JP3110436B2 - 半導体素子 - Google Patents
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/26—Bombardment with radiation
- H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
-
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- H01L21/22—Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities
- H01L21/221—Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities of killers
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- H01L29/00—Semiconductor 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
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/30—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by physical imperfections; having polished or roughened surface
- H01L29/32—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by physical imperfections; having polished or roughened surface the imperfections being within the semiconductor body
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Description
【発明の詳細な説明】 （発明の属する技術分野） 本発明は、導通状態から非導通状態へスイッチング可
能な半導体素子であって、非導通状態において、所定の
平均バルク寿命TauSRH、従って平均のバルク拡散長Ｌ
D,Bulkを有し、且つ、ドープされたゾーンが１つの軸方
向に少数荷電キャリアによってスワンプ（swamp）され
ている導通状態において、オージェ再結合により短縮さ
れた寿命TauAugを有している少数荷電キャリアを持つド
ープされたゾーンと、少数荷電キャリアの平均のバルク
寿命TauSRHを減少させるための再結合中心部が存在して
いる、前記ドープされたゾーンの軸方向に制限された領
域を有する半導体素子に関する。
能な半導体素子であって、非導通状態において、所定の
平均バルク寿命TauSRH、従って平均のバルク拡散長Ｌ
D,Bulkを有し、且つ、ドープされたゾーンが１つの軸方
向に少数荷電キャリアによってスワンプ（swamp）され
ている導通状態において、オージェ再結合により短縮さ
れた寿命TauAugを有している少数荷電キャリアを持つド
ープされたゾーンと、少数荷電キャリアの平均のバルク
寿命TauSRHを減少させるための再結合中心部が存在して
いる、前記ドープされたゾーンの軸方向に制限された領
域を有する半導体素子に関する。
（先行技術） 荷電キャリアの寿命を減少することによって、パワー
半導体構成要素のスイッチング時間を改善することはよ
く知られている。このようにして実現しようとする、半
導体構成要素の荷電キャリアの寿命の調整は、一方にお
いては、異原子（例えば、金または白金）を注入拡散す
ることにより、また他方においては、陽子または電子を
照射することにより達成することができる。異原子の注
入拡散も、まは電子による照射も、素子全体にわたって
比較的一様に寿命を減少させる。しかし、拡散法とは対
照的に、電子照射は充分良好に再生成される。
半導体構成要素のスイッチング時間を改善することはよ
く知られている。このようにして実現しようとする、半
導体構成要素の荷電キャリアの寿命の調整は、一方にお
いては、異原子（例えば、金または白金）を注入拡散す
ることにより、また他方においては、陽子または電子を
照射することにより達成することができる。異原子の注
入拡散も、まは電子による照射も、素子全体にわたって
比較的一様に寿命を減少させる。しかし、拡散法とは対
照的に、電子照射は充分良好に再生成される。
陽子の照射によって、電流導通軸（軸方向）に沿っ
て、再結合中心部のパルス状の濃度プロフィールが作ら
れる。照射後、適当な熱処理を施すことにより、更に、
再結合中心部の効率が格段に向上され、この方法が、全
体として、金拡散法に対して明白な利点を有している
（例えば、“シリコンの陽子照射"N.M.Hueppi Diss.ETH
No.8755,100−110,1989参照）。
て、再結合中心部のパルス状の濃度プロフィールが作ら
れる。照射後、適当な熱処理を施すことにより、更に、
再結合中心部の効率が格段に向上され、この方法が、全
体として、金拡散法に対して明白な利点を有している
（例えば、“シリコンの陽子照射"N.M.Hueppi Diss.ETH
No.8755,100−110,1989参照）。
荷電キャリアの寿命を調整する方法は、すべて荷電キ
ャリアの寿命を減少させることにより、スイッチング時
間を短縮することができるけれども、そのために、高い
順方向の電圧降下（導通状態におけるパワー損失）を甘
受しなければならない。このトレイドオフ（二律背反
性）を最適にすることに関して、陽子照射が電子照射よ
り優れていることが知られている（例えば、“陽子注入
