing to the reverse recovery current in the later half of the reverse recovery time are reduced to converge the reverse recovery current in its early stage.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、pn接合を有する
半導体装置およびその製造方法に関し、さらに詳細に
は、順方向電圧がオフされた後における逆回復電荷の縮
小とサージ電圧の低下とを図った半導体装置およびその
製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device having a pn junction and a method of manufacturing the same, and more particularly, to reduce a reverse recovery charge and a surge voltage after a forward voltage is turned off. And a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】pn接合を有する半導体装置の一種とし
て、電流をスイッチングするためにトランジスタ等のス
イッチング素子とともに用いられるスイッチング用ダイ
オードがある。その一般的な構造は、図9に示すよう
に、pアノード領域93とn- 領域95とn+ カソード
領域96とをSi等の半導体結晶中に形成し、両端にア
ノード電極91とカソード電極98とを設けたものであ
る。ここでpアノード領域93とn- 領域95との間が
pn接合箇所であり、図10のグラフのカーブxに示さ
れるように、n- 領域95の不純物濃度はpアノード領
域93の不純物濃度より低くされている。
2. Description of the Related Art As one type of semiconductor device having a pn junction, there is a switching diode used together with a switching element such as a transistor for switching a current. The general structure thereof is as shown in FIG. 9, in which a p anode region 93, an n region 95, and an n + cathode region 96 are formed in a semiconductor crystal such as Si, and an anode electrode 91 and a cathode electrode 98 are provided at both ends. Are provided. Here, a pn junction is located between the p anode region 93 and the n region 95. As shown by a curve x in the graph of FIG. 10, the impurity concentration of the n region 95 is lower than that of the p anode region 93. Has been lowered.

【0003】この半導体装置に順方向電圧が印加され電
流が流れているとき、pアノード領域93からホール
(正孔)がpn接合を超えてn- 領域95に注入されて
いる。注入されたホールは少数キャリアであり、n-
域95内で電子と再結合して消滅する。そのために必要
な電子はn+カソード領域96から供給されている。
When a forward voltage is applied to this semiconductor device and a current flows, holes (holes) are injected from the p anode region 93 into the n region 95 across the pn junction. The injected holes are minority carriers and recombine with electrons in the n region 95 and disappear. The necessary electrons are supplied from the n + cathode region 96.

【0004】ここで印加電圧を反転すると、n- 領域9
5に注入されて未だ消滅していないホールがpn接合を
超えてpアノード領域93に戻るので、図11のグラフ
に示すように過渡的に逆方向の電流IRが流れることと
なる。逆方向電流IRは、n-領域95にホールが残存し
ている間続くので、その持続時間(以下、「逆回復時間
R」という)はn-領域95内での少数キャリアのライ
フタイムに依存し、数100μsec程度である。これ
がスイッチングの高速化に対する妨げとなる。なお、図
11のグラフにおいて逆方向電流IRの逆回復時間TR
わたる時間積分を逆回復電荷QR といい、これが大きい
とエネルギー損失が大きいことを意味する。
Here, when the applied voltage is inverted, the n region 9
Since holes that have been injected into 5 and have not yet disappeared return to the p anode region 93 beyond the pn junction, a current I R in the reverse direction transiently flows as shown in the graph of FIG. Since the reverse current I R continues while holes remain in the n region 95, the duration thereof (hereinafter referred to as “reverse recovery time T R ”) is the lifetime of the minority carrier in the n region 95. And several hundreds of microseconds. This hinders high-speed switching. Incidentally, called the reverse recovery charge Q R reverse recovery time over the time integral to T R of the reverse current I R in the graph of FIG. 11, it means that energy loss is large and it is large.

【0005】特開昭55−38058号公報には、この
逆回復時間TR を短縮してスイッチングの高速化を図る
技術が開示されている。同号公報の半導体装置は、電子
線照射やイオン照射等の方法により、n型領域のうち電
圧反転後に空乏層となる領域の外側に発生−再結合中心
(異種原子等の格子欠陥)を分布させたものである。す
なわち図9に当てはめれば、n+ カソード領域96のう
ち、電圧反転後に空乏層が広がってくる範囲の外側に格
子欠陥を分布させた(図10のグラフのカーブyを参
照)領域96aを設けたものである。すなわち、格子欠
陥が多く存在する領域96aでは少数キャリアのライフ
タイムが短いので、そのような領域を設けることにより
逆回復時間TRの短縮と逆回復電荷QRの減少とが期待で
きるものである。
[0005] JP-A-55-38058, technique to improve performance of the switching by shortening the reverse recovery time T R is disclosed. In the semiconductor device disclosed in the same publication, generation-recombination centers (lattice defects such as hetero atoms) are distributed outside a region that becomes a depletion layer after voltage reversal in an n-type region by a method such as electron beam irradiation or ion irradiation. It was made. That is, if applied to FIG. 9, a region 96a in which lattice defects are distributed (see the curve y in the graph of FIG. 10) in the n + cathode region 96 outside the range in which the depletion layer spreads after the voltage reversal is provided. It is a thing. That is, since the lifetime is short minority carrier in the region 96a lattice defects exist many, in which the reverse recovery time T R shortened and the reduction of the reverse recovery charge Q R can be expected by providing such regions .

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記公報
の半導体装置には、次のような問題点があった。
However, the semiconductor device disclosed in the above publication has the following problems.

【0007】すなわちこの半導体装置では、格子欠陥を
分布させた領域がpn接合から遠い位置に存在している
ので、図9でいうn- 領域95のようなpn接合に近接
する領域での少数キャリアのライフタイムは何ら短縮さ
れていない。そして、図11の逆方向電流IR のうち前
半の部分(ピーク以前の部分)はこの領域の少数キャリ
アに起因し、図9でいう領域96aのようなpn接合か
ら遠い位置の少数キャリアは逆方向電流IR のうち後半
の部分(ピーク以後の部分)に寄与するのである。した
がって過渡電流特性は、図11のグラフのカーブcに示
すようになる。カーブcでは、逆方向電流IR のピーク
値をほとんど低減できないまま逆回復時間TRを短縮し
ているので、後半の部分の傾斜(dIR/dt)が急峻
なものとなっている。この傾斜dIR/dt と回路の寄
生インダクタンスLとの積がサージ電圧として作用し反
転電圧に重畳されることとなるので、pn接合の逆耐圧
を超えて素子が破壊される場合がある。そして、逆回復
時間TR を短縮すればするほどサージ電圧が高くなるト
レードオフの関係にあるので、逆回復時間TR を十分に
短縮することが実際にはできない。
That is, in this semiconductor device, since the region where the lattice defects are distributed exists at a position far from the pn junction, the minority carriers in the region close to the pn junction such as the n region 95 in FIG. Has not been shortened at all. The first half (the portion before the peak) of the reverse current I R in FIG. 11 is caused by the minority carriers in this region, and the minority carrier at a position far from the pn junction as in the region 96a in FIG. This contributes to the latter half of the direction current I R (the part after the peak). Therefore, the transient current characteristics are as shown by curve c in the graph of FIG. In curve c, since by shortening the reverse current I R reverse recovery time without hardly reducing the peak value of T R, the slope of the second half portion (dI R / dt) is a steep. Since the product of the parasitic inductance L of the inclined dI R / dt and the circuit is to be superimposed on the action reversed voltage as surge voltage, there is a case where the element is destroyed beyond the reverse breakdown voltage of the pn junction. Since there is a trade-off surge voltage becomes higher the more you reduce the reverse recovery time T R, can not in practice be sufficiently reduced reverse recovery time T R.

