JPS5916417B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPS5916417B2
JPS5916417B2 JP9384677A JP9384677A JPS5916417B2 JP S5916417 B2 JPS5916417 B2 JP S5916417B2 JP 9384677 A JP9384677 A JP 9384677A JP 9384677 A JP9384677 A JP 9384677A JP S5916417 B2 JPS5916417 B2 JP S5916417B2
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JP
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boron
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稔 川上
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【発明の詳細な説明】 本発明はP形不純物としてボロンを用いて成るPNPN
接合形半導体装置、特に金拡散およびガ15ラスパツシ
ベーシヨンを施すのに好適な半導体装置の製造方法に関
するものである。
一般に半導体素子におけるキャリヤのライフタイムを短
かくする方法として、金等の重金属を拡散して再結合中
心を作る方法が知られている。
ク0 その一例としてサイリスタを例にあげ第1図につ
いて説明する。まずPNPN構造を有する半導体基板1
を用意し、その一主面2に第1図aに示すように金3を
真空蒸着等の周知の方法で被着した後、半導体基板を所
定の温度で加熱することに25より、上記金を半導体基
板内に拡散して再結合中心を作り、それによつてキャリ
ヤライフタイムを短かくする。しかる後残余の金3を除
去し第2図bに示すように、カソード電極4、ゲート電
極5、アノード電極6を形成し、かつ基板1をA−A’
30で示す線にそつて切断すればペレット状の複数個の
サイリスタが得られる。このようにして得られたサイリ
スタにおいては、金拡散により、キャリヤのライフタイ
ムを短かくすることができるからサイリスタのターンオ
フタ35 イムを短かくすることができる。
しかしながら、たとえば直列式自動調光ストロボの制御
に用いられるサイリスタの場合のようにターンオフタイ
ムが5μSec以下であることが要求される場合には、
金濃度は1〜5×1014at0Mdが必要である。こ
のように金拡散温度を高くして金の濃度を高くするとサ
イリスタのターンオフタイムは短かくなるが、オン電圧
降下や最大ゲートトリガ電流などが増大するという問題
が生ずる。一方半導体ペレツトの切断面にPN接合が露
出すると特性が不安定となり、高耐電圧が望めず最近で
は安定した高耐圧化の目的から、か\るPN接合部を絶
縁物で保護する傾向にあり、その一手決としてガラスを
用いたガラスパツシベーシヨン技術が知られている。
か\るガラスパツシベーシヨン技術の適用にあたつては
、一般に拡散の終了した半導体基板1に第2図に示す様
なガラスパツシベーシヨン層8を形成するためのメサ溝
7を半導体基板1の両主面からPN接合に達する深さに
形成する必要があり、一般にはシリコン酸化膜をマスク
とする両面同時エツチングにより形成される。
したがつてか\る両面同時エツチングによるメサ溝7の
形成を考慮した場合、ガラスパツシベーシヨン形のサイ
リスタにおいてはP形半導体PBおよびPEの幅は互に
等しいことが望ましく、よつてP形半導体層PBとPE
とは一般には同時拡散により形成される。ところが、こ
の場合P形半導体層PEのボロン濃度を高くするとP形
半導体層PBのボロン濃度も同時に高くなり、したがつ
てN形半導体層NEの不純物濃度との関係から最大ゲー
トトリガ電流が増大するから実際にはP形半導体層PB
訃よびPEの不純物濃度をあまり高くすることはできな
いという問題がある。本発明は上述のような問題点に鑑
みてなされたもので、N形半導体基板NBilCP形不
純物としてのボロンを拡散するときにアノード側PEの
ボロンの濃度をカソード側PBのそれに比較して十分高
濃度としておき、かつN形半導体基板NBとの間で作る
PN接合部におけるボロン濃度の傾きをアノード側PE
のそれがカソード′4A8PBのそれに比較して大きく
なるようにすることによつて、金をアノード側のP形半
導体層PEとN形半導体基板層NBとの接合部近傍に効
率よく注入するようにしたものである。
例をあげて説明すれば次の通りである。まずPNPトラ
