JPS6135715B2 - - Google Patents

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JPS6135715B2
JPS6135715B2 JP968277A JP968277A JPS6135715B2 JP S6135715 B2 JPS6135715 B2 JP S6135715B2 JP 968277 A JP968277 A JP 968277A JP 968277 A JP968277 A JP 968277A JP S6135715 B2 JPS6135715 B2 JP S6135715B2
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leakage current
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temperature
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Tomoyuki Tanaka
Toshikatsu Shirasawa
Masahiro Okamura
Takuzo Ogawa
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Hitachi Ltd
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Description

【発明の詳现な説明】 本発明はpn接合の露出端郚をガラス絶瞁䜓で
被芆した半導䜓装眮の補造方法に係り、特に該半
導䜓装眮の逆方向もれ電流を増倧させずに少数キ
ダリダのラむフタむムを所望の倀たで短瞮する方
法に関する。
半導䜓装眮、䟋えばダむオヌド、トランゞス
タ、サむリスタは通垞導通状態ず阻止状態ずを䜵
せ持぀。導通状態においおはpn接合を通しお半
導䜓装眮内郚の高䞍玔物局から䜎䞍玔物局に倚数
のキダリダが泚入され、䜎䞍玔物局には熱平衡状
態時ず比べお著しく過剰のキダリダが蓄積され
る。その結果半導䜓装眮は䜎むンピヌダンス状態
ずなる。このような導通状態から半導䜓装眮が高
むンピヌダンス状態ずな぀おキダリダの泚入が起
らない阻止状態ぞ移行する過皋では䞊蚘過剰蓄積
キダリダは再結合によ぀お消滅する。半導䜓装眮
に高速動䜜をさせるにはこの過剰蓄積キダリダが
できるだけ速く消滅するようにするこずが必芁で
ある。キダリダが消滅する速さの目安はキダリダ
のラむフタむムによ぀お䞎えられるので高速動䜜
のためにはラむフタむムをできるだけ短くするこ
ずが必芁ずなる。
しかしながら䞀般にキダリダのラむフタむムず
導通状態における半導䜓装眮内郚の電圧降䞋順
電圧降䞋ず呌ぶは互いに関連があり、ラむフタ
むムを短くすればするほど順電圧降䞋が増倧する
ずいう傟向がある。埓぀おラむフタむムを極端に
短くするこずは順電圧降䞋の増倧を招き奜たしく
ない。そこで半導䜓装眮の蚭蚈に圓぀お高速動䜜
特性ず順電圧降䞋倀の双方ずもが良奜であるよう
なラむフタむムの範囲を遞定するこずが行なわれ
おいるが、通垞このラむフタむム倀の蚱容範囲は
極めお狭い。埓぀お半導䜓装眮の補造時にはラむ
フタむム倀の粟密な制埡が必芁ずなる。
埓来、ラむフタむム制埡の方法ずしおは半導䜓
䞭で再結合䞭心ずなる重金属、䟋えば金を導入す
るこずが知られおいる。半導䜓䞭に金を導入する
方法ずしおは䞻ずしお高枩拡散法が甚いられおい
るが、このような方法によるず半導䜓り゚ハ内で
の金濃床の䞀様性が悪くか぀金濃床倀の再珟性、
制埡性ずも満足できるものではない。さらにこの
ような方法によるずpn接合の逆バむアス時のも
れ電流が増倧するずいう臎呜的な欠点を有しおい
た。
最近にな぀お半導䜓に攟射線、䟋えば電子線、
ガンマ線等を照射し、照射によ぀お生じた結晶欠
陥が再結合䞭心ずしお䜜甚するこずを利甚したラ