【0008】そこで本発明は、前記した従来技術の問題
点を解決すること、すなわち、逆回復時間とサージ電圧
とのトレードオフを解消し、サージ電圧による素子破壊
のおそれなくして高速スイッチングができる半導体装置
をその製造方法とともに提供することを課題とする。
Accordingly, the present invention solves the above-mentioned problems of the prior art, that is, a semiconductor which can eliminate the trade-off between the reverse recovery time and the surge voltage, and can perform high-speed switching without fear of element destruction due to the surge voltage. It is an object to provide an apparatus together with a manufacturing method thereof.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】この課題の解決のために
なされた請求項1の発明は、pn接合を構成する一導電
型半導体領域と他導電型半導体領域とを有し、前記一導
電型半導体領域内の少なくともpn接合箇所に隣接する
部分に、不純物濃度が前記他導電型半導体領域の不純物
濃度よりも低い低濃度領域を形成した半導体装置であっ
て、前記低濃度領域内に、他の部分よりも格子欠陥濃度
が高い第1欠陥領域を設けたことを特徴として特定され
る。
Means for Solving the Problems According to a first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device having one conductivity type semiconductor region and another conductivity type semiconductor region forming a pn junction. A semiconductor device in which a low-concentration region whose impurity concentration is lower than the impurity concentration of the other-conductivity-type semiconductor region is formed at least in a portion adjacent to a pn junction portion in a semiconductor region, wherein another low-concentration region has another impurity concentration. This is characterized by providing a first defect region having a higher lattice defect concentration than a portion.

【0010】この半導体装置では、順方向電圧を印加し
て電流が流れる状態にすると、他導電型半導体領域内の
キャリアがpn接合を超えて低濃度領域に進入する。こ
のキャリアは低濃度領域内では少数キャリアであり、多
数キャリアと再結合して消滅するものであるが、低濃度
領域内の第1欠陥領域においては他の部分よりも格子欠
陥濃度が高いため消滅までのライフタイムが著しく短
い。ここで印加電圧が反転されると、他導電型半導体領
域から低濃度領域に進入して未だ消滅していない少数キ
ャリアがpn接合を再度超えて他導電型半導体領域に戻
ろうとして過渡的に逆方向の電流が流れる。しかし前記
のように第1欠陥領域では少数キャリアのライフタイム
が短く電圧反転後速やかに消滅するので、その後逆方向
電流に寄与するのは第1欠陥領域以外の領域に残存して
いる少数キャリアのみとなる。さらに、第1欠陥領域
は、空乏化した後は少数キャリアの消滅に寄与しないた
め、逆回復時間の後半における逆方向電流の時間変化率
を大きくすることはない。
In this semiconductor device, when a forward voltage is applied to cause a current to flow, carriers in the other conductivity type semiconductor region enter the low-concentration region beyond the pn junction. These carriers are minority carriers in the low-concentration region and recombine with the majority carriers and disappear, but disappear in the first defect region in the low-concentration region because the lattice defect concentration is higher than other portions. Life time is extremely short. Here, when the applied voltage is inverted, minority carriers that have entered the low-concentration region from the other conductivity type semiconductor region and have not yet disappeared transition across the pn junction again to return to the other conductivity type semiconductor region. Direction current flows. However, as described above, the minority carrier has a short lifetime in the first defect region and disappears immediately after the voltage reversal. Therefore, only the minority carrier remaining in the region other than the first defect region contributes to the reverse current thereafter. Becomes Furthermore, since the first defect region does not contribute to the disappearance of minority carriers after depletion, the time change rate of the reverse current in the latter half of the reverse recovery time does not increase.

【0011】したがって、第1欠陥領域を設けない半導
体装置と比較して、逆方向電流の立ち上がりが小さく、
このため逆回復時間も短くなりスイッチングの高速化が
図られるとともに、逆回復電荷も小さくなりエネルギー
損失の低減が図られる。また、逆方向電流のピークも小
さく、逆回復時間の後半における逆方向電流の時間変化
率も小さいので、サージ電圧の重畳により素子の破壊に
至ることはない。
Therefore, the rise of the reverse current is smaller than that of the semiconductor device having no first defect region,
For this reason, the reverse recovery time is shortened, the switching speed is increased, and the reverse recovery charge is also reduced, thereby reducing the energy loss. Also, since the peak of the reverse current is small and the time change rate of the reverse current in the latter half of the reverse recovery time is small, the element is not destroyed due to the superposition of the surge voltage.

【0012】このように請求項1の半導体装置では、低
濃度領域内に少数キャリアのライフタイムが短い第1欠
陥領域を設けることにより、逆回復時間の前半における
逆方向電流に寄与する少数キャリアを早期に消滅させよ
うとするものである。したがって第1欠陥領域は、低濃
度領域内のなるべくpn接合寄りの位置に設けた方がそ
の効果が大きい。なお、低濃度領域全体を第1欠陥領域
としてもよいが、低濃度領域の一部を第1欠陥領域とす
ると、低濃度領域内に格子欠陥濃度の低い層が残るの
で、リーク電流を抑制できる。
As described above, in the semiconductor device according to the first aspect, by providing the first defect region in which the minority carrier has a short lifetime in the low concentration region, the minority carrier contributing to the reverse current in the first half of the reverse recovery time is reduced. It is intended to be extinguished early. Therefore, the effect is greater when the first defect region is provided as close to the pn junction as possible in the low concentration region. Note that the entire low-concentration region may be used as the first defect region. However, if a part of the low-concentration region is used as the first defect region, a layer having a low lattice defect concentration remains in the low-concentration region, so that leakage current can be suppressed. .

【0013】また、請求項2の発明は、請求項1に記載
する半導体装置であって、前記一導電型半導体領域内の
pn接合箇所からみて前記第1欠陥領域より遠い位置
に、他の部分(前記第1欠陥領域を除く)よりも格子欠
陥濃度が高い第2欠陥領域を設けたことを特徴として特
定される。
According to a second aspect of the present invention, there is provided the semiconductor device according to the first aspect, wherein the other portion is located farther from the first defect region as viewed from a pn junction in the one conductivity type semiconductor region. This is characterized by providing a second defect region having a higher lattice defect concentration than the first defect region (excluding the first defect region).

【0014】この半導体装置では、逆回復時間の前半に
おいては前記と同様に第1欠陥領域の作用により、逆方
向電流の減少が図られる。そして、その後における逆方
向電流に寄与する少数キャリアが存在する領域に第2欠
陥領域を設けたので、逆回復時間の後半においても逆方
向電流の減少が図られ、全体でより一層の逆回復時間の
短縮と逆回復電荷の減少とが達成されている。
In this semiconductor device, in the first half of the reverse recovery time, the reverse current is reduced by the action of the first defect region in the same manner as described above. Since the second defect region is provided in the region where the minority carriers contributing to the reverse current thereafter exist, the reverse current is reduced even in the latter half of the reverse recovery time, and the reverse recovery time is further increased as a whole. And the reverse recovery charge are reduced.