ンジスタ部分のベースとして、またNPNトランジスタ
部分のコレクタとして動作するN形半導体基板NBの両
主表面にボロンを同時に拡散してPNPトランジスタ部
分のエミツタとして動作するP形半導体層PE卦よびP
Nトランジスタ部分のベースとして、またP′NPトラ
ンジスタ部分のコレクタとして動作するP形半導体層P
Bを同時に形成し、さらに上記P形半導体層PBに対し
て、りんを部分的に拡散してNPNトランジスタ部分の
エミツタとして動作するN形半導体層NEを形成すると
共にP形半導体層PEに対し高濃度にボロンを拡散する
。これらの拡散工程が完了した時点では周知のように半
導体基板の全表面にシリコン酸化膜が形成されているか
ら、上記シリコン酸化膜の一部を除去してマスクを作り
、それによつて半導体基板の両主表面より同時にN形半
導体層NBが露出するようにメサ溝を形成し、しかる後
アノード側の表面(P形半導体層PE表面}よびメサ溝
内面)に金を蒸着し、加熱処理を施して金を半導体内に
拡散せしめ、しかる後残余の金および半導体表面部の不
所望の高濃度金層を除去し、以下、第2図に示すような
形でメサ溝内にガラスパツシベーシヨン層8を形成し、
さらに第1図bに示すようなアノード、カソード、ゲー
ト電極を形成してサイリスタ素子を得る。以下本発明と
従来例との差異をいくつかの実験データを基に説明する
第3図は900℃,40分の条件で金拡散を行なつた時
の広がり抵抗を示すものである。
第3図に}いてX軸(深さ)はカソード側半導体基板表
面をOとしてアノード側に向つて測つた距離である。Y
軸(抵抗)は広がり抵抗である。測定方法は上記条件で
金広散を行なつたシリヨン基板を角度研摩し、その断面
に、深さ方向に対して垂直に2本の端針をあて、その両
端針に定電圧を印加し、流れる電流を測定し、それを抵
抗値に変換し、X−Yレコーダでプロツトすることによ
り行なつた。なお第3図においては基板の不純物濃度卦
よび各層の表面不純物濃度も示しておいた。第3図にお
いて実線は従来の製造方法で作つたもの、一点鎖線は本
発明の製造方法で作つたものである。第3図からも判る
ようにP形半導体層PEとN形半導体層NB近傍の抵抗
が、従来のそれに比し高くなつて訃り、それにより該部
に金が高濃度に入つていることがわかる。(なお、図中
点線で示した部分は従来の場合のP形半導体層PEに高
濃度にボロンを拡散する前の抵抗を示している。)第4
図はガラスパツシベーシヨン形のサイリスタの抵抗プロ
フイルである。試料としては、最初にN形シリコン基板
の両主面から表面濃度1〜3×1017at0rn/C
dのボロンを拡散してP形半導体層PB卦よびPEを作
り、しかる後アノード側にはボロンを高濃度に拡散し、
カソード側にはリンを拡散してN形半導体層NEを形成
したものを用いている。第4図に}いて実線はボロンの
高濃度層の拡散時間の短かいときのもの、すなわちP形
半導体層PEの表面部のみにボロンを高濃度に拡散した
場合を示し、一点鎖線は、ボロンの高濃度層の拡散時間
を長くして、ボロンの高濃度層をN形半導体基板NBと
P形半導体層PEとで作られるPN接合部近傍まで拡散
した場合である。第4図に卦いてはP形半導体層PE内
のボロンの高濃度層を接合部近傍まで拡散させたほうが
接合部の近傍の抵抗が高くなつて卦り、金が効率よく入
つていることがわかる。第5図は、アノード側のP形半
導体層PEのボロン濃度を高くして、P形半導体層PE
とN形半導体層NBとの接合部における濃度の傾きを大
きくした状態でN形半導体層NEのりんの濃度を変化さ
せた場合を示すものである。
第5図からN形半導体層NEのりんの濃度を高くすると
そのゲツタ一作用がP形半導体層PEとN形半導体層N
Bとの接合部近傍の金の拡散に影響を与えていることが
わかる。第5図は、りんの濃度はあまり高くしない(1
x1020at0yi以下)ことが金拡散に対して有効
であることを示している。第6図は金拡散温度とターン
オフタイムの関係を示す図である。第6図に卦いて特性
9は第3図の実線のプロフイルに対応するものである。
特性10は第3図の一点鎖線のプロフイルに対応するも
のである。第7図は直列式自動調光ストロポの制御に用
いられるサイリスタの規格(ターンオフタイム:5μS
ec以下、IGT:50mA以下)での特性9と10の
比較である。第7図に}いて直線11卦よび12とX軸
(IGT軸)、Y軸(ターンオフタイム軸)で囲まれた
部分にあるサイリスタが要求を満たす。第6図,第7図
よりアノード側P形半導体層PEのボロン濃度を高くし
、P形半導体層PEとN形半導体層NBとの接合部近傍
における濃度の傾きを大きくして該接合部近傍の金濃度
を高くしたサイリスタ(第3図における一点鎖線のプロ
