JPH0878702A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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Publication number
JPH0878702A
JPH0878702A JP20835394A JP20835394A JPH0878702A JP H0878702 A JPH0878702 A JP H0878702A JP 20835394 A JP20835394 A JP 20835394A JP 20835394 A JP20835394 A JP 20835394A JP H0878702 A JPH0878702 A JP H0878702A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
conductivity type
type semiconductor
concentration
reverse recovery
Prior art date
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Pending
Application number
JP20835394A
Other languages
English (en)
Inventor
Takashi Fujii
岳志 藤井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Priority to JP20835394A priority Critical patent/JPH0878702A/ja
Publication of JPH0878702A publication Critical patent/JPH0878702A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】アノードp+ 層のボロンイオンドーズ量を1×
1013cm-2以下とすることで、順電圧と逆回復特性の
トレードオフを改善する。 【構成】n- 層1の一方の側にアノードp+ 層2がイオ
ン注入とアニールにより形成され、アノードp+ 層2上
にアノード電極4が金属膜で形成され、n-層1の他方
の側にはカソードn+ 層5を介してカソード電極が設け
られ、アノードp+ 層2のボロンボロンイオンドーズ量
を1×1013cm-2以下とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は逆回復特性を改善した
プレーナ型ダイオードなどの半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】ゲートターンオフサイリスタ(GT
O)、MOSFET、絶縁ゲートトランジスタ(IGB
T)などの電力用スイッチング素子は近年進歩が著し
く、高速スイッチング動作が可能で、低飽和電圧の素子
が得られるようになった。しかし、これらの素子と組み
合わせて使用するフリーホイーリングダイオードの特性
が必ずしも十分満足出来るものではない。
【0003】図8に従来のプレーナ型ダイオードの要部
断面図と不純物プロフィールを示す。n- 層1の一方の
側にアノードp+ 層2と耐圧構造であるガードリング用
p+層3がイオン注入とアニール(熱処理)により形成
される。アノードp+ 層2上にアノード電極4が金属膜
で形成されている。n- 層1の他方の側にはカソードn
+ 層5を介してカソード電極6が設けられている。ま
た、不純物プロフィールからアノードp+ 層2の表面濃
度は1020cm-3である。
【0004】このダイオードの動作を内部のキャリアの
挙動も含めて説明する。アノード電極4に負電位、カソ
ード電極6に正電位を印加した場合は、アノードp+ 層
2とn- 層1とからなるpn接合が逆バイアスされるた
め、逆阻止状態となり電流は流れない。逆にアノード電
極4に正電位、カソード電極6に負電位を印加した場合
は、pn接合が順バイアスされ、アノードp+ 層2から
n- 層1に正孔が注入され、一方、n- 層1からアノー
ドp+ 層2に電子が注入されダイオードに電流が流れ
る。この注入された正孔、電子は注入された側で少数キ
ャリアとなる。ダイオードを順方向に電流を流している
状態で外部から逆電圧を印加し急峻な電流を逆方向に流
して阻止状態に移行する過程の逆回復状態では、順方向
時に注入され、n- 層1、アノードp+ 層2に蓄積して
いる少数キャリアが短時間に外部に掃き出され逆方向電
流として流れる。この逆方向電流が逆回復電流と呼ばれ
るものである。また、少数キャリアが外部に掃き出され
減少するとpn接合が逆バイアスされ空乏層が広がり始
めダイオードは逆阻止状態になる。この逆阻止状態に移
行する間の逆回復過程では逆回復電流と逆電圧の積によ
る逆回復損失が発生し素子を破壊させることがある。素
子の逆回復耐量(以下耐量と略す)はこの逆回復損失に
耐える値で、耐量が高い素子は大きな逆回復損失に耐え
ることを意味する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ダイオードの逆回復電
流や逆回復損失などの逆回復特性は、順電圧とトレード
オフ(相反)の関係にあり、順電圧の高い素子ほど逆回
復特性はよく、低い素子ほど悪い。順方向電流通電時の
順電圧が低く、逆回復動作時の逆回復電流や逆回復損失
が小さく、かつ、耐量が高い素子が望ましい。
【0006】逆回復特性は逆回復電流や逆回復損失のほ
かに逆回復電流回復時間、逆回復電流減衰率、逆回復耐
量(耐量)等を含む。従来、逆回復電流や逆回復損失を
低減する(改善する)ために多量のライフタイムキラー
を素子に導入する方法があるが、この方法では順電圧が
高くなり、また、逆回復電流減衰率が大きくなる所謂ハ
ードリカバリーになるため耐量が低下するという欠点が
ある。
【0007】この発明は上記欠点を除去し、少ないライ
フタイムキラーでも高耐圧、低順電圧、低逆回復損失お
よび高耐量を有するダイオードを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、第1導電形半導体層の一主面側に高濃度第2導電形
半導体領域がイオン注入法で選択的に形成され、該高濃
度第2導電形半導体領域の表面にアノード電極が形成さ
れ、第1導電形半導体層の他主面側に高濃度第1導電形
半導体層が形成され、該高濃度第1導電形半導体層の表
面にカソード電極が形成されているものにおいて、該高
濃度第2導電形半導体領域形成時の不純物ドーズ量を1