【0015】請求項1および請求項2の発明において、
一導電型半導体領域および他導電型半導体領域は、一方
がn型半導体で他方がp型半導体(どちらがn型でもよ
い)である。したがって、低濃度領域に進入した少数キ
ャリアは、他導電型半導体領域がp型半導体である場合
にはホールであり、n型半導体である場合には電子であ
る。また、格子欠陥とは、半導体の結晶格子中の転位や
空孔、異種原子(ドーパントとして作用するものを除
く)等の異常であって、少数キャリアのライフタイムを
短縮する作用を奏するものをいう。
In the first and second aspects of the present invention,
One of the one conductivity type semiconductor region and the other conductivity type semiconductor region is an n-type semiconductor and the other is a p-type semiconductor (either one may be an n-type semiconductor). Therefore, the minority carriers that have entered the low concentration region are holes when the other conductivity type semiconductor region is a p-type semiconductor, and are electrons when the other conductivity type semiconductor region is an n-type semiconductor. Lattice defects are abnormalities such as dislocations, vacancies, and heteroatoms (excluding those acting as dopants) in the crystal lattice of a semiconductor, which have an effect of shortening the minority carrier lifetime. .

【0016】また、請求項3の発明は、半導体装置の製
造方法であって、pn接合を構成する一導電型半導体領
域と他導電型半導体領域とを有し、前記一導電型半導体
領域内の少なくともpn接合箇所に隣接する部分に、不
純物濃度が前記他導電型半導体領域の不純物濃度よりも
低い低濃度領域を形成した構造の半導体に対し、pn接
合面に対して非平行な方向から、前記低濃度領域内にイ
オンが分布するようにイオン照射を行って、前記低濃度
領域内に他の部分よりも格子欠陥濃度が高い第1欠陥領
域を形成することを特徴として特定される。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising a semiconductor region of one conductivity type and a semiconductor region of another conductivity type forming a pn junction. For a semiconductor having a structure in which a low-concentration region in which the impurity concentration is lower than the impurity concentration of the other conductivity type semiconductor region is formed at least in a portion adjacent to the pn junction, The ion irradiation is performed so that the ions are distributed in the low-concentration region, and a first defect region having a higher lattice defect concentration than other portions is formed in the low-concentration region.

【0017】この半導体装置の製造方法は、請求項1の
半導体装置を製造する方法である。この製造方法では、
一導電型半導体領域および他導電型半導体領域、そして
低濃度領域が形成された前記の構造の半導体に対して、
格子欠陥を高濃度に分布させた第1欠陥領域を形成する
ためにイオン照射を行う。このイオン照射は、照射され
て半導体に進入したイオンが低濃度領域内に分布するよ
うにイオンの飛程を調整して行う。この調整は、平均飛
程と分布の半値幅とを考慮して照射するイオンの加速電
圧やイオン種等を決定することによる。すなわち、加速
電圧が高いと平均飛程が大きく(深く)なるとともに分
布の半値幅が大きく(広く)なり、一方、加速電圧が低
いと平均飛程が小さく(浅く)なるとともに分布の半値
幅が小さく(狭く)なる。またイオン種については、加
速電圧が同じならば一般的には、軽元素のものほど分布
の半値幅が小さく(狭く)なり、一方、重元素のものほ
ど逆に分布の半値幅が大きく(広く)なる傾向がある。
そして必要に応じて、半導体の表面にマスクを被着して
イオンの分布範囲(半値幅の範囲)が低濃度領域内に位
置するようにする。その場合のマスクとしては、照射イ
オンに対する阻止能が半導体と同等であるものを用いる
と飛程の計算に便利である。
This method of manufacturing a semiconductor device is a method of manufacturing the semiconductor device according to claim 1. In this manufacturing method,
One-conductivity-type semiconductor region and other-conductivity-type semiconductor region, and a low-concentration region for the semiconductor having the structure described above,
Ion irradiation is performed to form a first defect region in which lattice defects are distributed at a high concentration. This ion irradiation is performed by adjusting the range of the ions so that the irradiated ions that have entered the semiconductor are distributed in the low concentration region. This adjustment is performed by determining the acceleration voltage, ion type, and the like of the ions to be irradiated in consideration of the average range and the half width of the distribution. That is, when the acceleration voltage is high, the average range is large (deep) and the half width of the distribution is large (wide). On the other hand, when the acceleration voltage is low, the average range is small (shallow) and the half width of the distribution is small. It becomes smaller (narrower). In addition, as for the ion species, if the accelerating voltage is the same, generally, the half value width of the distribution becomes smaller (narrower) for the light element, and conversely, the half width of the distribution becomes larger (wider) for the heavy element. ) Tends to be.
If necessary, a mask is attached to the surface of the semiconductor so that the distribution range of the ions (the range of the half-value width) is located in the low concentration region. If a mask having the same stopping power as that of a semiconductor is used as a mask in this case, it is convenient for calculating the range.

【0018】かくして低濃度領域内にイオンを分布させ
ると、その分布領域が格子欠陥濃度の高い第1欠陥領域
となる。なお、イオンを分布させた後でアニーリング等
の熱処理を施して格子欠陥を安定させておくことが好ま
しい。さらに、この第1欠陥領域の形成の前または後
に、請求項2にいう第2欠陥領域を形成する工程を行っ
てもよい。その第2欠陥領域の形成は、前記第1欠陥領
域の場合のようなイオン照射を、異なる条件(イオン種
や加速電圧等)で行えばよい。あるいは、イオン照射の
代わりに電子線照射によってもよい。
When the ions are distributed in the low concentration region, the distribution region becomes the first defect region having a high lattice defect concentration. After the ions are distributed, it is preferable to perform a heat treatment such as annealing to stabilize lattice defects. Further, before or after the formation of the first defect region, a step of forming the second defect region according to claim 2 may be performed. The second defect region may be formed by performing ion irradiation under different conditions (such as ion species and acceleration voltage) as in the case of the first defect region. Alternatively, electron beam irradiation may be used instead of ion irradiation.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に即して詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0020】[第1の実施の形態] (素子構成)第1の実施の形態に係る半導体装置は、図
1に示す基本構造を有している。すなわちこの半導体装
置は、Si結晶中に、p+アノード領域13、p-アノー
ド領域14、n-領域16、およびn+カソード領域1
7、を順に形成したものである。ここでp-アノード領
域14とn-領域16との間がpn接合箇所である。な
お、p-アノード領域14はn-領域16よりはるかに薄
く形成されている。そして、両端にAl等の金属でアノ
ード電極11とカソード電極19とが設けられており、
アノード電極11はp+アノード領域13に、カソード
電極19はn+カソード領域17に、それぞれオーミッ
ク接続されている。
First Embodiment (Element Configuration) The semiconductor device according to the first embodiment has the basic structure shown in FIG. That is, in this semiconductor device, the p + anode region 13, the p anode region 14, the n region 16, and the n + cathode region 1
7 are formed in order. Here, a portion between the p anode region 14 and the n region 16 is a pn junction. Note that p anode region 14 is formed much thinner than n region 16. An anode electrode 11 and a cathode electrode 19 are provided at both ends with a metal such as Al.
The anode electrode 11 is ohmically connected to the p + anode region 13 and the cathode electrode 19 is ohmically connected to the n + cathode region 17.

