JPH01162368A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPH01162368A JPH01162368A JP62322336A JP32233687A JPH01162368A JP H01162368 A JPH01162368 A JP H01162368A JP 62322336 A JP62322336 A JP 62322336A JP 32233687 A JP32233687 A JP 32233687A JP H01162368 A JPH01162368 A JP H01162368A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D62/00—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
- H10D62/10—Shapes, relative sizes or dispositions of the regions of the semiconductor bodies; Shapes of the semiconductor bodies
- H10D62/13—Semiconductor regions connected to electrodes carrying current to be rectified, amplified or switched, e.g. source or drain regions
- H10D62/141—Anode or cathode regions of thyristors; Collector or emitter regions of gated bipolar-mode devices, e.g. of IGBTs
- H10D62/142—Anode regions of thyristors or collector regions of gated bipolar-mode devices
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D62/00—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
- H10D62/50—Physical imperfections
- H10D62/53—Physical imperfections the imperfections being within the semiconductor body
Landscapes
- Bipolar Transistors (AREA)
- Thyristors (AREA)
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔技術分野〕
この発明は半導体装置に関する。
半導体装置として、静電誘導サイリスクや絶縁ゲート型
バイポーラトランジスタ(IGET)のように、アノー
ド領域とカソード領域の間に、アノード領域と逆導電型
の高比抵抗領域(不純物低密度領域)を備え、高比抵抗
領域を流れる電流がゲート電極に加える電圧に応じて制
御され、電子と正孔の両方の荷電担体がキャリアとなっ
ているという装置がある。例えば、静電誘導サイリスク
は、第5図にみるような構成である。
バイポーラトランジスタ(IGET)のように、アノー
ド領域とカソード領域の間に、アノード領域と逆導電型
の高比抵抗領域(不純物低密度領域)を備え、高比抵抗
領域を流れる電流がゲート電極に加える電圧に応じて制
御され、電子と正孔の両方の荷電担体がキャリアとなっ
ているという装置がある。例えば、静電誘導サイリスク
は、第5図にみるような構成である。
この静電誘導サイリスタ20は、アノード領域(不純物
高濃度P゛領域21、高比抵抗領域(不純物低濃度N−
領域)22、カソード領域(不純物高濃度N1領域)2
3、ゲート領域(不純物高濃度P+領域)24を備えて
いる。アノード領域21にはアノード電極21′が、カ
ソード領域23にはカソード電極23′が、ゲート領域
24にはゲート電極24′が、それぞれ設けられている
。この静電誘導サイリスタ20は、電流密度が大きく、
かつ、順方向電圧降下(オン抵抗)が小さく、しかも、
ターンオン時間が短いという特徴を有する。しかしなが