による絶縁ゲート型トランジスタにおけるスイッチング
時間の短縮"A.Mogro−Campero et al.,IEEE Electron D
evice Letters,Vol.EDL−6,No.5,May1985参照）。この
ことは、寿命を調整するための陽子照射においては、素
子の軸方向における自由度（軸方向の寿命構造）が更に
利用できる。即ち、必要にして、相応しい場合のみ荷電
キャリアの寿命ga少される。
ャリアの寿命を減少させることにより、スイッチング時
間を短縮することができるけれども、そのために、高い
順方向の電圧降下（導通状態におけるパワー損失）を甘
受しなければならない。このトレイドオフ（二律背反
性）を最適にすることに関して、陽子照射が電子照射よ
り優れていることが知られている（例えば、“陽子注入
による絶縁ゲート型トランジスタにおけるスイッチング
時間の短縮"A.Mogro−Campero et al.,IEEE Electron D
evice Letters,Vol.EDL−6,No.5,May1985参照）。この
ことは、寿命を調整するための陽子照射においては、素
子の軸方向における自由度（軸方向の寿命構造）が更に
利用できる。即ち、必要にして、相応しい場合のみ荷電
キャリアの寿命ga少される。
（発明が解決しようとする課題） 本発明の目的は、冒頭に述べた種類の新規な半導体構
成要素であって、順方向の電圧降下とターンオフ時間と
の間のトレイドオフが、全体として現在の技術水準に比
較して向上されている半導体構成要素を提供することで
ある。
成要素であって、順方向の電圧降下とターンオフ時間と
の間のトレイドオフが、全体として現在の技術水準に比
較して向上されている半導体構成要素を提供することで
ある。
また、本発明の目的は、本発明による素子の製造方法
を提供することである。
を提供することである。
（課題を解決するための手段） これらの目的は、本発明によって、上述した種類の半
導体構成要素において、再結合中心部が軸方向を横切っ
て周期的に変化するトラップ密度のプロフィールを有
し、バルク拡散長ＬD,Bulkにほぼ相当する低いトラップ
密度のセグメントと高いトラップ密度のセグメントとが
交互に生じるようにすることによって解決される。
導体構成要素において、再結合中心部が軸方向を横切っ
て周期的に変化するトラップ密度のプロフィールを有
し、バルク拡散長ＬD,Bulkにほぼ相当する低いトラップ
密度のセグメントと高いトラップ密度のセグメントとが
交互に生じるようにすることによって解決される。
再結合中心部が軸方向を横切って、周期的に変化する
トラップ密度のプロフィールを形成している、軸方向に
制限されている領域を有する半導体構成要素の製造方法
であって、所定の限定された領域に照射欠損を生じさせ
るため、半導体構成要素に対し、軸方向に陽子を照射さ
せる製造方法は、生成されるべきトラップ密度のプロフ
ィールに対応して陽子を通過させる領域と通過させない
領域を有するグリッド開口を用いて、前記照射が行われ
ることを特徴とする。
トラップ密度のプロフィールを形成している、軸方向に
制限されている領域を有する半導体構成要素の製造方法
であって、所定の限定された領域に照射欠損を生じさせ
るため、半導体構成要素に対し、軸方向に陽子を照射さ
せる製造方法は、生成されるべきトラップ密度のプロフ
ィールに対応して陽子を通過させる領域と通過させない
領域を有するグリッド開口を用いて、前記照射が行われ
ることを特徴とする。
（実施例） 好適な実施例によれば、再結合中心部は、二次元的に
周期的に変化するトラップ密度のプロフィールを形成し
ている。
周期的に変化するトラップ密度のプロフィールを形成し
ている。
同様に、好適な実施例においては、トラップ密度のプ
ロフィールが、低いトラップ密度のセグメントと、高い
密度のセグメントに互いに隣接して、一定の低い値か、
一定の高い値をそれぞれ有し、低いトラップ密度のセグ
メントから高いトラップ密度のセグメントへ急激に変化
している。
ロフィールが、低いトラップ密度のセグメントと、高い
密度のセグメントに互いに隣接して、一定の低い値か、
一定の高い値をそれぞれ有し、低いトラップ密度のセグ
メントから高いトラップ密度のセグメントへ急激に変化
している。
効率を考慮すれば、トラップ密度のプロフィールを低
い密度と高い密度の、ほぼ大きさの等しいセグメントか
ら平面的に構成することが好ましい。
い密度と高い密度の、ほぼ大きさの等しいセグメントか
ら平面的に構成することが好ましい。
本発明によりpn接合のスイッチング特性を改善しよう
とするならば、軸方向にドープされたゾーンが少数荷電
キャリアを注入した高くドープされたゾーンに接し、そ
のゾーンと共に迅速にスイッチングするpn接合を形成す
る。
とするならば、軸方向にドープされたゾーンが少数荷電
キャリアを注入した高くドープされたゾーンに接し、そ
のゾーンと共に迅速にスイッチングするpn接合を形成す
る。
本発明の方法においては、好ましい形態として、例え
ば重金属のような、陽子を強く吸収する材料から作られ
たグリッドを有する開口が使用されている。
ば重金属のような、陽子を強く吸収する材料から作られ
たグリッドを有する開口が使用されている。
本発明の更に有利な実施例は、特許請求の範囲の記載
から明らかである。
から明らかである。
発明の実施方法 実施例に基づいて、図面を参照しつつ、以下、本発明
を詳細に説明する。
を詳細に説明する。
説明を不必要に複雑にしないために、本発明を先ずダ
イオードを例にとって説明する。
イオードを例にとって説明する。
図１は、ターンオフ時間を短縮するために、本発明の
トラップ密度のプロフィールを半導体内に設けられた半
導体構成要素を示す。
トラップ密度のプロフィールを半導体内に設けられた半
導体構成要素を示す。
半導体基板１は、その内部に、ダイオードに対応する
