JPH02111077A - 半導体整流素子 - Google Patents

半導体整流素子

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JPH02111077A JP63262930A JP26293088A JPH02111077A JP H02111077 A JPH02111077 A JP H02111077A JP 63262930 A JP63262930 A JP 63262930A JP 26293088 A JP26293088 A JP 26293088A JP H02111077 A JPH02111077 A JP H02111077A
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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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は半導体整流素子に係り、特に第１の導電型半導
体領域と第２の導電型半導体領域とを接合させることに
よって構成された半導体整流素子に関する。
［従来の技術］ ＰＮ接合ダイオードにおいて、スッチング速度の向上は
、強く要望されている。ところが、単結晶を用いたＰＮ
接合ダイオードでは、バルク中でのキャリアライフタイ
ムが長いため、ＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り換えたと
き、残留している過剰少数キャリアによる遅延時間が長
くスイッチング速度に限界があった。
これを解決するために、従来はＰＮダイオードに重金属
１例えばを金を再結合中心として導入したり、多結晶上
にＰＮ接合ダイオードを形成し粒界欠陥を再結合中心と
して利用することで、少数キャリアのライフタイムを短
かくし、遅延時間の短縮を図っていた。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記従来例において、金を再結合中心と
して導入する場合では、金原子に電界集中が生じるとい
う問題点があり、粒界欠陥を再結中心として利用する場
合では、高濃度層付近の粒界には不純物が偏析している
ため、接合面を横切る結晶粒界に電界集中が生じる問題
点があった。
その結果、電界降伏がおこり、暗電流成分の増加がおき
ることとなる。
第９図は、ＰＮ接合ダイオードの電流−電圧特性を示す
特性図である。
同図において、破線は電界降伏による暗電流成分の増加
を示すものである。
［課題を解決するだめの手段］ 本発明の半導体整流素子は、第１の導電型半導体領域と
第２の導電型半導体領域とを接合させることによって構
成された半導体整流素子において、 前記第１の導電型半導体領域と前記第２の導電型半導体
領域との接合面と交わらず、且つ該接合面の近傍に結晶
粒界を設けたことを特徴とする。
［作用］ 本発明の半導体整流素子は、結晶粒界を接合面と交わら
ないように、且つ電極との間に配置し粒界欠陥を有効に
再結合中心として導入することで、高速動作可能で良好
な電流−電圧特性を持つ半導体整流素子を作製回走とす
るものである。
［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。
まず、本発明の実施例の半導体整流素子に用いる結晶粒
界を有する結晶基板を作成する製造工程について説明す
る。
以下の製造工程は、欧州特許出願公開 第０２４４，０８１号に開示した結晶成長方法を用いた
ものである。
：ｉＳＪ図（ａ）〜（ｅ）は、本発明の実施例の半導体
整流素子に用いる結晶基板を作成する製造工程を示す縦
断面図である。
第５図は、５ｉ０２膜上に設けたＳｉ３Ｎ４膜を示す斜
視図であり、第４図（ａ）に示す製造工程に対応するも
のである。
まず、第４図（ａ）および第５図に示すように、（，１
００）のシリコンウェハー上に熱酸化法を用いて２００
０人の非核形成面たる５ｉ０２膜ｌを形成する。　コ（
７）Ｓ　ｉ　０２　Ｉｌｌ！　１　上ニｓ　ｉ　３　Ｎ
４膜を３００人堆植させ、さらに２７１ｍ口の大きさで
、間隔ｂ（ここでは、ｂ＝１００ＪＬｍ）で配置される
ように公知の微細加工技術を用いて前記Ｓｉ３Ｎ４膜を
パターンニングする。形成された核形成面たるＳｉ３Ｎ
４膜８を以下サイトと呼ぶ。
次ニ、第４１ｉ１１ｊ（ｂ）ニ示すヨウニ、５ｊＨ２Ｃ
ｕ２　／ＨＣ文／Ｈ２／ＰＨ３系の気相成長法を施すと
、５ｉ０２に比べＳｉ３Ｎ４が核形成密度が大きいため