×1013cm-2以下にすることである。また、高濃度第
2導電形半導体領域と高濃度第1導電形半導体層に挟ま
れた第1導電形半導体領域の厚さを250μm以下、比
抵抗を150ないし250Ω・cmにすることが効果的
である。また、高濃度第2導電形半導体領域をイオン注
入と熱処理で形成することが有効である。さらに、第1
導電形半導体層がエピタキシャル成長層からなることが
望ましい。また、高濃度第1導電形半導体層が拡散層か
らなることがよい。
【0009】
【作用】アノードp+ 層(p+ 層)の不純物濃度を変化
させると、同じ順方向の電圧を印加した場合、不純物濃
度の高い素子の方がより多くの正孔がn- 層に注入され
蓄積する。その蓄積した正孔を減少させるために不純物
濃度の高い素子は低い素子に比べ、より多くのライフタ
イムキラーを必要とする。また、n- 層内部での注入さ
れた正孔の深さ方向の密度分布は同じ順電圧の素子でみ
ると、p+ 層濃度の高い素子はpn接合付近で正孔の密
度が高く、pn接合から離れるとライフタイムキラーの
効果により急激に減少する。これに対して、p+ 層濃度
の低い素子はpn接合付近で正孔の密度が高いが、p+
層濃度の高い素子と比べると低く、そのため、同じ電流
量を維持するための正孔の密度はpn接合から離れても
p+層濃度の高い素子ほどには急激な減少をみせない。
このn- 層内での正孔の密度分布の差が逆回復特性に影
響を与える。
【0010】逆回復時に正孔がn- 層から掃き出される
際に、pn接合付近の高い密度の正孔は逆回復電流のピ
ーク値に影響し、p+ 層濃度の高い素子の方がピーク値
は大きくなる。また、深さ方向の正孔の密度分布から、
p+ 層濃度の低い素子の方がピーク値が減少する割合に
くらべ、正孔が掃きだされる時間の減少する割合の方が
小さいため、逆回復電流減少率は小さくなり、ソフトリ
カバリーとなる。またn- 層の厚さが薄い素子ほど正孔
の掃き出しが良くなり、逆回復特性が改善される。
【0011】以上のことから、p+ 層の不純物濃度が低
い素子の方が少ないライフタイムキラーでも逆回復特性
が良好である。そのため、p+ 層を形成する際のボロン
イオン注入量を低く抑える。また、耐圧を確保しなが
ら、n- 層の厚さを薄くすることが重要である。
【0012】
【実施例】図1はこの発明の一実施例の要部断面図と不
純物プロフィールを示す。断面構造は図8と同じため各
部の説明は省略する。一方、不純物プロフィールについ
ては、図8と比べるとアノードp+ 層2の表面濃度は低
いことが特徴的である。n - 基板として、FZ(Flo
at Zone)/MCZ(Magnetic Czc
hralski)ウエハ又はカソードn+ 層5上にn-
層をエピタキシャル成長させたウエハを用いる。FZ/
MCZウエハの場合はカソードn+ 層5をリンのイオン
注入(1×1015cm-2)とアニールにより形成し、そ
の深さは5μm程度である。また、アノードp+ 層2の
イオン注入後のアニール条件は1150°C、5時間で
その深さは5μm程度である。また、ライフタイムキラ
ーを導入するため、電子線照射を8〜10Mrad行
い、300°C程度で1時間程度のアニール(熱処理)
をする。
【0013】試作した素子の実験結果について説明す
る。図3、図4にp+ 層2形成時のボロンイオン注入ド
ーズ量(以下ドーズ量と略す)を変えた場合の逆回復特
性と順電圧の関係を示す。両図から逆回復電流のピーク
値、逆回復損失共に、ドーズ量が少ない方が特性は良
い。また、図2に逆回復過程での電流、電圧波形を示
す。同図(a)はドーズ量が1×1015cm-2、表面濃
度は1019cm-2程度、同図(b)はドーズ量が1×1
013cm-2、表面濃度は1017cm-2程度である。ドー
ズ量が少ない素子の方が逆回復電流減少率が小さく逆電
圧の跳ね上がりも小さいソフトリカバリー波形となって
いる。しかし、ドーズ量が少なすぎると金属電極とのコ
ンタクト性(オーミック性)が悪化したり、次に述べる
ように耐圧が低下する。図5に2500V以上の高耐圧
素子の耐圧とドーズ量の関係を示す。5×1012cm-2
まではドーズ量を減らすと耐圧は上昇するが、それ以下
になると急激に低下する。耐圧を確保するためには5×
1012cm-2以上のドーズ量が必要である。しかし、ガ
ードリングp+ 層3の設計をさらに最適化すればドーズ
量をさらに低下させても耐圧の低下を防ぐことが期待で
きる。尚、n- 層1の比抵抗が150〜250Ω・cm
でn- 層1の厚みが200〜250μmの範囲でほぼ同
様の結果を得た。図6、図7はn- 層の厚みをパラメー
タとした逆回復特性と順電圧の関係を示す。ここではド
ーズ量が1×1013cm-2、n- 層の厚みが250μ
m、300μmの場合である。n- 層の厚みが薄い方が
逆回復特性がよい。
【0014】n- 層の厚みは素子耐圧と密接な関係があ
り、シリコンの比抵抗と兼ね合わせて決める必要があ
る。また、n- 層を含むシリコンの厚さが約200μm
以下と薄くなると割れやすくなるため、ハンドリングを
考慮に入れてシリコン厚みを決める必要がある。250
0V以上の高耐圧素子では、耐圧を得るために、n- 層
の厚みが200〜250μm、比抵抗が150〜250
Ω・cm必要であり、特に、3000Vクラスの素子で
は製造の容易さと特性面からn- 層の厚みが220〜2
50μm、比抵抗が180〜210Ω・cmが最適であ
る。
【0015】
【発明の効果】この発明によれば、2500V以上の高
耐圧素子で、n- 層の厚みを200〜250μm、比抵
抗を150〜250Ω・cmでアノードp+ 層2を形成
するためのボロンイオン注入ドーズ量を1×1013cm
-2以下にすることで低順電圧を維持し、逆回復電流およ
び逆回復損失などの逆回復特性を大幅に改善できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】一実施例の素子要部断面図と不純物プロフィー
ル図
【図2】逆回復波形線図で同図(a)はボロンイオンド
ーズ量が1×1015cm-2の場合の電圧電流波形線図、
同図(b)はボロンイオンドーズ量が1×1013cm-2
の場合の電圧電流波形線図
【図3】逆回復電流のピーク値と順電圧の関係図
【図4】逆回復損失と順電圧の関係図
【図5】ボロンイオンドーズ量と素子耐圧の関係図
【図6】逆回復電流のピーク値と順電圧の関係図
【図7】逆回復損失と順電圧の関係図
【図8】従来ダイオードの要部断面図と不純物プロフィ
ール図
【符号の説明】
1 n- 層 2 アノードp+ 層 3 ガードリングp+ 層 4 アノード電極 5 カソードn+ 層 6 カソード電極