拡散プロフィールを有している。高くドープされた領域
２は、第１の主面３から、所定の深さだけ半導体基板に
侵入し、半導体基板１の基礎ドーピングによって形成さ
れた低くドープされた領域４と共に、pn接合５を形成し
ている。半導体構成要素の導通状態において、高くドー
プされた領域２は、（平面pn接合５に直角な）軸方向に
少数電荷キャリアを低くドープされた領域４に注入す
る。図１において、これは矢印で示されている。
拡散プロフィールを有している。高くドープされた領域
２は、第１の主面３から、所定の深さだけ半導体基板に
侵入し、半導体基板１の基礎ドーピングによって形成さ
れた低くドープされた領域４と共に、pn接合５を形成し
ている。半導体構成要素の導通状態において、高くドー
プされた領域２は、（平面pn接合５に直角な）軸方向に
少数電荷キャリアを低くドープされた領域４に注入す
る。図１において、これは矢印で示されている。
低くドープされた領域４は、適切な深さ位置に配置さ
れた、軸方向に制限された領域６を有し、該領域に荷電
キャリアの寿命を減少させるための再結合中心部が設け
られている。再結合中心部は、（軸方向に直角な平面内
に）電流導通軸を横切って周期的に変化するトラップ密
度のプロフィールを形成している。高いトラップ密度の
セグメント7a、7b、...が低いトラップ密度のセグメン
ト8a、8b、...と交互に生じている。低いトラップ密度
のセグメントは、軸方向に直角に所定の特性長さａだけ
延びている。
れた、軸方向に制限された領域６を有し、該領域に荷電
キャリアの寿命を減少させるための再結合中心部が設け
られている。再結合中心部は、（軸方向に直角な平面内
に）電流導通軸を横切って周期的に変化するトラップ密
度のプロフィールを形成している。高いトラップ密度の
セグメント7a、7b、...が低いトラップ密度のセグメン
ト8a、8b、...と交互に生じている。低いトラップ密度
のセグメントは、軸方向に直角に所定の特性長さａだけ
延びている。
図２は、トラップ密度のプロフィール９を示してい
る。横軸には、電流導通軸を垂直に横切る方向の位置ｘ
が、縦軸には、トラップ密度Ntが描かれている。トラッ
プ密度のプロフィール９は、周期的に変化している。低
いトラップ密度のセグメントは、適切に決められた長さ
ａだけ延びている。
る。横軸には、電流導通軸を垂直に横切る方向の位置ｘ
が、縦軸には、トラップ密度Ntが描かれている。トラッ
プ密度のプロフィール９は、周期的に変化している。低
いトラップ密度のセグメントは、適切に決められた長さ
ａだけ延びている。
次に、これら長さａをどのように量定するかを説明す
る。
る。
半導体構成要素が非導通状態（また、熱的に均衡して
いる状態）にある場合、低くドープされたゾーン４（軸
方向に限定された領域６を除外して）における少数荷電
キャリアは、深い不純物での荷電キャリア捕獲によっ
て、本質的に決められ、公知のショックレイ・リード・
ホールのモデルによって決定されるバルク寿命TauSRHを
有している。このバルク寿命TauSRHは、通常、バルク拡
散長ＬD,Bulkにしたがって決められる。
いる状態）にある場合、低くドープされたゾーン４（軸
方向に限定された領域６を除外して）における少数荷電
キャリアは、深い不純物での荷電キャリア捕獲によっ
て、本質的に決められ、公知のショックレイ・リード・
ホールのモデルによって決定されるバルク寿命TauSRHを
有している。このバルク寿命TauSRHは、通常、バルク拡
散長ＬD,Bulkにしたがって決められる。
ＬD,Bulk＝（DiTauSRH,i）1/2 ｉは、ｎ（電子）,p（ホール）型の少数荷電キャリア
であり、そして Diは、拡散定数である。
であり、そして Diは、拡散定数である。
具体的には、バルク拡散長とは、再結合中心部（トラ
ップ）における少数荷電キャリアと再結合までに平均的
に少数荷電キャリアによってカバーされる行程である。
ップ）における少数荷電キャリアと再結合までに平均的
に少数荷電キャリアによってカバーされる行程である。
半導体構成要素が導通状態にある場合には、低くドー
プされたゾーン４は少数キャリアにより充満（スワン
プ）される。上述したショックレイ・リード・ホールの
メカニズムと並んで、荷電キャリアの著しく高い注入が
行われた場合には、また、オージェ再結合として知られ
ているキャリア／キャリアの再結合も生じる。高い電流
密度（荷電キャリアが約1017cm-3を越える）場合には、
オージェ再結合が支配的になり、寿命は更に短縮され、
オージェの寿命Tauaugになる。半導体構成要素が導通状
態になるときには、一般に、オージェの寿命Tauaugはバ
ルク寿命TauSRHより相当小さい。
プされたゾーン４は少数キャリアにより充満（スワン
プ）される。上述したショックレイ・リード・ホールの
メカニズムと並んで、荷電キャリアの著しく高い注入が
行われた場合には、また、オージェ再結合として知られ
ているキャリア／キャリアの再結合も生じる。高い電流
密度（荷電キャリアが約1017cm-3を越える）場合には、
オージェ再結合が支配的になり、寿命は更に短縮され、
オージェの寿命Tauaugになる。半導体構成要素が導通状
態になるときには、一般に、オージェの寿命Tauaugはバ
ルク寿命TauSRHより相当小さい。
本発明に従い、低いトラップ密度のセグメントの特性
長さａが、バルク拡散長ＬD,Bulkにほぼ相当するように
選定された場合には、次のような効果を生じる。
長さａが、バルク拡散長ＬD,Bulkにほぼ相当するように
選定された場合には、次のような効果を生じる。
導通状態においては、少数荷電キャリアの拡散長は
（短いオージェの寿命のために）本質的に高いトラップ
密度のセグメントの距離よりも小さい。従って、少数荷