、サイト８のみにＳｔの結晶核を形成することができ、
サイト８を十分小さくすれば、サイト８のみに一つだけ
Ｓｔの結晶核９を形成することができる。
次に、第４図（Ｃ）に示すように、引き続き結晶を成長
させると、サイト８上の一つの結晶核９のみが成長を続
けてＳｉ単結晶粒１０が形成され、さらにこのＳｉ単結
晶粒１０を成長させることができる。
次に、第４ｍ（ｄ）に示すように、隣りのサイト８から
成長して来たＳｉ単結晶粒１０どうじがサイト８間の中
央でぶつかり結晶粒界１１を形成する。なお、この結晶
粒界１１は図示したように基板に対して垂直方向に形成
される。
次に、ｉ４図（ｅ）に示すように、５ｉＱｉ結晶粒１０
がぶつかって結晶粒界１１が形成された基板を厚さが２
ｇｍになるまで研府し単結晶層２を形成する。この結果
、結晶粒界の位置が１００用ｍ間隔の格子状に制御され
た。リン（Ｐ）濃度、Ｉ　Ｘ　１０　”Ｇ　ａｔｏｍ　
／　ｃｍ３のｎ型シリコン結晶基板を得た。
なお、結晶粒界の位置が制御された結晶基板は、本発明
において、は重要な構成部材であり、前述した欧州特許
出願公開節０２４４，０８１号に開示した結晶成長方法
を用いて、かかる結晶基板を形成することができるが、
この結晶成長方法に限定されるものではない。
以上説明した製造工程で作成されたｎ型シリコン結晶基
板を用いて、本発明の半導体整流素子を次のようにして
作製することかでＳる。
（実施例１） 第１図は、本発明の実施例１の半導体整流素子の構成を
説明するための部分断面図である。
第２図は、上記半導体整流素子の部分平面図である。
第３図は、上記半導体整流素子の結晶粒界の配置を説明
するための部分断面図である。
まず、第１図に示すように、前記ｎ型シリコン結晶基板
に対し５ｉ０２膜を５０００人つける。
単結品層２の中の一単結晶粒の中のみに不純物高濃度領
域ができるように一単結晶粒の中央を中心として、９３
ｇ、ｍ角で５ｉ０２膜を除去する。これをマスクとして
ＢＮ拡散を１０００℃、２時間で行い、拡散層を下地ま
で到達させて高濃度のｐ型半導体領域３を形成する。第
３図において、１３はＢＮ拡散のマスク用酸化膜を示し
、Ｃは結晶粒界５から５ｉ０２膜の端部までの距１ｌｌ
（ここでは約３．５１膜ｍ）、ｄはＢＮ拡故による横方
向の拡散の距離（深さの７０膜程度で、ここでは約１．
４μｍ）を示す、ｐ型半導体領域３およびｎ型半導体領
域２ａの研磨を行った主表面と結晶粒界５とは直角に形
成されており、接合面６とほぼ平行に形成されている。
このｐ中型半導体領域３が形成されている単結晶粒に隣
接するｎ型単結晶粒（ｎ型半導体領域２ａ）にコンタク
トを取るためのｎ士卒導体領域４を形成するため、熱酸
化膜を４０００人つけたあと、選択的にＳ＋０２膜を除
去し、Ａ−ＣＶＤでＰＳＧＩ！５！４０００人を堆積さ
せ９００℃。
３０分の熱処理を施し、不純物（Ｐ）を拡散させた。そ
して、第２図に示すように、コンタクトホールをあけ、
アルミ（Ａ文）を蒸着し電極とした。保護膜として、Ｓ
　ｉ　０２膜を１０００人堆積させた。
ここで１重要なことは第３図に示すように、結晶粒界５
が空乏端１２から拡散長Ｌｐ（Ｌｐは正孔の拡散長）ま
での領域にあるということである。本実施例においては
、拡散長Ｌｐは〜５鉢ｍ程度であり、接合面６はＢＮ拡
散による横方向の拡散層ｆａｄも考慮にいれると結晶粒
界５から約２ｐｍのところに位置している。また空乏層
幅は、２０　ｖｏｌｔで約ｌＪＬｍであるため、第３図
に示すように、空乏端１２から拡散長ＬＰ内に結晶粒界
５が位置している。
本実施例においては、空乏端１２から拡散長Ｌｐまでの
領域に過剰少数キャリアが多く存在しており、この領域
内にある再結合中心が最も有効に働くことから、この領
域中にある欠陥の数がスイッチングの高速化が可能であ
る。すなわち、本発明は、結晶粒界を接合面と交わらな
いように、且つ電極との間に配置し粒界欠陥を有効に再
結合中心として導入することで、高速動作可能で良好な
電流−電圧特性を持つ半導体整流素子を可能にしたので
ある。
粒界欠陥は欠陥準位が金の０．２ｅＶよりも中央にある
と考えられ、金よりも有効な再結合中心として働く。そ
してその密度は約１０１２〜１０１３／　ｃｍ２である
ため、金を再結合中心に用いたときの１０１７７　ｃｍ
３以上に対応する。この結果逆方向電流密度は〜１Ｏ−
８ＡとＣｚ法によって得られた単結晶基板に作成したも
のと遜色ない。
本実施例の半導体整流素子は、低暗電流の良好なＩ−Ｖ
特性を示し、なおかつ第８図に示す回路を用いて、 ＶＲ／Ｒ となるよう外部回路を設定し、逆方向回復時間を測定し
たところ、〜５ｎｓｅｃという高速スイ。