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1導電形半導体層の一主面側に高濃度第
    2導電形半導体領域が選択的に形成され、該高濃度第2
    導電形半導体領域の表面にアノード電極が形成され、第
    1導電形半導体層の他主面側に高濃度第1導電形半導体
    層が形成され、該高濃度第1導電形半導体層の表面にカ
    ソード電極が形成されているものにおいて、該高濃度第
    2導電形半導体領域形成時の不純物ドーズ量が1×10
    13cm -2以下であることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】高濃度第2導電形半導体領域と高濃度第1
    導電形半導体層に挟まれた第1導電形半導体領域の厚さ
    が250μm以下、比抵抗が150ないし250Ω・c
    mであることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】高濃度第2導電形半導体領域がイオン注入
    と熱処理で形成されることを特徴とする請求項1記載の
    半導体装置。
  4. 【請求項4】第1導電形半導体層がエピタキシャル成長
    層からなることを特徴とする請求項1記載の半導体装
    置。
  5. 【請求項5】高濃度第1導電形半導体層が拡散層からな
    ることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
JP20835394A 1994-09-01 1994-09-01 半導体装置 Pending JPH0878702A (ja)

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JP20835394A JPH0878702A (ja) 1994-09-01 1994-09-01 半導体装置

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JP20835394A JPH0878702A (ja) 1994-09-01 1994-09-01 半導体装置

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ID=16554886

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JP20835394A Pending JPH0878702A (ja) 1994-09-01 1994-09-01 半導体装置

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JP (1) JPH0878702A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS54122173A (en) * 1978-03-15 1979-09-21 Kubota Ltd Proceeding speed detector for moving agricutural machine
JP2001177114A (ja) * 1999-12-17 2001-06-29 Fuji Electric Co Ltd 半導体装置
JP2016197753A (ja) * 2010-10-21 2016-11-24 ヴィシェイ ジェネラル セミコンダクター,エルエルシーVishay General Semiconductor,Llc 改良されたショットキー整流器

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