ら、遮断時は、アノード側から注入される正孔を瞬時に
して断てないため、ターンオフ時間が、例えば、MO3
FI’、T等に比べて長いという問題がある。
高濃度P゛領域21、高比抵抗領域(不純物低濃度N−
領域)22、カソード領域(不純物高濃度N1領域)2
3、ゲート領域(不純物高濃度P+領域)24を備えて
いる。アノード領域21にはアノード電極21′が、カ
ソード領域23にはカソード電極23′が、ゲート領域
24にはゲート電極24′が、それぞれ設けられている
。この静電誘導サイリスタ20は、電流密度が大きく、
かつ、順方向電圧降下(オン抵抗)が小さく、しかも、
ターンオン時間が短いという特徴を有する。しかしなが
ら、遮断時は、アノード側から注入される正孔を瞬時に
して断てないため、ターンオフ時間が、例えば、MO3
FI’、T等に比べて長いという問題がある。
それで、従来、図にみるように、ターンオフ時間を短く
するために、陽子線(プロトン)照射により格子欠陥領
域25を高比抵抗領域22内のアノード領域21近傍に
設けることがなされている(特開昭6(1−20737
6号公報参照)。つまり、第6図にみるように、格子欠
陥分布曲線のピークQがアノード領域21から高比抵抗
領域22に入って直ぐの位置にくるように格子欠陥が形
成されているのである。そうすると、遮断時には、格子
欠陥領域25がアノード側から注入されてくる正孔を直
ちに消滅させるので、ターンオフ時間が短くなる。とこ
ろが、高比抵抗領域22に格子欠陥領域25を設けると
、高温下では、高比抵抗領域22に寿命の長い荷電担体
が増えてターンオフ時間が長くなるという現象が起こる
。そのため、高温下で、例えば、高周波インバータのよ
うに、短時間でスイッチング動作大・繰り返す使い方を
すると、ターンオフ時間の間に流れる電流による損失が
多くなり、これに伴い発熱量も増加する。
するために、陽子線(プロトン)照射により格子欠陥領
域25を高比抵抗領域22内のアノード領域21近傍に
設けることがなされている(特開昭6(1−20737
6号公報参照)。つまり、第6図にみるように、格子欠
陥分布曲線のピークQがアノード領域21から高比抵抗
領域22に入って直ぐの位置にくるように格子欠陥が形
成されているのである。そうすると、遮断時には、格子
欠陥領域25がアノード側から注入されてくる正孔を直
ちに消滅させるので、ターンオフ時間が短くなる。とこ
ろが、高比抵抗領域22に格子欠陥領域25を設けると
、高温下では、高比抵抗領域22に寿命の長い荷電担体
が増えてターンオフ時間が長くなるという現象が起こる
。そのため、高温下で、例えば、高周波インバータのよ
うに、短時間でスイッチング動作大・繰り返す使い方を
すると、ターンオフ時間の間に流れる電流による損失が
多くなり、これに伴い発熱量も増加する。
発熱量の増加は、素子温度をいっそう高めてターンオフ
時間をさらに長くするという悪循環を起こす。ターンオ
フ時間が長くなると制御可能な周波数は当然低くなる。
時間をさらに長くするという悪循環を起こす。ターンオ
フ時間が長くなると制御可能な周波数は当然低くなる。
つまり、格子欠陥領域25を高比抵抗領域22に設けた
場合、ターンオフ時間を縮めることはできるけれども、
高温下では、それを維持することができないのである。
場合、ターンオフ時間を縮めることはできるけれども、
高温下では、それを維持することができないのである。
温度特性が十分でない半導体装置は信頼性も低い。
この発明は、上記の事情に鑑み、高温下でも、優れたタ
ーンオフ特性が維持され信頼性の高い半導体装置を提供
することを目的とする。
ーンオフ特性が維持され信頼性の高い半導体装置を提供
することを目的とする。
前記目的を達成するため、この発明は、半導体基板の一
側にアノード領域を備え、この基板他側にカソード領域
を備えており、前記アノード領域とカソード領域の間に
電流通路となる高圧抵抗領域を備えているとともに、前
記半導体基板内に荷電担体寿命を縮めさせる格子欠陥領
域を備えている半導体装置において、前記格子欠陥領域
が、前記アノード領域における高比抵抗領域寄りの位置
に形成されていることを特徴とする半導体装置を要旨と
する。
側にアノード領域を備え、この基板他側にカソード領域
を備えており、前記アノード領域とカソード領域の間に
電流通路となる高圧抵抗領域を備えているとともに、前
