JPS6381856A - 面積の大きい電力用半導体素子の製造方法 - Google Patents

面積の大きい電力用半導体素子の製造方法

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JPS6381856A JP62233594A JP23359487A JPS6381856A JP S6381856 A JPS6381856 A JP S6381856A JP 62233594 A JP62233594 A JP 62233594A JP 23359487 A JP23359487 A JP 23359487A JP S6381856 A JPS6381856 A JP S6381856A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 口」−団 この発明は、半導体技術の分野に関係し、特に、（ａｌ
　　基本ドーピングで半導体基板を作製する工程、（ｂ
）　　不純物原子で半導体基板を被覆し、次に不純物原
子を半導体基板中に再拡散させ深い単位のｐｎ接合を作
製する工程、 （ｃ１再結合中心を半導体基板中に形成してギヤリヤの
寿命を調整する工程、 以上の工程を含む、面積の大きい電力用半導体素子の製
造方法に関する。
久−行一芸一得 一般に半導体素子を製造するだめの基礎は不純物、再結
合中心を不純物原子の形で意図的に導入することにある
（不純物としては例えばＡ／、Ａｓ、Ｂ、、Ｇａ、Ｐゆ
再結合中心としては例えばＡｕまたはＰｔ）。
殊に大電流、高い逆電圧用の電力用半導体素子ではｐｎ
接合を半導体基板で深い準位に設ける必要がある。この
場合不純物原子の導入は普通２つの工程、すなわち半導
体基板の表面近傍を不純物原子で被覆する工程とそれに
続いて不純物原子を半導体基板内に再拡散する（ドライ
ブイン（ｄｒｉｖｅ−ｉｎ）　）工程とに分かれる。
この再拡散には普通拡散プロセスが利用されるのに対し
、先行技術によると被覆は気相プロセスにより行なわれ
、特殊な場合には液相プロセスによっても行なわれる。
他方、電力用半導体素子の製造では個々に照射プロセス
も利用される。この場合、例えば中性子照射を挙げるこ
とができ、これはＳＬ基板材料中の核変換を介し、リン
の基本ドーピングをもたらす（いわゆる中性子変換ドー
ピング）。或はまたイオン注入法も不純物原子被覆に、
或いは電子照射、Ｔ線照射または陽子照射も個々に適用
される。
基板画情の大きい電力用半導体素子の場合、基板の効率
利用は、個々の構成素子内でもまた全製品にわたっても
できるだけ均一な性質が得られる場合にのみ達成するこ
とができる。
例えば性質がすべてできるだけ等しくなければならない
多数（約１００〜１ｏｏｏ個以」二）の個別サイリスタ
からなるゲートタ・−ンオフサイリスタ（ＧＴＯ＝　Ｇ
ａｔｅ　１ｕｒｎ　ｆｉｆｆ　）の場合のように構成素
子の動的データ目標値がきわめて高いと、この均一性条
件は特に厳しいものとなる。
従来方法（すなわち非照射法）は、 一液相または気相からの析出によるドーピング法は流れ
により運ばれ、これがそれ相応の不均一性を生じる； 一一定の不純物原子は主に、すでに結晶中に存在する概
ね不均一な不純物に堆積する（例えば翫Ｊ、　ｔｌｉｌ
Ｌ　Ｐ、　Ｍ、　Ｖａｎ　Ｉｓｅｇｈｅｎ＋　、　’　
Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆ　　Ｃａｒｂｏｎ　Ｃｏｎｅｅ
ｎｔｒａ目ｏｎ　ｏｎ　Ｇｏｌｄ　Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ
ｉｎ　　５ｉｌｉｃｏｎ　’＋　Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕｃ
ｔｏｒ　５ｉｌｉｃｏｎ　＋１９７７．７１５〜７２４
頁参照）； １掲の理由により不純物原子または再結合中心の分布が