【0021】そして、各領域における不純物濃度は図2
のグラフのカーブaに示すようなプロファイル(図1に
おけるA−A断面に相当)となっている。すなわち、p
- アノード領域14がp+アノード領域13より、n-
域16がn+ カソード領域17より、それぞれ不純物濃
度が低い。さらに、pn接合を挟んでp- アノード領域
14よりもn- 領域16のほうが不純物濃度が低くなる
ようにされており、このためp-アノード領域14にお
けるキャリア(ホール)濃度はn-領域16におけるキ
ャリア(電子)濃度より高い。なお、図2のカーブaは
濃度のみを示し不純物の種類は区別していないが、p+
アノード領域13およびp-アノード領域14の不純物
がB、Al、Ga等のアクセプタであるのに対し、n-
領域16およびn+ カソード領域17の不純物がP、S
b、As等のドナーである点で相異する。
The impurity concentration in each region is shown in FIG.
Has a profile (corresponding to the AA cross section in FIG. 1) as shown by curve a in the graph of FIG. That is, p
The impurity concentration of the anode region 14 is lower than that of the p + anode region 13 and the impurity concentration of the n region 16 is lower than that of the n + cathode region 17. Further, the impurity concentration of the n region 16 is lower than that of the p anode region 14 with the pn junction interposed therebetween. Therefore, the carrier (hole) concentration in the p anode region 14 is lower than that in the n region 16. Higher than carrier (electron) concentration. Note that the curve a in FIG. 2 shows only the concentration and does not distinguish the types of impurities, but p +
The impurities in the anode region 13 and the p anode region 14 are acceptors such as B, Al, and Ga, while n
The impurities in region 16 and n + cathode region 17 are P, S
They differ in that they are donors such as b and As.

【0022】そしてこの半導体装置には、n- 領域16
の中に第1欠陥領域16aが設けられている。第1欠陥
領域16aは、図2のグラフのカーブbに示すように、
-領域16内のpn接合寄りの位置に格子欠陥を高濃
度に分布させたものである。すなわちn- 領域16に
は、第1欠陥領域16aと、pn接合に隣接する領域1
6bと、pn接合から離れた領域16cとが含まれてい
る。格子欠陥とは、Siの結晶格子中の転位や空孔、異
種原子等の異常であり、ホールと電子との発生−再結合
中心となる性質を有している。このため第1欠陥領域1
6a内では、少数キャリア(ここではホール)のライフ
タイムが著しく短い。
The semiconductor device has an n region 16.
Are provided with a first defect region 16a. The first defect area 16a is formed as shown by a curve b in the graph of FIG.
This is one in which lattice defects are distributed at a high concentration at a position near the pn junction in the n region 16. That is, the n region 16 includes the first defect region 16a and the region 1 adjacent to the pn junction.
6b and a region 16c remote from the pn junction. Lattice defects are anomalies such as dislocations, vacancies, and heteroatoms in the crystal lattice of Si, and have the property of being a generation-recombination center between holes and electrons. Therefore, the first defect region 1
In 6a, the minority carrier (here, a hole) has a significantly shorter lifetime.

【0023】この第1欠陥領域16aは後述するよう
に、Si結晶にHeイオンを照射して形成したものであ
る。したがって格子欠陥の分布はカーブbのようなガウ
ス分布となるが、図1では、分布濃度が最大値の半値と
なる範囲を第1欠陥領域16aと呼んでいる。よって、
厳密には、イオン照射に基づいて形成された格子欠陥は
第1欠陥領域16aの外にも少し分布しているが、p-
アノード領域14やp+アノード領域13において特性
に影響する程ではない。
The first defect region 16a is formed by irradiating a Si crystal with He ions, as described later. Therefore, the distribution of the lattice defects is a Gaussian distribution like a curve b. In FIG. 1, the range where the distribution density is a half of the maximum value is called the first defect region 16a. Therefore,
Strictly speaking, lattice defects formed based on ion irradiation are slightly distributed outside the first defect region 16a, but p
In the anode region 14 and the p + anode region 13, the characteristics are not so affected.

【0024】かかる素子構成において、n-領域16お
よびn+カソード領域17が請求項1にいう「一導電型
半導体領域」に相当し、そのうちのn- 領域16が「低
濃度領域」に相当する。さらにその中の第1欠陥領域1
6aが「第1欠陥領域」に相当する。一方、p-アノー
ド領域14が「他導電型半導体領域」に相当する。
In such an element structure, the n region 16 and the n + cathode region 17 correspond to the “one conductivity type semiconductor region” of claim 1, and the n region 16 corresponds to the “low concentration region”. . Further, the first defect region 1 therein
6a corresponds to a "first defect area". On the other hand, the p anode region 14 corresponds to the “other conductivity type semiconductor region”.

【0025】(動作)この半導体装置は、スイッチング
用ダイオードとして動作する。まずオン状態について説
明する。アノード電極11が正、カソード電極19が負
になる向き(順方向)に電圧を印加すると、電界によ
り、p-アノード領域14およびp+アノード領域13の
ホールはカソード電極19に向かって加速され、n-
域16およびn+ カソード領域17の自由電子はアノー
ド電極11に向かって加速される。このためアノード電
極11からカソード電極19へ、半導体装置を通って電
流が流れる。この状態がオン状態である。
(Operation) This semiconductor device operates as a switching diode. First, the ON state will be described. When a voltage is applied in a direction in which the anode electrode 11 is positive and the cathode electrode 19 is negative (forward direction), holes in the p anode region 14 and the p + anode region 13 are accelerated toward the cathode electrode 19 by an electric field, Free electrons in n region 16 and n + cathode region 17 are accelerated toward anode electrode 11. Therefore, current flows from the anode electrode 11 to the cathode electrode 19 through the semiconductor device. This state is the ON state.

【0026】このオン状態のとき、電界により加速され
たホールと電子とがp- アノード領域14とn- 領域1
6との間のpn接合箇所で出会い再結合して消滅する
が、ホールの方が個数が多いので、過剰なホールがpn
接合を超えてn- 領域16に進入する。ホールはn-
域16内では少数キャリアであり、多数キャリアである
電子と再結合して消滅するが、実際に消滅するまでには
ある程度の時間(ライフタイム)を要する。したがっ
て、オン電流が流れている間は、n- 領域16にホール
が蓄積していることになる。
In this ON state, holes and electrons accelerated by the electric field are converted into p - anode region 14 and n - region 1
6 and recombine at the pn junction, and disappear. However, since the number of holes is larger, excess holes
It enters the n - region 16 beyond the junction. The holes are minority carriers in the n region 16 and recombine with electrons that are majority carriers, and disappear. However, it takes a certain time (lifetime) to actually disappear. Therefore, while the on-current is flowing, holes are accumulated in n region 16.

【0027】n- 領域16内でのホールのライフタイム
は、第1欠陥領域16a以外の場所では数100μse
c程度と比較的長いが、第1欠陥領域16a内では10
nsec程度と非常に短い。第1欠陥領域16a内に高
濃度に分布している格子欠陥が発生−再結合中心として
作用し、ホールの消滅を促進するためである。
The lifetime of a hole in n region 16 is several hundred μs in a place other than first defect region 16a.
c, which is relatively long, but within the first defect region 16a, 10
Very short, about nsec. This is because lattice defects distributed at a high concentration in the first defect region 16a act as generation-recombination centers to promote the disappearance of holes.