記半導体基板内に荷電担体寿命を縮めさせる格子欠陥領
域を備えている半導体装置において、前記格子欠陥領域
が、前記アノード領域における高比抵抗領域寄りの位置
に形成されていることを特徴とする半導体装置を要旨と
する。
以下、この発明にかかる半導体装置を、その−例である
静電誘導サイリスクを例にとって詳しく説明する。
静電誘導サイリスクを例にとって詳しく説明する。
第1図は、この発明の半導体装置の一側である静電誘導
サイリスクをあられす。静電誘導サイリスタ1は、半導
体基板1aの裏面(−例)に設けられたアノード領域(
不純物高濃度P″領域2と、この基i1aの表面(他側
)に設けられたカソード領域(不純物高濃度N゛領域4
およびゲート領域(不純物高濃度P″領域5とを備えて
いる。電流通路となる高比抵抗領域(不純物低濃度N−
領域)3はアノード領域2とカソード領域4の間に設け
られている。アノード領域2にはアノード電極2′が、
カソード領域4にはカソード電極4′が、ゲート領域5
にはゲート電極5′が、それぞれ設けられている。この
静電誘導サイリスタIは、ゲート電極5′に印加される
電圧を調節することにより、高比抵抗領域3を制御(い
わゆる電導変m)して、導通・遮断動作を行う。
サイリスクをあられす。静電誘導サイリスタ1は、半導
体基板1aの裏面(−例)に設けられたアノード領域(
不純物高濃度P″領域2と、この基i1aの表面(他側
)に設けられたカソード領域(不純物高濃度N゛領域4
およびゲート領域(不純物高濃度P″領域5とを備えて
いる。電流通路となる高比抵抗領域(不純物低濃度N−
領域)3はアノード領域2とカソード領域4の間に設け
られている。アノード領域2にはアノード電極2′が、
カソード領域4にはカソード電極4′が、ゲート領域5
にはゲート電極5′が、それぞれ設けられている。この
静電誘導サイリスタIは、ゲート電極5′に印加される
電圧を調節することにより、高比抵抗領域3を制御(い
わゆる電導変m)して、導通・遮断動作を行う。
この静電誘導サイリスタ1では、荷電担体寿命を縮めさ
せる格子欠陥領域6が、アノード領域2における高比抵
抗領域3寄りの位置に形成されている点に特徴がある。
せる格子欠陥領域6が、アノード領域2における高比抵
抗領域3寄りの位置に形成されている点に特徴がある。
遮断時には、この格子欠陥領域6が正孔を高比抵抗領域
3に到達する前に消してしまうため、ターンオフ時間が
短くなる。しかも、従来とは違って、高比抵抗領域3に
は格子欠陥領域が実質的にはないので、高温下でも、電
荷担体の寿命の延びが少なく、ターンオフ特性は良好に
保たれる。それに、格子欠陥領域6の形成は、領域の抵
抗値を上昇を伴うが、その影響の程度が、この発明では
軽減される。従来は、抵抗値がもともと高い高比抵抗領
域3の抵抗値が格子欠陥のためにさらに高くなるのに対
し、この発明では、アノード領域2は、不純物高密度領
域であって抵抗値が低いために抵抗増大が少ないからで
ある。抵抗増大の小さい方が損失が小さい。
3に到達する前に消してしまうため、ターンオフ時間が
短くなる。しかも、従来とは違って、高比抵抗領域3に
は格子欠陥領域が実質的にはないので、高温下でも、電
荷担体の寿命の延びが少なく、ターンオフ特性は良好に
保たれる。それに、格子欠陥領域6の形成は、領域の抵
抗値を上昇を伴うが、その影響の程度が、この発明では
軽減される。従来は、抵抗値がもともと高い高比抵抗領
域3の抵抗値が格子欠陥のためにさらに高くなるのに対
し、この発明では、アノード領域2は、不純物高密度領
域であって抵抗値が低いために抵抗増大が少ないからで
ある。抵抗増大の小さい方が損失が小さい。
この静電誘導サイリスタはっぎのようにして作られる。
アノード領域2、カソード領域4、および、ゲート領域
5の各不純物高濃度領域を、例えば、シリコン単結晶か
らなる高比抵抗(N−)半導体基板1aに不純物をイオ
ン注入し拡散処理することによって形成する。各領域2
.4.5形成後に、例えばアルミニウムからなる電極2
′、4′、5′を形成する。
5の各不純物高濃度領域を、例えば、シリコン単結晶か
らなる高比抵抗(N−)半導体基板1aに不純物をイオ
ン注入し拡散処理することによって形成する。各領域2
.4.5形成後に、例えばアルミニウムからなる電極2
′、4′、5′を形成する。
この後、サイクロトロン加速器を用い、プロトンを、半