電キャリアは、軸方向に制限された領域６を通って、妨
げられることなく、さらに拡散していく。持ち込まれた
再結合中心部は、順方向の電圧効果を追加して生じさせ
ることはない。
（短いオージェの寿命のために）本質的に高いトラップ
密度のセグメントの距離よりも小さい。従って、少数荷
電キャリアは、軸方向に制限された領域６を通って、妨
げられることなく、さらに拡散していく。持ち込まれた
再結合中心部は、順方向の電圧効果を追加して生じさせ
ることはない。
半導体構成要素の非導通状態への移行に際しては、拡
散長が次第に増加し、少数荷電キャリアが強く高いトラ
ップ密度のセグメントによって次第に捕捉されるように
なる。ターンオフ過程の後部領域、すなわち、過剰な荷
電キャリア密度が再びショックレイ・リード・ホールの
メカニズムにより、専ら減少された場合には、少数荷電
キャリアの拡散長は、本質的にバルク拡散長ＬD,Bulkに
相当する。従って、ビルトインされた再結合中心部は、
従来の軸方向の寿命プロフィールの意味において、寿命
を減少させる効果をもたらしている。
散長が次第に増加し、少数荷電キャリアが強く高いトラ
ップ密度のセグメントによって次第に捕捉されるように
なる。ターンオフ過程の後部領域、すなわち、過剰な荷
電キャリア密度が再びショックレイ・リード・ホールの
メカニズムにより、専ら減少された場合には、少数荷電
キャリアの拡散長は、本質的にバルク拡散長ＬD,Bulkに
相当する。従って、ビルトインされた再結合中心部は、
従来の軸方向の寿命プロフィールの意味において、寿命
を減少させる効果をもたらしている。
簡単に言えば、トラップ密度のプロフィールの本発明
の追加的な横方向構造は、再結合中心部の効果が低い電
流密度において初めて著しくなるのである。その結果、
寿命を調整するこの方法においては、順方向の電圧降下
が従来の軸方向の寿命プロフィールに比べて、ターンオ
フ特性をそれに対応して悪化させることなく小さくなっ
ている。従って、冒頭に議論した順方向の電圧降下とタ
ーンオフ時間とのトレードオフは、全体的に良好にな
る。
の追加的な横方向構造は、再結合中心部の効果が低い電
流密度において初めて著しくなるのである。その結果、
寿命を調整するこの方法においては、順方向の電圧降下
が従来の軸方向の寿命プロフィールに比べて、ターンオ
フ特性をそれに対応して悪化させることなく小さくなっ
ている。従って、冒頭に議論した順方向の電圧降下とタ
ーンオフ時間とのトレードオフは、全体的に良好にな
る。
次に、トラップ密度のプロフィールがどのようにして
有利に形成されるかを説明する。ここで、再び図１、図
２を参照する。
有利に形成されるかを説明する。ここで、再び図１、図
２を参照する。
既に述べたように、トラップ密度のプロフィールは、
電流の導通軸に直角な平面内で周期的に変化する。その
際、トラップ密度のプロフィールは、例えばストリップ
パターンのように形成された、一方向（一次元）におい
てだけ変化するか、或いは二つの方向（二次元）におい
て変化させることが可能である。二次元の場合には、多
くの適切な実施例が存在する。次に、その内の幾つかだ
けについて説明する。
電流の導通軸に直角な平面内で周期的に変化する。その
際、トラップ密度のプロフィールは、例えばストリップ
パターンのように形成された、一方向（一次元）におい
てだけ変化するか、或いは二つの方向（二次元）におい
て変化させることが可能である。二次元の場合には、多
くの適切な実施例が存在する。次に、その内の幾つかだ
けについて説明する。
第１の変形は、碁盤（チェス盤）目状のパターンのト
ラップ密度のプロフィールが形成されていることであ
る。低いトラップ密度のセグメント及び高いトラップ密
度のセグメントは、ここでは本質的に正方形であり、同
じ大きさである。
ラップ密度のプロフィールが形成されていることであ
る。低いトラップ密度のセグメント及び高いトラップ密
度のセグメントは、ここでは本質的に正方形であり、同
じ大きさである。
第２の変形においては、トラップ密度のプロフィール
は、点グリッド状に形成されている。高いトラップ密度
のセグメントは、想定された長方形、正方形、または菱
形の格子の格子点に配置された円である。さらに詳細に
上述した特性長さａは、ここでは、隣り合った２個の格
子点の間隔に本質的に対応している。
は、点グリッド状に形成されている。高いトラップ密度
のセグメントは、想定された長方形、正方形、または菱
形の格子の格子点に配置された円である。さらに詳細に
上述した特性長さａは、ここでは、隣り合った２個の格
子点の間隔に本質的に対応している。
横方向に構成されたトラップ密度のプロフィールの効
果的な働きに関して、低いトラップ密度のセグメント7
a、7b、...と高いトラップ密度のセグメント8a、8
b、...とが面積的にほぼ同じ大きさであることが有利で
ある。
果的な働きに関して、低いトラップ密度のセグメント7
a、7b、...と高いトラップ密度のセグメント8a、8
b、...とが面積的にほぼ同じ大きさであることが有利で
ある。
本発明の特に好適な実施の形態に従えば、トラップ密
度のプロフィール９は、低いトラップ密度のセグメント
7a、7b、...から、高いトラップ密度のセグメント8a、8
b、...へと急激に変化している。トラップ密度のプロフ
ィールは、低いセグメントと高いセグメントにおいて、
それぞれほぼ一定の低い値或いは高い値を有している。
度のプロフィール９は、低いトラップ密度のセグメント
7a、7b、...から、高いトラップ密度のセグメント8a、8
b、...へと急激に変化している。トラップ密度のプロフ
ィールは、低いセグメントと高いセグメントにおいて、
それぞれほぼ一定の低い値或いは高い値を有している。
全ての実施の形態において、同様に決められているパ
ラメータは、バルク拡散長ＬD,Bulkである。これは、寿