むフタむム制埡法が泚目されおいる。この方法に
よれば前蚘金拡散法によるラむフタむムの制埡法
の欠点が克服され䞀様性、再珟性、制埡性、逆方
向もれ電流特性においお優れたラむフタむム制埡
が可胜である。曎にこの方法は半導䜓装眮の電極
圢成埌あるいは気密容噚封入埌であ぀おも適甚可
胜であるので半導䜓装眮の補造䞊有利である。
ずころで半導䜓装眮の高耐圧性、高信頌性ずい
う芳点から芋るず半導䜓装眮の衚面安定化郚材の
遞択が重芁な芁玠ずなる。近幎半導䜓装眮のパツ
ケヌゞずしおレゞンモヌルドあるいはプラスチツ
ク容噚を䜿甚する䟋が倚い。このようなパツケヌ
ゞにおける半導䜓装眮の衚面安定化郚材ずしおは
耐湿性、耐逆電圧特性が優れおいるガラス絶瞁䜓
を甚いるのが有利である。
しかし発明者等の実隓によればガラスpn接合
の露出端郚を芆぀た半導䜓装眮に攟射線を照射す
るずそのpn接合の逆方向もれ電流が異垞に増倧
するこずが刀明した。このもれ電流の増倧は半導
䜓装眮の電力損倱の増倧、ひいおは半導䜓装眮の
砎壊に぀ながる熱暎走を匕起す恐れがあるので是
非ずも防止しなければならない。
本発明の目的は䞊蚘埓来技術の欠点を陀去し、
ラむフタむム倀の䞀様性、再珟性、制埡性が良く
か぀逆方向もれ電流が小さい、ガラスで衚面を安
定化した半導䜓装眮の補造方法を提䟛するこずに
ある。
この目的を達成するために本発明の特城ずする
ずころは、少なくずも箇のpn接合の露出端郚
がガラス絶瞁䜓で芆われおなる半導䜓基䜓を300
℃より高枩に加熱保持した状態で、䞊蚘基䜓に攟
射線を照射しお少数キダリダのラむフタむムを短
くする点にある。
前述した劂くガラス絶瞁䜓をpn接合の衚面露
出郚の安定化材ずしお甚いた半導䜓装眮に、垞枩
においお䞊蚘ガラス絶瞁䜓を含めお攟射線、䟋え
ば電子線を照射するず半導䜓玠子の逆方向挏れ電
流が増倧する。この珟象の理由ずしおは、攟射線
の照射によ぀お半導䜓ずガラス絶瞁䜓の界面に衚
面準䜍が生成され、半導䜓玠子のpn接合が逆バ
むアスされるような電圧が印加された時に䞊蚘衚
面準䜍を媒䜓しおpn接合の端郚で逆方向の挏れ
電流が発生するものず思われる。この挏れ電流の
発生は実隓によれば衚面安定化材にガラス絶瞁䜓
を甚いた時に著しく、埓来から衚面安定化材ずし
お甚いられおいるSiO2、暹脂の堎合には挏れ電
流の増倧はほずんど芋られないこずが確認され
た。たた、挏れ電流の増倧は照射した攟射線の゚
ネルギヌ、照射量によ぀おも巊右されるが、半導
䜓玠子の少数キダリダのラむフタむムが実甚䞊短
くなるような照射条件内では必ず逆方向挏れ電流
が増倧しおしたうこずも確認された。攟射線ずし
お電子線ではなくガンマ線を甚いた堎合にも同様
の珟象が予想される。
発明者等は攟射線照射に先立ち半導䜓装眮を
300℃の枩床以䞊に加熱し、その枩床条件䞋で照
射するこずにより、照射による挏れ電流の増加が
防止できるこずを実隓により確認した。
本発明方法においお、耇数箇のpn接合を有す
る半導䜓装眮、䟋えばサむリスタのすべおのpn
接合露出郚をガラスで被芆するこずは必ずしも必
芁でない。少なくずも半導䜓装眮の阻止電圧を実
質的に負担するpn接合の露出郚をガラスで被芆
するこずは必芁であるが、それ以倖の接合、䟋え
ばサむリスタにおいおはカ゜ヌド領域ずゲヌト領
域間のpn接合露出郚は所望によりガラス以倖の
安定化材、䟋えばSiO2を甚いるこずが可胜であ
る。
本発明方法においお䜿甚する攟射線ずしおは線
源の取扱いが比范的簡䟿であるこず、実甚的な照
射効果を埗るのに芁する照射時間が長短いずれで
もなく適圓であるこず、照射線量の制埡が極めお
容易であるこず等の利点があるため電子線が最も
適しおいる。攟射線の゚ネルギヌは少なくずも半
導䜓䞭にFrenkel型の栌子欠陥を生成するに十分
であるこずが必芁である。゚ネルギヌ倀の目安ず
しおは䟋えば電子線をシリコンに盎接照射するず
きには玄0.5MeV以䞊、電極金属あるいはガラス
絶瞁物等を介しお照射するずきにはこれよりも倧