導体基板1aの表面側から垂直に照射し、結晶欠陥を起
ごして格子陥領域6を形成する。
導体基板1aの表面側から垂直に照射し、結晶欠陥を起
ごして格子陥領域6を形成する。
プロトンの加速エネルギーは、第2図にみるように、格
子欠陥分布のピークQが、アノード領域2における高比
抵抗領域3寄りの位置にくるように選定される。プロト
ンのドーズ量は、格子欠陥による順方向電圧降下が実用
上差し支えない範囲にあるように選定される。半導体基
板1aとして、厚みが約300μmのシリコン単結晶基
板を用い、高圧抵抗領域3の厚みを200μmにし、ア
ノード領域の厚み2は100μmにして、格子欠陥分布
のピークQがアノード領域と高比抵抗領域の接合位置か
ら20〜30μm入ったところにくるようにプロトンを
照射して静電誘導サイリスクを作製した(実施例)。格
子欠陥分布のピークQは、半導体基板1aの表面からみ
ると220〜230μm程度の深さにある。なお、プロ
トン照射により、高比抵抗領域3等の他の領域にも格子
欠陥が少しは生ずるが、これらは、アノード領域2にお
ける格子欠陥密度に比べてごく小さい密度でしかなく、
実質的には影響ない。この発明は、このように、ピーク
Qの裾が高比抵抗領域3にかがっている場合も含むもの
である。比較のために、格子欠陥分布のピークQが、従
来のように高比抵抗領域2にくるようにしてプロトンを
照射した以外は、実施例と同じようにして、静電誘導サ
イリスクを作製した(比較例)。
子欠陥分布のピークQが、アノード領域2における高比
抵抗領域3寄りの位置にくるように選定される。プロト
ンのドーズ量は、格子欠陥による順方向電圧降下が実用
上差し支えない範囲にあるように選定される。半導体基
板1aとして、厚みが約300μmのシリコン単結晶基
板を用い、高圧抵抗領域3の厚みを200μmにし、ア
ノード領域の厚み2は100μmにして、格子欠陥分布
のピークQがアノード領域と高比抵抗領域の接合位置か
ら20〜30μm入ったところにくるようにプロトンを
照射して静電誘導サイリスクを作製した(実施例)。格
子欠陥分布のピークQは、半導体基板1aの表面からみ
ると220〜230μm程度の深さにある。なお、プロ
トン照射により、高比抵抗領域3等の他の領域にも格子
欠陥が少しは生ずるが、これらは、アノード領域2にお
ける格子欠陥密度に比べてごく小さい密度でしかなく、
実質的には影響ない。この発明は、このように、ピーク
Qの裾が高比抵抗領域3にかがっている場合も含むもの
である。比較のために、格子欠陥分布のピークQが、従
来のように高比抵抗領域2にくるようにしてプロトンを
照射した以外は、実施例と同じようにして、静電誘導サ
イリスクを作製した(比較例)。
実施例の静電誘導サイリスクを、1石式インパーク回路
のスイッチング素子として用い、繰り返し周波数50k
Hzでスイッチング動作させ、素子温度と損失の関係を
測定した。比較例の静電誘導サイリスクも同様の測定を
行った。結果を第3図にあられす。比較例の静電誘導サ
イリスクでは、温度上胛に伴う損失の増え方が非常に大
きい。150°Cでは、室温の3倍の損失になる。実施
例の静電誘導サイリスクでは、150℃でも、室温の2
倍の損失に留まる。また、室温での損失を比較してみて
も、実施例の静電誘導サイリスクの方が少ない。ターン
オフ時間も、各素子温度において測定したが、この発明
の実施例の静電誘導サイリスタの方が短いことが確認で
きた。
のスイッチング素子として用い、繰り返し周波数50k
Hzでスイッチング動作させ、素子温度と損失の関係を
測定した。比較例の静電誘導サイリスクも同様の測定を
行った。結果を第3図にあられす。比較例の静電誘導サ
イリスクでは、温度上胛に伴う損失の増え方が非常に大
きい。150°Cでは、室温の3倍の損失になる。実施
例の静電誘導サイリスクでは、150℃でも、室温の2
倍の損失に留まる。また、室温での損失を比較してみて
も、実施例の静電誘導サイリスクの方が少ない。ターン
オフ時間も、各素子温度において測定したが、この発明
の実施例の静電誘導サイリスタの方が短いことが確認で
きた。
この発明は上記実施例に限らない。半導体装置が、例え
ば、第4図にみるような絶縁ゲート型バイポーラトラン
ジスタであってもよい。第4図は、この発明の他の例で
ある絶縁ゲート型バイポーラトランジスタをあられす。