【0028】ここで印加電圧を反転し、アノード電極1
1が負、カソード電極19が正になる向き(逆方向)に
すると、半導体装置の内部における電界の向きも逆転す
るので、n- 領域16に蓄積しているホールが今度は逆
向きにアノード電極11に向かって加速されることにな
る。このため、n- 領域16にホールが残っている間は
オン電流と逆向きの電流(逆方向電流IR)が半導体装
置を流れ、n-領域16のホールがなくなると電流が消
滅する。すなわち、逆方向電流IR は過渡的なものであ
る。この状況を図3のグラフに示す。以下、電圧反転後
の履歴において、電圧反転から逆方向電流IR の大きさ
が最大になるまでを「オフ前半」といい、その後電流値
が0に収束するまでを「オフ後半」ということとする。
Here, the applied voltage is inverted, and the anode electrode 1
When 1 is negative and the cathode electrode 19 is positive (reverse direction), the direction of the electric field inside the semiconductor device is also reversed, so that the holes accumulated in the n region 16 are reversed in the anode electrode. It will be accelerated toward eleven. Therefore, while holes remain in n region 16, a current in the opposite direction to the on-current (reverse current I R ) flows through the semiconductor device, and the current disappears when holes in n region 16 disappear. That is, the reverse current I R is transient. This situation is shown in the graph of FIG. Hereinafter, in the history after the voltage inversion, the period from the voltage inversion until the magnitude of the reverse current I R becomes maximum is referred to as “first half of off”, and the period after that, when the current value converges to 0, is referred to as “second half of off”. I do.

【0029】この半導体装置においては、逆方向電流I
R は、pn接合に隣接する領域に蓄積しているホールの
寄与によって起こる。オフ前半で正孔が消滅しつつ、逆
方向電流IR が立ち上がる(図3中では下向き)。オフ
後半に空乏層が拡がりながら、逆方向電流は0へ収束す
る。このオフ後半における逆方向電流の傾斜dIR/d
t は、第1欠陥領域16aが設けられていない半導体
装置の場合(図3中の破線f)とほぼ同じであり、素子
破壊に至るような高いサージ電圧は生じない。なお、オ
フ後半における逆方向電流IR は、pn接合から離れた
領域に蓄積しているホールの寄与による。逆方向電流I
R が0に収束した後は、pn接合を挟んで広がった空乏
層により電流が阻止されたオフ状態となっている。
In this semiconductor device, the reverse current I
R is caused by the contribution of holes accumulated in the region adjacent to the pn junction. The reverse current I R rises while holes disappear in the first half of the off-time (downward in FIG. 3). The reverse current converges to 0 while the depletion layer expands in the latter half of the off-time. Gradient dI R / d of the reverse current in the off-late
t is almost the same as in the case of the semiconductor device in which the first defect region 16a is not provided (broken line f in FIG. 3), and a high surge voltage that causes element destruction does not occur. Note that the reverse current I R in the latter half of the off-time is due to the contribution of holes accumulated in a region away from the pn junction. Reverse current I
After R converges to 0, the transistor is in an off state in which current is blocked by a depletion layer extending across the pn junction.

【0030】これよりこの半導体装置では、n- 領域1
6の中のオフ前半に空乏化する領域に第1欠陥領域16
aを設けたことにより、逆方向電流IR のピークが小さ
くなり、逆回復時間TR もその分小さくなっていること
が理解できる。また、逆方向電流IRの逆回復時間TR
わたる時間積分である逆回復電荷QR もその分小さい。
したがって、オンからオフへのスイッチングが高速であ
りかつエネルギー効率にも優れた半導体装置が実現され
ている。そして、逆方向電流IRの傾斜dIR/dtが小
さいので、サージ電圧も大きくなることはない。
Thus, in this semiconductor device, n - region 1
The first defect region 16 is formed in the region depleted in the first half of the off-state in FIG.
It can be understood that by providing a, the peak of the reverse current I R is reduced, and the reverse recovery time T R is also reduced accordingly. Further, the reverse recovery charge Q R is small correspondingly the reverse recovery time spans T R time integral of the reverse current I R.
Therefore, a semiconductor device in which switching from ON to OFF is performed at high speed and excellent in energy efficiency is realized. Then, the inclination dI R / dt of the reverse current I R is small, the surge voltage does not also increases.

【0031】さらに、格子欠陥を高濃度に分布させた領
域を設けている場合にはオン電圧の上昇が懸念されると
ころではあるが、この半導体装置では第1欠陥領域16
a以外には格子欠陥があまり分布しておらず、特にp-
アノード領域14およびp+アノード領域13にはほと
んど分布していないので、オン電圧の上昇は問題になら
ない。また、n- 領域16内に格子欠陥があまり分布し
ていない領域が存在しているので、リーク電流も小さ
い。
Further, in the case where a region where lattice defects are distributed at a high concentration is provided, there is a concern that the ON voltage may increase.
Other than a, lattice defects are scarcely distributed, especially p
Since there is almost no distribution in the anode region 14 and the p + anode region 13, an increase in on-state voltage does not matter. In addition, since there is a region in the n region 16 where lattice defects are not much distributed, the leakage current is small.

【0032】(製造方法)続いて、この半導体装置の製
造方法を説明する。この半導体装置の製造には、シリコ
ン基板としてn-基板を用いる。
(Manufacturing Method) Next, a method of manufacturing the semiconductor device will be described. In manufacturing this semiconductor device, an n substrate is used as a silicon substrate.

【0033】まず、図4に示すように、n- シリコン基
板20に対し熱拡散により、P、Sb、As等のドナー
性の不純物元素を導入する((a)→(b))。これに
より、基板の両面にn+カソード領域17、17が形成
され、その間にn-領域16が残る。n+カソード領域1
7、17では、不純物(ドナー)の濃度がn-領域16
より高くなっている。そして、一方のn+ カソード領域
17を研磨して削除し、n-領域16を表面に出す
((b)→(c))。
First, as shown in FIG. 4, a donor impurity element such as P, Sb or As is introduced into the n - silicon substrate 20 by thermal diffusion ((a) → (b)). As a result, n + cathode regions 17 and 17 are formed on both surfaces of the substrate, while n region 16 remains therebetween. n + cathode region 1
7 and 17, the impurity (donor) concentration is n region 16
Is higher. Then, one n + cathode region 17 is polished and removed, and the n region 16 is exposed to the surface ((b) → (c)).

【0034】そして、図5に示すように、研磨してn-
領域16を表面に出した側から、B(ホウ素)等(A
l、Ga等でもよい)のアクセプタ性の不純物元素をイ
オン注入して拡散し、p- アノード領域14を形成する
((a)→(b))。そして、より浅い注入深さでイオ
ン注入を繰り返し、p+ アノード領域13を形成する
((b)→(c))。
[0034] Then, as shown in FIG. 5, and polished n -
B (boron) or the like (A
(I, Ga, etc.) may be ion-implanted and diffused to form the p anode region 14 ((a) → (b)). Then, ion implantation is repeated at a shallower implantation depth to form the p + anode region 13 ((b) → (c)).