フイルをもつサイリスタ)の歩留りが実線のプロフイル
を持つ従来のサイリスタに比べ良く、製造管理が容易に
なることがわかる。第4図についてみても、P形半導体
層PE内のボロンの高濃度層を上記接合部に近づけたプ
ロフイルを持つサイリスタの方がターンオフタイムおよ
び最大ゲートトリガ電流1GTの規格を満足する歩留り
が高かつた。第5図についてみてもりんの濃度を下げた
プロフイルを持つサイリスタの方がターンオフタイムお
よび最大ゲートトリガ電流1GTの規格を満足する歩留
りが良かつた。
以上のように金拡散に}いてキヤリヤのライフタイムを
短かくすることが要求される素子に}いて接合部近傍の
濃度の傾きを大きくし、P形半導体層PEの濃度を高く
し、N形半導体層NEのりんの濃度を低くしたプロフイ
ルを持つサイリスタは、P形半導体層PEとN形半導体
層N3との接合部近傍に金を高濃度に持ち、従来の方法
により得られたサイリスタに比べより低い金拡散温度で
同等の特性が得られ、かつターンオフタイムと最大ゲー
トトリガが電流1GTの相関においても従来より秀れた
特性が得られるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はサイリスタの各製造工程における半導体の縦断
面を示す図、第2図はガラスパツシベーシヨン形のサイ
リスタの縦断面図、第3図〜5図は各条件における拡散
プロフイルを示す曲線図、第6図は金拡散温度とターン
オJャ^イムの関係を示す曲線図、第7図は最大ゲートト
リガ電流1GTとターンオフタイムの関係を示す曲線図
である。 1・・・・・・半導体基板、2・・・・・・半導体基板
の一主面、3・・・・・・金、4・・・・・・カソード
電極、5・・・・・・ゲート電極、6・・・・・・アノ
ード電極、7・・・・・・メサ溝、8・・・・・・ガラ
スパツシベーシヨン層、9・.....第3図に卦ける
実線のプロフイルを持つサイリスタの特性、10・・・
・・・第3図における一点鎖線のプロフイルを持つサイ
リスタの特性、11・・・・・・ターンオフタイムの規
格値を示す線、12・・・・・・IGT・・・・・・の
規格値を示す線、PB,PE・・・・・・P形半導体層
1NB9NE・・・・・・N形半導体層。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 第1のN形半導体層の両主面にボロンを不純物とす
    る第1、第2のP形半導体層を形成し、上記第2のP形
    半導体層表面に第2のN形半導体層を形成して成るPN
    PN接合を有する半導体装置に金を拡散する方法におい
    て、金拡散に先だち上記第1のP形半導体層におけるボ
    ロン濃度を、第2のP形半導体層におけるボロン濃度よ
    り十分高濃度としておき、かつ上記第1のN形半導体層
    と第1のP形半導体層とによつて構成される接合部近傍
    の第1のP形半導体層のボロン濃度勾配を、上記第1の
    N形半導体層と第2のP形半導体層とによつて構成され
    る接合部近傍の第2のP形半導体層のボロン濃度勾配よ
    り大きくしておくことを特徴とする半導体装置の製造方
    法。 2 第1のP形半導体層の表面ボロン濃度を5×10^
    1^8atom/cm^3以上とすることを特徴とする
    特許請求の範囲第1項記載の半導体装置の製造方法。 3 半導体中への金の拡散濃度を1×10^1^4at
    om/cm^3以上とすることを特徴とする特許請求の
    範囲第1項記載の半導体装置の製造方法。 4 第2のN形半導体層の不純物としてリンを用い、そ
    の表面濃度を1×10^2^0atom/cm^3以下
    とすることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半
    導体装置の製造方法。 5 第1のP形半導体層と第2のP形半導体層の厚さを
    ほゞ等しく構成し、両P形半導体層にそれぞれ第1のN
    形半導体層が露出するようにメサ溝を形成せしめ、該溝
    内にガラスパッシベーションを施すことを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載の半導体装置の製造方法。
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JPS5979571A (ja) * 1982-10-29 1984-05-08 Toshiba Corp サイリスタ
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