ば、第4図にみるような絶縁ゲート型バイポーラトラン
ジスタであってもよい。第4図は、この発明の他の例で
ある絶縁ゲート型バイポーラトランジスタをあられす。
トランジスター1は、半導体基板11aの裏面(−例)
に設けられたアノード領域(不純物高濃度P3領域)1
2と、この基板11aの表面(他側)に設けられたカソ
ード領域(不純物高濃度N4領域)14とを備えている
。電流通路となる高比抵抗領域(不純物低濃度N−領域
)13はアノード領域12とカソード領域14の間に設
けられている。アノード領域12にはアノード電極12
′が、カソード領域14にはカソード電極14′が、そ
れぞれ設けられている。一方、カソード領域14と高比
抵抗領域13の間には、逆導電型領域(不純物拡散P領
域)18が設けられている。
に設けられたアノード領域(不純物高濃度P3領域)1
2と、この基板11aの表面(他側)に設けられたカソ
ード領域(不純物高濃度N4領域)14とを備えている
。電流通路となる高比抵抗領域(不純物低濃度N−領域
)13はアノード領域12とカソード領域14の間に設
けられている。アノード領域12にはアノード電極12
′が、カソード領域14にはカソード電極14′が、そ
れぞれ設けられている。一方、カソード領域14と高比
抵抗領域13の間には、逆導電型領域(不純物拡散P領
域)18が設けられている。
この領域18の表面には、絶縁IW17を介してゲート
電極15′が設けられている。このトランジスター1で
は、ゲート電極15′に信号電圧を印加し、逆導電型領
域18の表面に作られるチャンネルを調整して高比抵抗
領域13を通って流れる電流を制御する。格子欠陥領域
16は、アノード領域12における高比抵抗領域13寄
りの位置に設けられていて、静電誘導サイリスタ1の格
子欠陥領域6と同じ作用をする。なお、トランジスタの
場合は、通常、カソード領域はソース領域と、アノード
領域はドレイン領域と称される。
電極15′が設けられている。このトランジスター1で
は、ゲート電極15′に信号電圧を印加し、逆導電型領
域18の表面に作られるチャンネルを調整して高比抵抗
領域13を通って流れる電流を制御する。格子欠陥領域
16は、アノード領域12における高比抵抗領域13寄
りの位置に設けられていて、静電誘導サイリスタ1の格
子欠陥領域6と同じ作用をする。なお、トランジスタの
場合は、通常、カソード領域はソース領域と、アノード
領域はドレイン領域と称される。
格子欠陥領域の形成のための陽子線(プロトン)照射は
、カソード領域側から行うようにするかわりに、アノー
ド領域側から行うようにしてもよい。格子欠陥は、陽子
線以外の放射線照射や粒子線照射、あるいは、重金属の
拡散により作るようにしてもよいが、陽子線は、局部的
に密度が高くなるように格子欠陥を簡単に形成するのに
適している。半導体装置の種類も、上記に例示した種類
に限らない。
、カソード領域側から行うようにするかわりに、アノー
ド領域側から行うようにしてもよい。格子欠陥は、陽子
線以外の放射線照射や粒子線照射、あるいは、重金属の
拡散により作るようにしてもよいが、陽子線は、局部的
に密度が高くなるように格子欠陥を簡単に形成するのに
適している。半導体装置の種類も、上記に例示した種類
に限らない。
この発明にかかる半導体装置は、格子欠陥分布域がアノ
ード領域における高比抵抗領域寄りの位置に設けられて
いる。そのため、損失が少なく、高温下でも、ターンオ
フ特性が良好に維持され、信頼性が高い。
ード領域における高比抵抗領域寄りの位置に設けられて
いる。そのため、損失が少なく、高温下でも、ターンオ
フ特性が良好に維持され、信頼性が高い。
第1図は、この発明の半導体装置の一側である静電誘導
サイリスクをあられす縦断面図、第2図は、このサイリ
スクにおける格子欠陥分布とアノ−ド領域およびカソー
ド領域の不純物拡散分布をあられすグラフ、第3図は、
上記サイリスクおよび従来のサイリスクの素子温度と損
失の関係をあられずグラフ、第4図は、この発明の他の
例である絶縁ゲート型バイポーラトランジスタをあられ
す縦断面図、第5図は、従来の静電誘導サイリスクをあ
られす縦断面図、第6図は、このサイリスクにおける格
子欠陥分布とアノード領域およびカソード領域の不純物
拡散分布をあられすグラフである。 1・・・静電誘導サイリスク(半導体装置) 2.1