きな゚ネルギヌが必芁である。
照射線量は所望のラむフタむム倀、及び照射前
の半導䜓基䜓のラむフタむム倀によ぀お遞択する
必芁があるが、通垞のシリコン玠子では×
1013electronscm2以䞊必芁である。発明者らの実
隓によれば、䟋えばある高速ダむオヌドでは
2MeVの゚ネルギヌの電子線を×1014〜×
1015electronscm2照射するず所望のスむツチング
特性が埗られた。たたかゝる電子線照射をガラス
絶瞁䜓でpn接合衚面露出郚が被芆されたシリコ
ンダむオヌドに垞枩で実斜するずダむオヌドの逆
バむアス時の挏れ電流が著しく増倧するこずが発
明者らによ぀お発明された。この挏れ電流の増加
は照射線量に䟝存し、照射線量が×
1013electronscm2付近から珟れ始め、×
1014electronscm2以䞊では照射前の倀の10〜100
倍以䞊ずなり奜たしくない。
半導䜓装眮の照射時の枩床の䞊限は適宜決定す
べきものである。䞀般に高枩においお照射するず
きは、それよりも䜎枩においお照射するずきず比
べお同じ照射量ではラむフタむム倀が倧きくな
る。たた同䞀枩床では照射量が倧きいほどラむフ
タむム倀は小さくなる。埓぀お目的ずするラむフ
タむム倀に応じお照射枩床の䞊限及び照射量が決
定される。
その他に䟋えば電極圢成枈みの半導䜓装眮に照
射する堎合には電極材料の酞化あるいは半導䜓ず
の合金化、たたはろう剀の軟化等を起さないよう
に枩床の䞊限を蚭定しなければならない。䟋えば
アルミニりムはシリコン玠子の電極、たたはろう
剀ずしおしばしば甚いられるが、シリコンずの共
晶枩床が玄575℃であるのでこれ以䞊の枩床ずす
るこずは適圓でない。
以䞋実斜䟋によ぀お本発明をさらに詳しく説明
する。
第図は本発明方法を適甚したガラスモヌルド
ダむオヌドの䞀䟋の断面を瀺す。ダむオヌド100
はシリコンペレツト、ペレツトの䞡䞻衚面に
接着局により固着されたアノヌド端子
′及びカ゜ヌド端子′、端子′′にそれぞ
れ固着されたリヌド線および、及びシリコン
ペレツトを保護するガラス絶瞁䜓から成る。
シリコンペレツトはp+型拡散局、型高
比抵抗局及びn+型拡散局から成る。p+
型拡散局、型高比抵抗局の間にはpn
接合が圢成されおいる。この半導䜓装眮を補造す
るには先ず型で比抵抗が30Ω・cm厚さ玄270ÎŒ
のシリコンり゚ハの䞡䞻衚面に硌玠および燐を
盞次いで拡散させ、p+n+型局を圢
成する。次いで電極接着局ずしおアル
ミニりムを蒞着した埌、り゚ハを盎埄1.4mmのペ
レツトに分割し、シリコンず熱膚匵係数が近いタ
ングステンから成る端子′および′及びリヌド
線およびを接着する。しかる埌、ガラスを
被着しおダむオヌドができあがる。
第図は第図に瀺すダむオヌドに本発明方法
によ぀お電子線を照射する様子を瀺しおいる。第
図に斌お詊料加熱装眮はステンレスブロ
ツク、これを加熱するためにステンレスブ
ロツク内に収玍されたカヌトリツゞヒヌタ
、及び熱遮蔜材、䟋えばアスベストから成
る倖壁より構成されおいる。倖壁の
䞊郚にはダむオヌドぞ電子線を照射
せしめるために窓が蚭けられ、窓か
らの熱攟散を小さくするために開口郚をアルミニ
りムの箔でおお぀おいる。なおアルミニり
ム箔の厚さは玄100Όであるので電子線は容易
に透過する。
ダむオヌドは電子線を照射する前の状態
では挏れ電流が×10-9〜×10-8A逆バむア
ス電圧400Vで。、順電圧降䞋が玄1.0V順電流
4Aで。、逆方向回埩時間が〜Όであ぀
た。たたキダリダのラむフタむムは玄〜10ÎŒ
、耐圧は玄900Vであ぀た。このダむオヌド
を加熱装眮の所定䜍眮に収玍しヒヌタ
ヌによ぀お所定の枩床に加熱する。ダむオ
ヌドの枩床はダむオヌドの近傍に蚭
眮された熱電察によ぀お監芖される。
このようにダむオヌドが所定の枩床に加
熱保持された状態で2MeVの゚ネルギヌの電子線
を照射量が×1015electronscm2ずなるた
で照射した。照射に芁した時間は数分間であ぀