命が例えば室温においてTauSRH＝70μｓである場合、ｎ
型シリコンでは約300μｍ、ｐ型シリコンでは約500μｍ
に達する。従って、トラップ密度のプロフィールは、典
型的には数百μｍの周期を有するべきである。
ラメータは、バルク拡散長ＬD,Bulkである。これは、寿
命が例えば室温においてTauSRH＝70μｓである場合、ｎ
型シリコンでは約300μｍ、ｐ型シリコンでは約500μｍ
に達する。従って、トラップ密度のプロフィールは、典
型的には数百μｍの周期を有するべきである。
これまで図１の簡単な素子に関して述べたことは、詳
細に説明するまでもなく、種々の種類のトランジスタ、
サイリスタのような、軸方向の電流導通を有するより複
雑な半導体構成要素にも当てはまる。従って、本発明は
広い応用範囲を有している。特に、従来の軸方向の寿命
プロフィールが使用された場所では、すべて代替するこ
とが可能である。
細に説明するまでもなく、種々の種類のトランジスタ、
サイリスタのような、軸方向の電流導通を有するより複
雑な半導体構成要素にも当てはまる。従って、本発明は
広い応用範囲を有している。特に、従来の軸方向の寿命
プロフィールが使用された場所では、すべて代替するこ
とが可能である。
次に、本発明に従った半導体構成要素を製造するため
の好適な方法について述べる。
の好適な方法について述べる。
出発点は、内部に１個または複数個のpn構造を有す
る、既に拡散され、酸化された半導体基板１である。最
初に、半導体基板１は、高いエネルギーの陽子により照
射され、適切に決められた軸方向に制限された領域６に
再結合中心部が形成される。その際、本発明によるトラ
ップ密度のプロフィールが生じるように、照射は以下述
べるように好適に実施される。
る、既に拡散され、酸化された半導体基板１である。最
初に、半導体基板１は、高いエネルギーの陽子により照
射され、適切に決められた軸方向に制限された領域６に
再結合中心部が形成される。その際、本発明によるトラ
ップ密度のプロフィールが生じるように、照射は以下述
べるように好適に実施される。
図３は、軸方向および横方向に構成されたトラップ密
度のプロフィールを生成するための装置を示している。
加速機10が、高いエネルギーの陽子ビーム11を生成し、
該陽子ビーム11が、例えば、加速機10の出口に配置され
た偏向装置（走査器）を用いて、陽子ビーム11を横切る
方向に偏向される。（図３においては、二重矢印が可能
な２つの方向の少なくとも１つを表している。）照射さ
れるべき半導体基板１は、本発明に従って形成された開
口12の背後の照射平面内に配置されている。偏向装置の
助けにより陽子ビーム11は、逐次、開口12と開口を通過
して部分的に目に見える半導体基板１とを通って導か
れ、平面状の照射をする。
度のプロフィールを生成するための装置を示している。
加速機10が、高いエネルギーの陽子ビーム11を生成し、
該陽子ビーム11が、例えば、加速機10の出口に配置され
た偏向装置（走査器）を用いて、陽子ビーム11を横切る
方向に偏向される。（図３においては、二重矢印が可能
な２つの方向の少なくとも１つを表している。）照射さ
れるべき半導体基板１は、本発明に従って形成された開
口12の背後の照射平面内に配置されている。偏向装置の
助けにより陽子ビーム11は、逐次、開口12と開口を通過
して部分的に目に見える半導体基板１とを通って導か
れ、平面状の照射をする。
開口12は、少なくとも領域的にグリッド状に形成され
ている。すなわち、陽子の通過を許す領域13と陽子の通
過を許さない領域14とを有する。陽子の通過を許す領域
13を通ることにより、陽子ビーム11は、半導体基板１内
に陽子のエネルギーにより決められた所望の深さに再結
合中心部を生じさせる。その際、生じた不純物の濃度
は、既知の態様で、陽子の分量に依存する。
ている。すなわち、陽子の通過を許す領域13と陽子の通
過を許さない領域14とを有する。陽子の通過を許す領域
13を通ることにより、陽子ビーム11は、半導体基板１内
に陽子のエネルギーにより決められた所望の深さに再結
合中心部を生じさせる。その際、生じた不純物の濃度
は、既知の態様で、陽子の分量に依存する。
図４は、本質的に二次元の周期的なホールグリッドを
備えた開口12の上面図である。ここで、陽子の通過を許
さない材料の中に、正方形の格子上に配置された円形の
孔（ホール）が設けられている。ホールグリッドの周期
（特性長さａ）は、本質的に、半導体基板１内の照射さ
れるべき低くドープされたゾーン４のバルク拡散長Ｌ
D,Bulkに対応している。孔の直径は、陽子の通過を許す
領域と陽子の通過を許さない領域とが均衡を保つように
選らばれるのが好ましい。
備えた開口12の上面図である。ここで、陽子の通過を許
さない材料の中に、正方形の格子上に配置された円形の
孔（ホール）が設けられている。ホールグリッドの周期
（特性長さａ）は、本質的に、半導体基板１内の照射さ
れるべき低くドープされたゾーン４のバルク拡散長Ｌ
D,Bulkに対応している。孔の直径は、陽子の通過を許す
領域と陽子の通過を許さない領域とが均衡を保つように
選らばれるのが好ましい。
図４から判るように、ホールグリッドは開口12全体を
面積的に満たす必要はない。これは、例えば、荷電キャ
リアの寿命が横方向に適切に制限された領域においてだ
け減少されているような場合である。本例においては、
また、照射の中心領域が除かれている。半導体基板がそ
の全面に照射されるか、または横方向に制限された領域
においてだけ照射されるかは、原則として、半導体構成
要素の種類（内部構造）に依存する。
面積的に満たす必要はない。これは、例えば、荷電キャ
リアの寿命が横方向に適切に制限された領域においてだ
け減少されているような場合である。本例においては、