2・・・アノード領域 3.13・・・高比抵抗領域4
.14・・・カソード領域 6.16・・・格子欠陥
領域 11・・・絶縁ゲート型バイポーラトランジス
タ(半導体装置) 代理人 弁理士 松 本 武 彦 =12 神域拓=I針−曙悄動論情穐 第5図 第6図 子糸東乍υ密須
サイリスクをあられす縦断面図、第2図は、このサイリ
スクにおける格子欠陥分布とアノ−ド領域およびカソー
ド領域の不純物拡散分布をあられすグラフ、第3図は、
上記サイリスクおよび従来のサイリスクの素子温度と損
失の関係をあられずグラフ、第4図は、この発明の他の
例である絶縁ゲート型バイポーラトランジスタをあられ
す縦断面図、第5図は、従来の静電誘導サイリスクをあ
られす縦断面図、第6図は、このサイリスクにおける格
子欠陥分布とアノード領域およびカソード領域の不純物
拡散分布をあられすグラフである。 1・・・静電誘導サイリスク(半導体装置) 2.1
2・・・アノード領域 3.13・・・高比抵抗領域4
.14・・・カソード領域 6.16・・・格子欠陥
領域 11・・・絶縁ゲート型バイポーラトランジス
タ(半導体装置) 代理人 弁理士 松 本 武 彦 =12 神域拓=I針−曙悄動論情穐 第5図 第6図 子糸東乍υ密須
Claims (2)
- (1)半導体基板の一側にアノード領域を備え、この基
板他側にカソード領域を備えており、前記アノード領域
とカソード領域の間に電流通路となる高比抵抗領域を備
えているとともに、前記半導体基板内に荷電担体寿命を
縮めさせる格子欠陥領域を備えている半導体装置におい
て、前記格子欠陥領域が、前記アノード領域における高
比抵抗領域寄りの位置に形成されていることを特徴とす
る半導体装置。 - (2)格子欠陥領域が、陽子線照射により形成されたも
のである特許請求の範囲第1項記載の半導体装置。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62322336A JP2617497B2 (ja) | 1987-12-18 | 1987-12-18 | 半導体装置 |
| GB8828659A GB2213988B (en) | 1987-12-18 | 1988-12-08 | Semiconductor device |
| AU26764/88A AU595735B2 (en) | 1987-12-18 | 1988-12-09 | Semiconductor device |
| FR8816560A FR2625043B1 (fr) | 1987-12-18 | 1988-12-15 | Dispositif semi-conducteur |
| DE3842468A DE3842468C3 (de) | 1987-12-18 | 1988-12-16 | Halbleiterbauelement |
| KR1019880016970A KR910009035B1 (ko) | 1987-12-18 | 1988-12-19 | 반도체 장치 |
| US07/584,485 US5075751A (en) | 1987-12-18 | 1990-09-17 | Semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62322336A JP2617497B2 (ja) | 1987-12-18 | 1987-12-18 | 半導体装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01162368A true JPH01162368A (ja) | 1989-06-26 |
| JP2617497B2 JP2617497B2 (ja) | 1997-06-04 |
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ID=18142507
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|---|---|---|---|
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2617497B2 (ja) | 1997-06-04 |
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