チング特性を示した。
（実施例２） 本実施例は、前述した実施例１を二次元に配置したもの
である。
第６図は、本発明の実施例２の半導体整流素子の構成を
示す部分平面図である。
第７図は、上記半導体整流素子の配線状態を示す部分平
面図である。
第６図に示すように、本実施例は千鳥模様、すなわち、
Ｐ型半導体領域とＮ型半導体領域とがタリ９行とで交互
に配置されている。なお、第６図はｌ０ＸＩＯのマトリ
クスに配置したものの一部を示すものである。
本実施例の半導体整流素子についても、実施例１と同様
に欧州特許出願公開第０２４４゜０８１号に開示した結
晶成長方法を用いて作成することができ、ガス系はＳｉ
Ｃ交２Ｈ２／Ｈ２／ＨＣ文系で、結晶粒径が５０７１ｍ
となるように成長させたのち、単結晶層の厚さが２ｇｍ
となるまで研磨した。
以下、実施例１と同様な条件で、Ｐ中層、Ｎ＋層を設け
たのち、コンタクトホールおよびＡｎ配線を形成し、さ
らに保護膜としてスパッタ法によって５ｉ０２を１００
００人堆積させた。
なお、実施例１においては、デバイスが占有する面積に
比して充分な接合面積を得ることができないため、比較
的大きな電流を必要とする場合には充分対応ができない
が１本実施例においては。
千鳥模様に配列することにより、同じ面積で２倍以上の
電流値を得ることができる。従って、このような配置を
とることで、少ないスペースに大きい接合面積を持つ半
導体整流素子も作製可能となる。
本実施例において得られた半導体整流素子は、第９図の
実線に示すように良好なＩ−Ｖ特性が得られ、且つスイ
ッチング速度は、第８図に示す回路を用いて、 ＶＲ／Ｒ となるよう外部回路を設定し、逆方向回復時間を測定し
たところ、〜５ｎｓｅｃという高速スイッチング特性を
示した。
［発明の効果］ 以上詳細に説明したように、本発明による半導体整流素
子によれば、Ｉ−Ｖ特性が良好で且つ逆方向回復時間が
、ｎ５ｅｃオーダーの高速動作が可能な半導体整流素子
の実現が可能となった。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の実施例１の半導体整流素子の構成を
説明するための部分断面図である。 第２図は、上記半導体整流素子の部分平面図である。 第３図は、上記半導体整流素子の結晶粒界の配置を説明
するための部分断面図である。 第４図（ａ）〜（ｅ）は、本発明の実施例の半導体整流
素子に用いる結晶基板を作成する製造工程を示す縦断面
図である。 第５図は、５ｉ０２膜上に設けた５ｉ３Ｎ４Ｉ！２を示
す斜視図である。 第６図は、本発明の実施例２の半導体整流素子の構成を
示す部分平面図である。 第７図は、本発明の実施例２の半導体整流素子の配線状
態を示す部分平面図である。 第８図は、本発明の実施例の半導体整流素子の逆方向回
復時間を測定した回路を示す回路図である。 第９図は、ＰＮ接合ダイオードの電流−電圧特性を示す
特性図である。 １：５ｉ０２膜、２：単結晶層、３：ｐ型半導体領域、
４：ｎ手早導体領域、５：結晶粒界、６：接合面、１２
：空乏端、１３：ＢＮ拡散のマスク用酸化膜。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）第１の導電型半導体領域と第２の導電型半導体領
    域とを接合させることによって構成された半導体整流素
    子において、 前記第１の導電型半導体領域と前記第２の導電型半導体
    領域との接合面と交わらず、且つ該接合面の近傍に結晶
    粒界を設けたことを特徴とする半導体整流素子。
  2. （２）前記第１の導電型半導体領域および前記第２の導
    電型半導体領域の少なくとも一方の主表面と前記結晶粒
    界とを直角に形成した請求項１記載の半導体整流素子。
  3. （３）前記結晶粒界を格子状に設け、前記第１の導電型
    半導体領域と第２の導電型半導体領域とを千鳥模様に配
    置した請求項１記載の半導体整流素子。
  4. （４）核形成密度の小さい非核形成面と、単一核のみよ
    り結晶成長するに充分小さい面積を有し、前記非核形成
    面の核形成密度より大きい核形成密度を有する複数の一
    定距離を隔てて配置された核形成面とが隣接して配され
    た自由表面を有する基体に、結晶形成処理を施して、前
    記複数の一定距離を隔てて配置された核形成面のそれぞ
    れの単一核より単結晶を成長させて結晶粒界を形成した
    請求項２記載の半導体整流素子。
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