た。その埌盎ちにダむオヌドを加熱装眮から取出
し、逆方向回埩時間ず挏れ電流を枬定した。第
図及び第図は以䞊の工皋によ぀お皮々の枩床に
察する挏れ電流倀及び逆方向回埩時間を瀺しおい
る。第図によれば、垞枩25℃で照射した時
乃至300℃で照射した時の挏れ電流倀は攟射線を
照射する前の倀ず比べお10〜100倍にも増倧しお
いる。ずころが300℃を超える枩床で照射するず
増倧した挏れ電流が枛少し始めおいるこずがわか
る。曎に350℃付近より高い枩床で照射した時は
挏れ電流は倧幅に枛少し照射前の倀ず同様になり
本発明方法の効果が十分達成されおいるこずがわ
かる。
䞀方第図は皮々の枩床で照射したずきの逆方
向回埩時間を瀺しおいる。第図によれば図䞭の
いずれの枩床においおも照射前ず比べお逆方向回
埩時間が短くな぀おいるこずがわかる。すなわち
第図によれば本発明方法の枩床範囲である300
℃より高枩における照射では300℃以䞋における
照射ず比べお若干逆回埩時間が倧きくな぀おはい
るものの、照射前の倀である〜Όsecず比べ
るず0.3ÎŒsec300℃においおから本実斜䟋に
おける最倧倀であるΌsec450℃においお
ず、栌段の効果があるこずがわかる。なお本実斜
䟋における照射量は×1015electronscm2である
が、本発明方法は照射量の倧小にかかわらず効果
があるものである。䟋えば本実斜䟋における照射
線量のみを×1014electronscm2に倉曎した実隓
においおも本実斜䟋ずほが同様の結果が埗られ
た。曎に本発明方法を電極取付前の半導䜓装眮に
適甚し、その埌電極取付䜜業等による加熱を行な
぀おもその効果には倉化がないこずが確認されお
いる。
本実斜䟋においおはシリコンダむオヌドに電子
線を照射する堎合を䟋にず぀お詳现に説明をした
が本発明方法はシリコンダむオヌド以倖の玠子、
䟋えばトランゞスタ、サむリスタ等にも適甚可胜
である。たた攟射線ずしおは電子線に限定される
ものではなく䟋えばガンマ線を照射した堎合でも
本発明方法の効果が達成されるものず予想され
る。
以䞊詳现に説明したように本発明方法はガラス
絶瞁䜓で衚面露出郚が被芆されたpn接合を有す
る半導䜓装眮のラむフタむム倀を䞀様性、均䞀
性、制埡性良く制埡しか぀逆方向挏れ電流を枛少
させるこずに効果がある。
【図面の簡単な説明】
第図は本発明方法の䞀実斜䟋においお詊料ず
しお䜿甚されたダむオヌドの構造を瀺す図、第
図は本発明方法の䞀実斜䟋を瀺す図、第図は照
射時のダむオヌド枩床ず挏れ電流の関係を瀺す
図、第図は照射時のダむオヌド枩床ず逆方向回
埩時間の関係を瀺す図である。   ダむオヌド、  シリコンペレツ
ト、′  アノヌド端子、′  カ゜ヌド端
子、  リヌド線、  ガラス絶瞁䜓、
  詊料加熱装眮、  ステンレス
ブロツク、  カヌトリツゞヒヌタ、
  倖壁、  窓、  アルミニ
りム箔、  熱電察、  電子線。

Claims (1)

  1. 【特蚱請求の範囲】  露出郚分がガラス絶瞁䜓で被芆された少なく
    ずも箇のpn接合を有する半導䜓基䜓を300℃よ
    り高枩に加熱保持した状態で䞊蚘半導䜓基䜓に攟
    射線を照射しお少数キダリダのラむフタむムを短
    くする工皋を有するこずを特城ずする半導䜓装眮
    の補造方法。  攟射線ずしお゚ネルギヌが0.5MeVより倧き
    い電子線を甚いた特蚱請求の範囲第項蚘茉の半
    導䜓装眮の補造方法。  半導䜓基䜓に照射量が×1013electronscm2
    以䞊ずなるように照射するこずを特城ずする特蚱
    請求の範囲第項蚘茉の半導䜓装眮の補造方法。  䞊蚘半導䜓装眮の照射時の枩床を350℃以䞊
    ずし、逆方向挏れ電流を×10-7アンペア以䞋ず
    する特蚱請求の範囲第項又は第項又は第項
    蚘茉の半導䜓装眮の補造方法。
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