【0035】さらに、図6に示すように、p+ アノード
領域13上にAl等の金属でアノード電極11を形成し
その状態で、サイクロトロンのようなイオン加速装置を
用いて24MeVの加速エネルギーで上からHe2+イオ
ンを照射し、そしてアニールしてn- 領域16の中に第
1欠陥領域16aを形成する((a)→(b))。この
照射条件は、イオンの平均飛程が第1欠陥領域16aと
なるべき範囲の中央に位置し、分布濃度の半値幅がn-
領域16から逸脱しないようにイオン種と加速エネルギ
ーを設定したものである。また、イオン照射後のアニー
ルは、照射により生成した格子欠陥を熱的に安定させる
ためのプロセスであり、He2+イオン自体はこのアニー
ルの際にほとんどがSi結晶から抜けてしまう。その後
+ カソード領域17側の表面にAl等の金属でカソー
ド電極19を形成すれば図1に示す半導体装置ができあ
がる((b)→(c))。
Further, as shown in FIG. 6, an anode electrode 11 is formed of a metal such as Al on the p + anode region 13 and, in this state, an ion acceleration device such as a cyclotron is used to increase the acceleration energy of 24 MeV. The first defect region 16a is formed in the n region 16 by radiating He 2+ ions from the substrate and annealing ((a) → (b)). This irradiation condition is such that the average range of the ions is located at the center of the range where the first defect region 16a should be, and the half value width of the distribution concentration is n
The ion species and the acceleration energy are set so as not to deviate from the region 16. Annealing after ion irradiation is a process for thermally stabilizing lattice defects generated by irradiation, and almost all He 2+ ions themselves escape from the Si crystal during this annealing. Thereafter, if the cathode electrode 19 is formed of a metal such as Al on the surface on the n + cathode region 17 side, the semiconductor device shown in FIG. 1 is completed ((b) → (c)).

【0036】この製造方法では、n- 領域16の中に第
1欠陥領域16aを形成するに際し、イオン照射でイオ
ンを分布させてSi結晶に格子欠陥を生成させる手法を
採用している。そして、イオン種と加速エネルギー、さ
らに加速器と試料の間のアルミ箔の厚さにより分布の中
心と分布濃度の半値幅とを調整しているので、p- アノ
ード領域14およびp+アノード領域13には格子欠陥
をほとんど分布させずに、n-領域16の中でもなるべ
くpn接合に近い位置に第1欠陥領域16aを形成する
ことができる。このため、オン電圧の上昇を伴わずに、
オンからオフへのスイッチングが高速でありかつエネル
ギー効率にも優れた半導体装置を製造できるものであ
る。
In this manufacturing method, when forming the first defect region 16a in the n region 16, a method is employed in which ions are distributed by ion irradiation to generate lattice defects in the Si crystal. Since the center of the distribution and the half width of the distribution concentration are adjusted by the ion species and the acceleration energy, and the thickness of the aluminum foil between the accelerator and the sample, the p anode region 14 and the p + anode region 13 are adjusted. The first defect region 16a can be formed at a position as close to the pn junction as possible in the n region 16 without substantially distributing lattice defects. For this reason, without increasing the on-voltage,
It is possible to manufacture a semiconductor device in which switching from on to off is fast and energy efficiency is excellent.

【0037】[第2の実施の形態] (素子構成)第2の実施の形態に係る半導体装置は、図
1に示す前記第1の実施の形態の半導体装置のカソード
領域(16、17)内に、第1欠陥領域16aとは別
に、格子欠陥を分布させた第2欠陥領域(図1にはgの
記号で示す)を設けたものである。第2欠陥領域gは、
pn接合の位置から見て第1欠陥領域16aより遠い位
置に設けられている。この半導体装置における格子欠陥
の分布プロファイルは図7に示すように、第1欠陥領域
16aに相当するカーブb(図2のカーブbと同じ)の
他、第2欠陥領域gに相当するカーブcのようになって
いる。なお第2欠陥領域gは、請求項2にいう「第2欠
陥領域」に相当する。
[Second Embodiment] (Element Configuration) A semiconductor device according to a second embodiment is provided within the cathode regions (16, 17) of the semiconductor device of the first embodiment shown in FIG. In addition to the first defect region 16a, a second defect region (indicated by g in FIG. 1) in which lattice defects are distributed is provided. The second defect area g is
It is provided at a position farther from the first defect region 16a when viewed from the position of the pn junction. As shown in FIG. 7, the distribution profile of the lattice defect in this semiconductor device includes a curve b corresponding to the first defect region 16a (same as the curve b in FIG. 2) and a curve c corresponding to the second defect region g. It has become. Note that the second defect area g corresponds to the “second defect area” in claim 2.

【0038】図7によれば、カーブcのピーク位置はn
+ カソード領域17内にある。これは、オフ反転後にp
n接合から空乏層が広がってくる最遠の辺りに第2欠陥
領域gを位置させようとしたものである。また、カーブ
cのピーク高さはカーブbのピーク高さより低い。これ
は、逆回復電流の傾斜dIR/dtを大きくしすぎない
ためである。また、カーブcの半値幅はカーブbの半値
幅より大きい。これは、オフ後半の途中で第2欠陥領域
が空乏化してしまって、逆回復時間が充分に短くならな
いことを防ぐためである。しかし、半値幅の広さは絶対
的なものでなく、pn接合から見て第1欠陥領域16a
より遠い位置にあれば、広くても狭くてもある程度の効
果は期待できる。なお図7においてカーブaは、不純物
濃度プロファイルであり、図2のカーブaと同じであ
る。
According to FIG. 7, the peak position of the curve c is n
+ Inside the cathode region 17. This is due to p
This is to locate the second defect region g at the farthest point where the depletion layer spreads from the n-junction. The peak height of the curve c is lower than the peak height of the curve b. This is to prevent too large an inclination dI R / dt of the reverse recovery current. The half width of the curve c is larger than the half width of the curve b. This is to prevent the second defect region from being depleted in the middle of the latter half of the off-state, thereby preventing the reverse recovery time from becoming sufficiently short. However, the width of the half width is not absolute, and the first defect region 16a is viewed from the pn junction.
If it is farther away, a certain effect can be expected whether it is wide or narrow. In FIG. 7, a curve a is an impurity concentration profile, which is the same as the curve a in FIG.

【0039】(動作)この半導体装置の動作は、オン状
態においては前記第1の実施の形態の半導体装置の動作
と大きな違いはないが、第1欠陥領域16aばかりでな
く第2欠陥領域gにおいても格子欠陥によるホールのラ
イフタイム短縮作用がある。
(Operation) The operation of this semiconductor device is not significantly different from the operation of the semiconductor device of the first embodiment in the ON state, but not only in the first defect region 16a but also in the second defect region g. This also has the effect of shortening the lifetime of holes due to lattice defects.

【0040】したがって、印加電圧を順方向から逆方向
に反転したときにはn- 領域16およびn+ カソード領
域17に蓄積しているホールにより逆方向電流IR が過
渡的に流れるが、その時間特性は、図8に示すようにな
る。すなわち、オフ前半における逆方向電流IR の立ち
上がりは第1の実施の形態の場合と同じであるが、オフ
後半においては第1の実施の形態の場合より速やかに逆
方向電流IR が0に収束している。空乏層が広がってく
るオフ後半において逆方向電流IR に寄与する領域、す
なわちpn接合から見て第1欠陥領域16aより遠い領
域に蓄積しているホールが、第2欠陥領域gの存在のた
めに少なく、また早く消滅するからである。このため、
第1の実施の形態の場合と比較して、逆回復時間TR
さらに短く、逆回復電荷QRも小さい。
Therefore, when the applied voltage is reversed from the forward direction to the reverse direction, the reverse current I R transiently flows due to the holes accumulated in the n region 16 and the n + cathode region 17, but the time characteristic is , As shown in FIG. That is, the rise of the reverse current I R in the off half is the same as in the first embodiment, in the second half-off promptly reverse current I R is zero than the case of the first embodiment Has converged. In the latter half of the off-time when the depletion layer spreads, holes accumulated in a region contributing to the reverse current I R , that is, a region farther from the first defect region 16a as viewed from the pn junction, due to the presence of the second defect region g. Because it disappears quickly. For this reason,
As compared with the case of the first embodiment, the reverse recovery time T R is shorter, reverse recovery charge Q R is small.