また、照射の中心領域が除かれている。半導体基板がそ
の全面に照射されるか、または横方向に制限された領域
においてだけ照射されるかは、原則として、半導体構成
要素の種類（内部構造）に依存する。
図５は、碁盤目状のホールグリッドを有する開口を示
している。この際、陽子の通過を許す領域と陽子の通過
を許さない領域とは正方形をなしており、上述した特性
長さａに対応する辺長を有している。
している。この際、陽子の通過を許す領域と陽子の通過
を許さない領域とは正方形をなしており、上述した特性
長さａに対応する辺長を有している。
開口は、例えばモリブデンのような重金属からなる、
上述のような態様に孔が開けられた薄い円盤であること
が好ましい。重金属の利点は、主に円板が、例えば数Me
Vの高い陽子エネルギーを使用する場合にも、薄く維持
されることが可能であり、開口の縁における陽子ビーム
の側方への散乱（“影”、“写像欠陥”）が狭い領域に
保たれることが可能であるからである。このことは、特
に、階段状のトラップ密度のプロフィールを形成しなけ
ればならないときに重要である。さらに、繊維な構造
は、機構的により簡単に薄い円盤にすることができる。
上述のような態様に孔が開けられた薄い円盤であること
が好ましい。重金属の利点は、主に円板が、例えば数Me
Vの高い陽子エネルギーを使用する場合にも、薄く維持
されることが可能であり、開口の縁における陽子ビーム
の側方への散乱（“影”、“写像欠陥”）が狭い領域に
保たれることが可能であるからである。このことは、特
に、階段状のトラップ密度のプロフィールを形成しなけ
ればならないときに重要である。さらに、繊維な構造
は、機構的により簡単に薄い円盤にすることができる。
開口12が陽子の通過を許さない材料で作られ、そして
孔の開けられた円盤により形成されている限り、陽子の
通過を許さない領域が、連続した領域を形成しているパ
ターンだけが勿論可能である。しかし、開口12が、陽子
の通過を許す支持体を含む場合には、この制限を回避す
ることができる。
孔の開けられた円盤により形成されている限り、陽子の
通過を許さない領域が、連続した領域を形成しているパ
ターンだけが勿論可能である。しかし、開口12が、陽子
の通過を許す支持体を含む場合には、この制限を回避す
ることができる。
図６は、よく陽子の通過を許す支持体15（例えば、軽
金属の薄片）の上に、陽子を吸収する材料16をもつパタ
ーンを配置した開口を示している。この方法により、図
４と図５に示したものと逆のパターンを実現することが
できる。
金属の薄片）の上に、陽子を吸収する材料16をもつパタ
ーンを配置した開口を示している。この方法により、図
４と図５に示したものと逆のパターンを実現することが
できる。
原則的には、示されたパターンは、本発明の効果を失
うことなしに多様に変化することが可能である。ホール
グリッドを配置した格子は、また、長方形でも菱形でも
よい。ホールグリッドの代わりに、ストリップのパター
ンも使用可能である。パターンがどのように形成されよ
うとも、パターンは常に特性長さａ、即ちＬD,Bulkによ
り特徴付けられる。
うことなしに多様に変化することが可能である。ホール
グリッドを配置した格子は、また、長方形でも菱形でも
よい。ホールグリッドの代わりに、ストリップのパター
ンも使用可能である。パターンがどのように形成されよ
うとも、パターンは常に特性長さａ、即ちＬD,Bulkによ
り特徴付けられる。
照射後に、一般に、半導体構成要素が完成されるま
で、なお多くの工程が続く。特に、再結合中心部の長時
間の安定性を確実にするために、照射された半導体構成
要素１に対して熱処理を実施することが有利である。そ
のために、半導体構成要素は、高真空、すなわち、ほぼ
10-5トール（torr）より低い圧力下において少なくとも
30分間、260℃から300℃までの間の温度に維持される。
熱処理の正確な時間の長さは、選択された照射分量と所
望の荷電キャリアの寿命とから決められる。
で、なお多くの工程が続く。特に、再結合中心部の長時
間の安定性を確実にするために、照射された半導体構成
要素１に対して熱処理を実施することが有利である。そ
のために、半導体構成要素は、高真空、すなわち、ほぼ
10-5トール（torr）より低い圧力下において少なくとも
30分間、260℃から300℃までの間の温度に維持される。
熱処理の正確な時間の長さは、選択された照射分量と所
望の荷電キャリアの寿命とから決められる。
熱処理後、最後に、半導体構成要素１は、一層または
複数の層のパッシベーションが設けられ、焼成される公
知のパッシベーション処理が行われる。その際、焼成に
使用される温度は、電荷キャリアの寿命が再び変化する
ことがないように、熱処理温度以下でなければならない
ことに留意すべきである。
複数の層のパッシベーションが設けられ、焼成される公
知のパッシベーション処理が行われる。その際、焼成に
使用される温度は、電荷キャリアの寿命が再び変化する
ことがないように、熱処理温度以下でなければならない
ことに留意すべきである。
パッシベーション処理の後に照射を実施することは、
特に有利である。すなわち、その場合、再結合中心部の
熱的安定のために必要な熱処理工程の他に、他の熱処理
を必要としない。
特に有利である。すなわち、その場合、再結合中心部の
熱的安定のために必要な熱処理工程の他に、他の熱処理
を必要としない。
本発明の、更に１つの応用可能性は、半導体基板内に
拡散された電気的に不活性の異原子を、陽子を照射し、
熱処理を施すことによって、選択的に、再結合中心部と
して活性化させる方法である。次に、このような好適な
方法について説明する。
拡散された電気的に不活性の異原子を、陽子を照射し、
熱処理を施すことによって、選択的に、再結合中心部と
して活性化させる方法である。次に、このような好適な