不均一となる。
前述の照射プロセスでは、そこに支配している統計学に
基づき、これらの欠点が存在しない。
ところで、個々の不均一な従来プロセスを照射プロセス
に代えると（例えばサイリスタのＰベースのドーピング
用被覆の場合、気相からの析出をイオン注入に代えると
）、本来これで達成可能な均一性向上という利点は、残
りの従来プロセスで依然として不均一性が惹き起こされ
るので、実現することができない。
そしてまさにＧＴＯのように製造上問題の多い電力用半
導体素子では不純物や再結合中心の均一分布ができるだ
け高いことが要求される。これらの素子に残留する不均
一性は少くとも５％以下、できるだけ２％以下でなけれ
ばならない。
光凱■皿玉 そこでこの発明は、電気的性質に要求される厳しい条件
をも満たすため不純物原子や再結合中心が十分均一に分
布した電力用半導体素子を製造することのできる方法を
示すことを目的とする。
この目的が、冒頭述べた種類の方法において、（ａ）〜
（ｃ）の３工程のうち少くとも２工程において照射プロ
セスを使用することにより達成される。
つまり本発明の核心は、不均一な従来プロセスそのもの
を使用したりまたはそれを孤立した照射プロセスと併用
して使用することにあるのではなく、少くとも２工程、
好ましくは３工程すべてを、十分に均一な照射プロセス
により行なうことよりなる。
希望する拡散領域内でそれぞれがそれ自身で均一分布を
もたらす照射プロセスとしては次掲のものが好ましい。
（１）基本ドーピングには、核反応を介しＳｔ基板全体
でリンの均一なドーピングをもたらす中性子変換ドーピ
ング（ｎｅｕｔｒｏｎ　　ｔｒａｎｓｍｕｔａｔｉｏｎ
ｄｏｐｉｎｇ　）の形の中性子照射。この場合、照射以
前の不純物分布や中性子源の強度分布の具合から均一性
が制限される。
（２）深い準位のｐｎ接合を作製するため半導体基板を
不純物原子で被覆するには、表面近傍の被覆の形で例え
ばＡｆｓ　ＡＳ％　８％　ＧａまたはＰのイオン注入。
この場合、基板ウェーハの直径より小径のイオンビーム
のガイド、多くの場合計算機制御式ガイドにより均一性
が制限される。
（３）キャリヤの寿命調整には、再結合中心を形成する
ため半導体基板の電子照射、γ線照射または陽子照射。
この場合にも均一性の制限はビームのガイドに依る。
日を　１　るための　法 すでに述べたように、本発明による製造法では列挙した
照射プロセスのうち少くとも２プロセス、好ましくは３
プロセスすべてが適用される。
イオン注入や電子照射、γ線照射または陽子照射は一般
的技術に属し、ここではこれ以上説明しない。
中性子照射の詳細については例えばＥ、Ｉ４．Ｈａａｓ
＋Ｍ、　Ｓ、　５ｃｈｎ８１１ｅｒの論文”　Ｐｈｏｓ
ｐｈｏｒｕｓ　Ｄｏｐｉｎｇ　ｏｆＳｉｌｉｃｏｎ　ｂ
ｙ　Ｍｅａｎｓ　ｏｆ　Ｎｅｕｔｒｏｎ　Ｉｒｒａｄｉ
ａｔｉｏｎ　”　。
ＩＥＥＥ　Ｔｒａｍｓ、　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｄｅｖｉ
ｃｅｓＥ　Ｄ　−２３（８）＋８０３〜８０５頁（１９
７６）を参照せよ。
製造自体については、サイリスタの場合複数の被膜（少
くとも３Ｎから、方法に応じて６層まで）が必要である
ことを確認することができる。特に問題の多いのは、な
かんず＜ＧＴＯの場合、４層配置の真中のＰドープ層、
いわゆるＰベースである。同じことは、特にオフ電圧が
高い場合、サイリスタに埋込まれた周知のｎ空乏層にも
あてはまる。いずれの場合にも横導電率（またはシート
抵抗）と拡散プロフィルとをできるだけ正確に調整しな
ければならない。
しかしサイリスタの場合、Ｐベース及びｎ空乏層の被覆
だけでなく好ましくはすべての被覆がイオン注入により
行われる。
それにもかかわらず、サイリスタのそう問題でない層、
例えばアノードエミッタ、場合によってはカソードエミ
ッタも、従来プロセスで実現しても良好な結果が得られ
る。
照射プロセスの個々のパラメータは当然製造時の初期条