【0041】なお、オフ後半における逆方向電流の傾斜
dIR/dt は、第1の実施の形態の場合より大きい
が、従来技術の項で説明した図11のカーブcの傾斜に
比べればはるかに小さく、サージ電圧の重畳による阻止
の破壊が問題になるほどではない。
Although the slope dI R / dt of the reverse current in the latter half of the off-state is larger than that of the first embodiment, it is far greater than the slope of the curve c in FIG. It is so small that the destruction of blocking due to superimposition of surge voltage is not a problem.

【0042】これよりこの半導体装置では、n- 領域1
6の中のpn接合寄りの位置に第1の実施の形態の場合
と同様に第1欠陥領域16aを設け、さらに、pn接合
から見て第1欠陥領域16aより遠い位置に第2欠陥領
域gを設けてオフ後半の正孔の消滅が早まるようにした
ので、逆方向電流IRのピークが小さいばかりでなく、
オフ後半における逆方向電流IR の収束が早い。このた
め、サージ電圧が問題とならない範囲内で、逆回復時間
R と逆回復電荷QR との更なる縮小が図られ、高速な
スイッチングと高いエネルギー効率を可能とした半導体
装置が実現されている。第2欠陥領域の欠陥濃度を適度
に調節することにより、逆回復時間と逆方向電流の時間
変化率を適度に調整可能となる。
Thus, in this semiconductor device, n region 1
6, a first defect region 16a is provided at a position near the pn junction as in the first embodiment, and a second defect region g is located at a position farther from the first defect region 16a as viewed from the pn junction. the because as earlier disappears in the second half of the hole off provided not only the peak of reverse current I R is small,
Convergence of the reverse current I R in the second half off early. Therefore, to the extent that the surge voltage is not a problem, a further reduction of the reverse recovery time T R and the reverse recovery charge Q R is achieved by a semiconductor device capable of high-speed switching and high energy efficiency is achieved I have. By appropriately adjusting the defect concentration in the second defect region, the reverse recovery time and the time change rate of the reverse current can be adjusted appropriately.

【0043】(製造方法)この半導体装置は、前記第1
の実施の形態の半導体装置の製造方法に、第2欠陥領域
gの形成工程を追加した製造方法により製造される。第
2欠陥領域gの形成は、第1欠陥領域16aの形成と同
様にイオン照射により行うことができるが、第1欠陥領
域16aとは形成位置やその幅、分布密度が異なるの
で、適宜照射条件(イオン種、加速エネルギー、照射量
など)を変更して行う。なお、イオン照射の代わりに電
子線照射を利用してもよい。また、第1欠陥領域16a
の形成のためのイオン照射より前に行ってもよく後で行
ってもよい。
(Manufacturing Method) The semiconductor device is provided with the first
The semiconductor device is manufactured by the manufacturing method in which the step of forming the second defect region g is added to the method of manufacturing the semiconductor device according to the embodiment. The formation of the second defect region g can be performed by ion irradiation similarly to the formation of the first defect region 16a. However, since the formation position, the width, and the distribution density are different from those of the first defect region 16a, the irradiation conditions are appropriately adjusted. (Ion species, acceleration energy, irradiation dose, etc.) are changed. Note that electron beam irradiation may be used instead of ion irradiation. Also, the first defect region 16a
May be carried out before or after the ion irradiation for the formation of.

【0044】以上詳細に説明したように前記各実施の形
態によれば、格子欠陥を高密度に分布させた領域をカソ
ード領域内に形成することにより、オフ前半の逆方向電
流IR に寄与する蓄積ホールを減少させ(第1の実施の
形態)、さらにオフ後半の逆方向の傾斜dIR/dtを
適度に大きくさせ(第2の実施の形態)たので、サージ
電圧による弊害が問題にならない範囲内で、逆回復時間
R を短縮するとともに逆回復電荷QR をも縮小し、高
速なスイッチングと高いエネルギー効率を可能とした半
導体装置が、その製造方法とともに実現されている。
As described in detail above, according to each of the above-described embodiments, a region in which lattice defects are distributed at a high density is formed in the cathode region, thereby contributing to the first half-off reverse current I R. reduce the accumulation hole (first embodiment), since further was off late moderately to significantly reverse slope dI R / dt of the (second embodiment), adverse effects of the surge voltage is not a problem within, also reduces the reverse recovery charge Q R with shortening the reverse recovery time T R, enable fast switching and high energy efficiency and a semiconductor device is realized with a manufacturing method thereof.

【0045】なお、本発明は前記各実施の形態に限定さ
れるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々
の改良、変形が可能であることはもちろんである。例え
ば、前記各実施の形態では、p-アノード領域14およ
びp+アノード領域13からなる2層構造のアノードを
採用したが、他の構造のアノードでもよい。他の構造と
しては、特開平6−140642号公報に記載されてい
る分割構造などが考えられる。
It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiments, and various improvements and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in each of the above embodiments, the anode having a two-layer structure including the p anode region 14 and the p + anode region 13 is adopted, but an anode having another structure may be used. As another structure, a divided structure described in Japanese Patent Application Laid-Open No. H6-140642 can be considered.

【0046】また、pn接合を挟んで隣接するp型領域
(アノード)とn型領域(カソード)との不純物濃度の
大小を逆転し、カソード領域のほうが高濃度になるよう
にすることもできる。ただしこの場合には、オン状態に
おいて少数キャリアが蓄積するのはアノード(p型)側
であるため(したがって少数キャリアは電子である)、
第1および第2欠陥領域はカソード領域でなくアノード
領域内に形成されることとなる。
The impurity concentration of the p-type region (anode) and the n-type region (cathode) adjacent to each other across the pn junction can be reversed so that the cathode region has a higher concentration. However, in this case, the minority carriers accumulate in the ON state on the anode (p-type) side (therefore, the minority carriers are electrons).
The first and second defect regions are formed not in the cathode region but in the anode region.

【0047】[0047]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば、逆回復電流のピークを下げつつ逆回復時間を短
縮するので、サージ電圧による素子破壊のおそれなくし
て高速スイッチングができ、逆回復時間とサージ電圧と
のトレードオフを良好に解消した半導体装置がその製造
方法とともに提供されている。
As is apparent from the above description, according to the present invention, since the reverse recovery time is shortened while the peak of the reverse recovery current is reduced, high-speed switching can be performed without fear of element destruction due to surge voltage. There has been provided a semiconductor device with a good trade-off between the recovery time and the surge voltage, together with a method for manufacturing the same.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施の形態に係る半導体装置の構造を示す図で
ある。
FIG. 1 is a diagram showing a structure of a semiconductor device according to an embodiment.

【図2】実施の形態に係る半導体装置における不純物濃
度および欠陥濃度のプロファイルである。
FIG. 2 is a profile of an impurity concentration and a defect concentration in the semiconductor device according to the embodiment.

【図3】実施の形態に係る半導体装置のオフ時の電流特
性を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing current characteristics when the semiconductor device according to the embodiment is off;

【図4】実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明
する図(その1)である。
FIG. 4 is a view (No. 1) illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment.

【図5】実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明
する図(その2)である。
FIG. 5 is a view (No. 2) illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment.

【図6】実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明
する図(その3)である。
FIG. 6 is a view (No. 3) illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment.