方法について説明する。
所望のドーピング構造（１つ、又は複数のpn接合）を
持つ半導体基板内へ下記のような再結合−拡散特性を有
する異原子が拡散される： 1.格子の場所での再結合に関して活性であること、 2.格子間の場所での再結合に関して不活性であること、 3.拡散が、中間において、空孔機構（即ち、解離）を介
して行われ、本質的にキクアウト気負うを介しては行わ
れないこと。
持つ半導体基板内へ下記のような再結合−拡散特性を有
する異原子が拡散される： 1.格子の場所での再結合に関して活性であること、 2.格子間の場所での再結合に関して不活性であること、 3.拡散が、中間において、空孔機構（即ち、解離）を介
して行われ、本質的にキクアウト気負うを介しては行わ
れないこと。
与えられた異原子が、半導体結晶内において、どのよ
うな特性を有するかは、エネルギーの考慮に基づいて検
討される。
うな特性を有するかは、エネルギーの考慮に基づいて検
討される。
シリコン結晶内におけるこれらの特性をもつ異原子
は、例えば、銅、銀、パラジウム原子である。銀は、銅
に対して複雑な形成への傾向が少ないという利点があ
る。次に、本方法をシリコン内の銀を例として説明す
る。
は、例えば、銅、銀、パラジウム原子である。銀は、銅
に対して複雑な形成への傾向が少ないという利点があ
る。次に、本方法をシリコン内の銀を例として説明す
る。
中間の、従って電気的に不活性な異原子、上記の例で
は銀、の濃度プロフィールを生じさせる拡散の後で、軸
方向に限定された領域において、横方向に構成された空
孔プロフィールへの導く本発明の陽子照射が実施され
る。その際、この空孔プロフィールは、濃度プロフィー
ルと空間的に本質的に一致しなければならない。
は銀、の濃度プロフィールを生じさせる拡散の後で、軸
方向に限定された領域において、横方向に構成された空
孔プロフィールへの導く本発明の陽子照射が実施され
る。その際、この空孔プロフィールは、濃度プロフィー
ルと空間的に本質的に一致しなければならない。
半導体構成要素に対し熱処理が実施された場合には、
照射によって生じた欠損ゾーンに、銀（int）＋Vac→銀
（sub）のプロセスが生じ、即ち、格子間の銀が空孔
（空格子点）に拡散し、電気的に活性になる。この照射
によって生じた空孔のプロフィールは、置換銀の濃度プ
ロフィールに変化させられる。
照射によって生じた欠損ゾーンに、銀（int）＋Vac→銀
（sub）のプロセスが生じ、即ち、格子間の銀が空孔
（空格子点）に拡散し、電気的に活性になる。この照射
によって生じた空孔のプロフィールは、置換銀の濃度プ
ロフィールに変化させられる。
照射だけを単に行って形成されるような空孔に比較し
て、置換銀は、再結合に関して約10倍効率的である。
て、置換銀は、再結合に関して約10倍効率的である。
結論として言えることは、本発明によって構成される
軸方向および横方向の寿命によって、高性能の多数の高
電力半導体構成素子を使用する場合、順方向の電圧降下
とターンオフ時間との間のトレードオフが、本質的に改
良されることである。
軸方向および横方向の寿命によって、高性能の多数の高
電力半導体構成素子を使用する場合、順方向の電圧降下
とターンオフ時間との間のトレードオフが、本質的に改
良されることである。
上述の教示に照らして、本発明のいろいろな改良およ
び偏向が可能である。従って、特許請求の範囲内で、本
発明は特にここで述べたもの以外にも実施されることが
理解されるであろう。
び偏向が可能である。従って、特許請求の範囲内で、本
発明は特にここで述べたもの以外にも実施されることが
理解されるであろう。
図１は、軸方向および横方向に構成されたトラップ密度
のプロフィールの概略説明図である。 図２は、電流の導通軸に直角な方向のトラップ密度のプ
ロフィールの概略説明図である。 図３は、半導体構成要素の中に、横方向および軸方向に
構成されたトラップ密度のプロフィールを形成するため
の装置を示す。 図４は、周期的なホールグリッドを有する開口を示す。 図５は、碁盤（チェス盤）目状のホールグリッドを有す
る開口を示す。 図６は、陽子の通過を許す支持体上に、陽子を吸収する
材料を用いてパターンを配置した開口を示す。 （図面の符号） １……半導体基板、 ２……高くドープされたゾーン、 ３……主面、 ４……低くドープされたゾーン、 ５……pn接合、 ６……軸方向に限定された領域、 7a、7b...……高いトラップ密度のセグメント、 8a、8b...……低いトラップ密度のセグメント、 ９……トラップ密度のプロフィール、 10……加速器、 11……陽子ビーム、 12……開口、 13……陽子の通過を許す領域、 14……陽子の通過を許さない領域、 15……支持体、 16……陽子を吸収する材料、 ａ……特性長さ、 Nt……トラップ密度、 ｘ……位置。
のプロフィールの概略説明図である。 図２は、電流の導通軸に直角な方向のトラップ密度のプ
ロフィールの概略説明図である。 図３は、半導体構成要素の中に、横方向および軸方向に
構成されたトラップ密度のプロフィールを形成するため
の装置を示す。 図４は、周期的なホールグリッドを有する開口を示す。 図５は、碁盤（チェス盤）目状のホールグリッドを有す
る開口を示す。 図６は、陽子の通過を許す支持体上に、陽子を吸収する