件、要求条件に合わせて調整され、その他の点では周知
の如く選定することができる。
本発明で達成可能な利点を確認するため、１掲３つの照
射プロセスすべてを利用して基板径５０画以下、ＶＤＲ
）１　＜２５００Ｖ、　ＩｔＧａｘ　　＜　１０００　
Ａの大形ＧＴ○サイリスタを製造した。
ひきつづき計算機側’１ｉｌ１式自動計測器（精度δ＝
０．１６％）を使って基板のＰベース表面濃度を測定し
た。比較のため、従来通り作製した基板も同様に測定し
た。
従来通り作製した基板では局所ホウ素濃度が±５〜６％
変化したが、照射プロセスで作製した素子ではこの変化
が±１〜２％であった。
再結合中心の分布も従来のＡｕ拡散と電子照射とを比較
した場合、同様の均一性であった。
更に、照射プロセスを適用すると格別問題の多いプロセ
スの場合より収率も常に向上する。
従って全体として幾つかの照射プロセスを併用すると、
例えばＧＴＯサイリスタのように問題の多い電力用半導
体素子の製造時、達成可能な電気的データや収率の点で
も結果が著しく向上する。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １）（ａ）基本ドーピングで半導体基板を作製する工程
    、 （ｂ）不純物原子で半導体基板を被覆し、次に不純物原
    子を半導体基板中に再拡散させ深い準位のｐｎ接合を作
    製する工程、 （ｃ）再結合中心を半導体基板中に形成してキャリヤの
    寿命を調整する工程、 以上の工程を含む、面積の大きい電力用半導体素子の製
    造方法において、 （ｄ）（ａ）〜（ｃ）の３工程のうち少くとも２工程に
    おいて照射プロセスを利用することを特徴とする方法。 ２）（ａ）〜（ｃ）の３工程すべてにおいて照射プロセ
    スを利用することを特徴とする特許請求の範囲第１項に
    記載の方法。 ３）基本ドーピングを行なうため中性子変換ドーピング
    （ｎｅｕｔｒｏｎ　ｔｒａｎｓｍｕｔａｔｉｏｎ　ｄｏ
    ｐｉｎｇ）の形での中性子照射を利用することを特徴と
    する特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ４）イオン注入により深い準位のｐｎ接合を作製するた
    め半導体基板を不純物原子で被覆することを特徴とする
    特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ５）キャリヤの寿命を調整するため半導体基板の電子照
    射、γ線照射または陽子照射を行なうことを特徴とする
    特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ６）電力用半導体素子がサイリスタ、特にゲートを介し
    て断路しうるゲートターンオフ（ＧＴＯ＝￥Ｇ￥ａｔｅ
    ￥Ｔ￥ｕｒｎ￥Ｏ￥ｆｆ）サイリスタであることを特徴
    とする特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ７）サイリスタのＰベースをイオン注入により作製する
    ことを特徴とする特許請求の範囲第６項に記載の方法。 ８）サイリスタ中にイオン注入によりｎドープ空乏層を
    導入することを特徴とする特許請求の範囲第６項に記載
    の方法。 ９）サイリスタの各種ドープ層を作製するのに必要な被
    膜をすべてイオン注入により半導体基板中に導入するこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第６項に記載の方法。
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CH670332A5 (ja) 1989-05-31

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