【図7】第2の実施の形態に係る半導体装置における不
純物濃度および欠陥濃度のプロファイルである。
FIG. 7 is a profile of an impurity concentration and a defect concentration in a semiconductor device according to a second embodiment.

【図8】第2の実施の形態に係る半導体装置のオフ時の
電流特性を示すグラフである。
FIG. 8 is a graph showing current characteristics when the semiconductor device according to the second embodiment is off.

【図9】従来の半導体装置の一般的構造を示す図であ
る。
FIG. 9 is a diagram showing a general structure of a conventional semiconductor device.

【図10】従来の半導体装置における不純物濃度および
欠陥濃度のプロファイルである。
FIG. 10 is a profile of impurity concentration and defect concentration in a conventional semiconductor device.

【図11】従来の半導体装置のオフ時の電流特性を示す
グラフである。
FIG. 11 is a graph showing the off-state current characteristics of a conventional semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

13 p-アノード領域 16 n-領域 16a 第1欠陥領域 g 第2欠陥領域13 p - anode region 16 n - region 16a first defect region g second defect region

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 pn接合を構成する一導電型半導体領域
と他導電型半導体領域とを有し、前記一導電型半導体領
域内の少なくともpn接合箇所に隣接する部分に、不純
物濃度が前記他導電型半導体領域の不純物濃度よりも低
い低濃度領域を形成した半導体装置において、 前記低濃度領域内に、他の部分よりも格子欠陥濃度が高
い第1欠陥領域を設けたことを特徴とする半導体装置。
1. A semiconductor device comprising a semiconductor region of one conductivity type and a semiconductor region of another conductivity type forming a pn junction, wherein an impurity concentration of at least a portion adjacent to a pn junction portion in the semiconductor region of one conductivity type is different from that of the other conductivity type. A semiconductor device in which a low concentration region lower than the impurity concentration of the type semiconductor region is formed, wherein a first defect region having a higher lattice defect concentration than other portions is provided in the low concentration region. .
【請求項2】 請求項1に記載する半導体装置におい
て、 前記一導電型半導体領域内のpn接合箇所からみて前記
第1欠陥領域より遠い位置に、他の部分(前記第1欠陥
領域を除く)よりも格子欠陥濃度が高い第2欠陥領域を
設けたことを特徴とする半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein another portion (excluding the first defect region) is located at a position farther than the first defect region as viewed from a pn junction in the one conductivity type semiconductor region. A second defect region having a higher lattice defect concentration than the second defect region.
【請求項3】 pn接合を構成する一導電型半導体領域
と他導電型半導体領域とを有し、前記一導電型半導体領
域内の少なくともpn接合箇所に隣接する部分に、不純
物濃度が前記他導電型半導体領域の不純物濃度よりも低
い低濃度領域を形成した構造の半導体に対し、 pn接合面に対して非平行な方向から、前記低濃度領域
内にイオンが分布するようにイオン照射を行って、前記
低濃度領域内に他の部分よりも格子欠陥濃度が高い第1
欠陥領域を形成することを特徴とする半導体装置の製造
方法。
3. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a semiconductor region of one conductivity type and a semiconductor region of another conductivity type forming a pn junction. Irradiation is performed on a semiconductor having a structure in which a low concentration region lower than the impurity concentration of the type semiconductor region is formed so that ions are distributed in the low concentration region from a direction non-parallel to the pn junction surface. A first region having a higher lattice defect concentration than other portions in the low concentration region;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising forming a defect region.
JP27098396A 1996-10-14 1996-10-14 Semiconductor device and its manufacture Pending JPH10116998A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP27098396A JPH10116998A (en) 1996-10-14 1996-10-14 Semiconductor device and its manufacture

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP27098396A JPH10116998A (en) 1996-10-14 1996-10-14 Semiconductor device and its manufacture

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH10116998A true JPH10116998A (en) 1998-05-06

Family

ID=17493765

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP27098396A Pending JPH10116998A (en) 1996-10-14 1996-10-14 Semiconductor device and its manufacture

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH10116998A (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6709914B2 (en) 2002-01-31 2004-03-23 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Manufacturing process of pn junction diode device and pn junction diode device
US7282781B2 (en) 2004-05-27 2007-10-16 Fuji Electric Device Technology Co., Ltd. Semiconductor device with a short-lifetime region and manufacturing method thereof
JP2011086891A (en) * 2009-10-19 2011-04-28 Toyota Motor Corp Semiconductor module, and method of controlling the same
US20140070379A1 (en) * 2012-09-07 2014-03-13 Hitachi, Ltd. Diode and Power Conversion System
WO2014087499A1 (en) * 2012-12-05 2014-06-12 トヨタ自動車株式会社 Semiconductor device
JP2018125537A (en) * 2014-10-03 2018-08-09 富士電機株式会社 Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6709914B2 (en) 2002-01-31 2004-03-23 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Manufacturing process of pn junction diode device and pn junction diode device
US7282781B2 (en) 2004-05-27 2007-10-16 Fuji Electric Device Technology Co., Ltd. Semiconductor device with a short-lifetime region and manufacturing method thereof
DE102005014932B4 (en) * 2004-05-27 2010-12-02 Fuji Electric Systems Co., Ltd. Semiconductor component and method for its production
JP2011086891A (en) * 2009-10-19 2011-04-28 Toyota Motor Corp Semiconductor module, and method of controlling the same
US20140070379A1 (en) * 2012-09-07 2014-03-13 Hitachi, Ltd. Diode and Power Conversion System
EP2706576A3 (en) * 2012-09-07 2014-08-20 Hitachi Ltd. Diode and power conversion system
WO2014087499A1 (en) * 2012-12-05 2014-06-12 トヨタ自動車株式会社 Semiconductor device
JP2018125537A (en) * 2014-10-03 2018-08-09 富士電機株式会社 Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method
US10312331B2 (en) 2014-10-03 2019-06-04 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor device, and method of manufacturing semiconductor device
US10923570B2 (en) 2014-10-03 2021-02-16 Fuji Electric Co., Ltd. Manufacturing method for controlling carrier lifetimes in semiconductor substrates that includes injection and annealing
US11646350B2 (en) 2014-10-03 2023-05-09 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor device, and method of manufacturing semiconductor device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11508581B2 (en) Semiconductor device having IGBT and diode with field stop layer formed of hydrogen donor and helium
US10204979B2 (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
US7705398B2 (en) Semiconductor device preventing recovery breakdown and manufacturing method thereof
US9653595B2 (en) Semiconductor device and semiconductor device fabrication method
EP1229589B1 (en) High voltage semiconductor device
JP6078961B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
KR101196647B1 (en) fast switching diode with low leakage current
US7485920B2 (en) Process to create buried heavy metal at selected depth
US8829519B2 (en) Semiconductor device
US9887190B2 (en) Semiconductor device and method for manufacturing the same
US5025293A (en) Conductivity modulation type MOSFET
JP4653273B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JPH1050724A (en) Semiconductor device
JPWO2014087543A1 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP6961088B2 (en) Semiconductor devices and methods for manufacturing semiconductor devices
JP2007251003A (en) Semiconductor device and method for manufacturing the same
JP2004247593A (en) Semiconductor device, and manufacturing method thereof
JP3952452B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JPH10116998A (en) Semiconductor device and its manufacture
JP2008263217A (en) Semiconductor device
JP6739659B2 (en) Semiconductor device
US20220262638A1 (en) Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device
JP2004088012A (en) Diode
CN114447098A (en) Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device
JP5707765B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device