材料を用いてパターンを配置した開口を示す。 （図面の符号） １……半導体基板、 ２……高くドープされたゾーン、 ３……主面、 ４……低くドープされたゾーン、 ５……pn接合、 ６……軸方向に限定された領域、 7a、7b...……高いトラップ密度のセグメント、 8a、8b...……低いトラップ密度のセグメント、 ９……トラップ密度のプロフィール、 10……加速器、 11……陽子ビーム、 12……開口、 13……陽子の通過を許す領域、 14……陽子の通過を許さない領域、 15……支持体、 16……陽子を吸収する材料、 ａ……特性長さ、 Nt……トラップ密度、 ｘ……位置。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−114045（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−81873（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−150985（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−150985（ＪＰ，Ａ) 実開 昭55−111365（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 29/06 H01L 29/73 H01L 29/861 H01L 21/322
Claims (5)
- 【請求項１】導通状態から非導通状態へスイッチング可
能な半導体素子であって、 ａ）非導通状態において、所定の平均バルク寿命Ta
uSRH、従って平均のバルク拡散長ＬD,Bulkを有し、且つ
ドープされたゾーンが１つの軸方向に少数荷電キャリア
によって満たされている導通状態において、オージェ再
結合により短縮された寿命TauAugを有している少数荷電
キャリアを持つドープされたゾーンと、 ｂ）少数荷電キャリアの平均バルク寿命TauSRHを減少さ
せるための再結合中心部が存在している、前記ドープさ
れたゾーンの軸方向に制限された領域を有する半導体素
子において、 ｃ）前記再結合中心部が、前記軸方向を横切って周期的
に変化するトラップ密度のプロフィールを形成し、特性
長さがバルク拡散長ＬD,Bulkにほぼ相当する低いトラッ
プ密度のセグメントと、高いトラップ密度のセグメント
とが交互にあり、 ｄ）トラップ密度のプロフィールが位置している領域
は、両方向に軸的に制限されていることを特徴とする半
導体素子。 - 【請求項２】前記再結合中心部が軸方向を横切って、二
次元的に、周期的に変化するトラップ密度のプロフィー
ルを形成していることを特徴とする請求項１に記載の半
導体素子。 - 【請求項３】前記トラップ密度のプロフィールが、 ａ）低いトラップ密度のセグメントと高いトラップ密度
のセグメントにおいて、一定の低い値と一定の高い値と
をそれぞれ有し、 ｂ）低いトラップ密度のセグメントから高いトラップ密
度のセグメントへと急激に変化していることを特徴とす
る請求項１に記載の半導体素子。 - 【請求項４】前記低いトラップ密度のセグメントと高い
トラップ密度のセグメントは面積的にほぼ等しい大きさ
であることを特徴とする請求項３に記載の半導体素子。 - 【請求項５】前記軸方向において、前記ドープされたゾ
ーンは少数荷電キャリアを注入している高くドープされ
たゾーンに接し、前記ゾーンと共に急速にスイッチング
するpn接合を形成していることを特徴とする請求項１に
記載の半導体素子。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH186189 | 1989-05-18 | ||
| CH1861/89-4 | 1989-05-18 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02310968A JPH02310968A (ja) | 1990-12-26 |
| JP3110436B2 true JP3110436B2 (ja) | 2000-11-20 |
Family
ID=4220325
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02118493A Expired - Fee Related JP3110436B2 (ja) | 1989-05-18 | 1990-05-08 | 半導体素子 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5151766A (ja) |
| EP (1) | EP0398120B1 (ja) |
| JP (1) | JP3110436B2 (ja) |
| DE (1) | DE59003052D1 (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5352910A (en) * | 1992-04-07 | 1994-10-04 | Tokyo Denki Seizo Kabushiki Kaisha | Semiconductor device with a buffer structure |
| JP3325752B2 (ja) * | 1995-12-11 | 2002-09-17 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
| US5981981A (en) * | 1993-10-13 | 1999-11-09 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor device including a bipolar structure |
| US5622899A (en) * | 1996-04-22 | 1997-04-22 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd. | Method of fabricating semiconductor chips separated by scribe lines used for endpoint detection |
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