WO1999009600A1

WO1999009600A1 - Semiconductor device and method for manufacturing the same

Info

Publication number: WO1999009600A1
Application number: PCT/JP1997/002835
Authority: WO
Inventors: Hideki Takahashi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1997-08-14
Filing date: 1997-08-14
Publication date: 1999-02-25
Anticipated expiration: 2000-02-14
Also published as: EP1014453B1; JP3435166B2; US20030062584A1; KR20010022718A; EP1014453A4; EP1014453A1; US6603189B2; KR100418007B1

Description

明細書半導体装置及びその製造方法

技術分野

この発明は半導体装置及びその製造方法に関するものであり、特にダイォードのリカバリ一特性の改善のために好適な技術に関する。

背景技術

図 1 7は、ダイオードの基本構造を示す断面図である。同断面図 1 7において， N +層 1 P及び N—層 2 Pからなる N基板 4 Pの表面上には、 P型の不純物を拡散することにより、アノード領域 3 Pが形成されている。アノード領域 3 Pの表面上にアノード電極 5 Pが、 N基板 4 Pの裏面には力ソード電極 6 Pが、それぞれ形成されている。以下に、ダイオードの動作について説明する。

図 1 7の構造において、ァノード電極 5 Pとカソ一ド電極 6 P間に所定のァノ —ド電圧 V A K (順バイアス）を印加し、アノード電圧があるしきい値（〜0 . 6 V ) を超えると、アノード電極 5 Pからホールが N—層 2 Pに注入され、ダイオードが導通する。また、力ソード電極 6 Pとアノード電極 5 P間に所定のァノ —ド電圧 V K A (逆バイアス）を印加すると、当該逆バイアス V K Aがアノード領域 3 Pと N—層 2 Pからなる P N接合の降伏電圧に達するまでは、ダイォ一ド内には電流は流れない。上記の様子を図 1 8に示す。尚、図 1 8は、図 1 9と共に、本発明の実施の形態の説明中においても援用される。

次に、ダイォードに印加するアノード電圧を順バイアスから逆バイアスに切り替えた時の特性は逆回復特性（リカバリー特性）と呼ばれ、逆回復特性は図 1 9 に示す様な電流の時間経過（過渡応答）を示すことが知られている。同図 1 9中、記号 I r rは逆方向に流れる電流（リカバリー電流） I rのピーク値を示し、又、記号 T r rは逆方向に流れた電流 I rが消失するまでに要する時間であり、記号 I f は順バイアス時の電流値である。

逆回復特性では、リカバリー電流のピーク電流 I r rの大きさが小さく、しかも、逆方向に流れる電流 I rがゆるやかに消失するものが望まれている。即ち、図 1 9に示すように時間 T 1， T 2を定め、 T 1 > T 2のときにはリカバリ一特性がハードであり、 T 1く T 2のときにはリカバリ一特性がソフ卜であると定義する。そして、ダイオードを I G B T等の主スイッチング素子とペアで用いるときには、もしリカバリ一特性がハードな場合には、サージ電圧の発生やスィッチングロスによる発熱が生じるため、これらを回避すべく、低損失でソフトリカバリーな特性（電流 I rの時間変化 d I r / d tの減少化）が求められる。以下、リカバリ一電流 I rのピーク値 I r rを「リカバリーピーク電流」と呼ぶ。

この逆方向に流れる電流 I rの過渡応答に関しては、最近の調査 ·研究により、次のような点が判明している。即ち、 ①リカバリーピーク電流 I r rはアノード電極近辺の半導体領域のキヤリァ密度に依存しており、上記キヤリァ密度の減少に応じてリカバリーピーク電流 I r rも減少する。加えて、 ②上記消失時間 T r rは、カソード電極近辺の半導体領域のキヤリァ密度に依存することが知られており、カソード領域のキヤリァ密度の増大に応じて消失時間 T r rも長くなる。そこで、かかる調査結果を踏まえて、逆回復特性改善のための構造が、従来、数多く提案されている。

( I ) その第一は、例えば、特開平 8— 4 6 2 2 1号公報に開示されているし、後述する三菱電機技報や平成 7年電気学会産業応用部門全国大会（Νο.136, Ρ7 9) においても従来技術として指摘されている技術である。それは、白金に代表される重金属をライフタイムキラーとしてァノ一ド電極側からド一プ ·拡散させるものであり、これにより P N接合部付近の N型層のライフタイムは短くコントロ —ルされる。特に、この技術を用いれば、力ソード電極側の N型層内のキャリアのライフタイムがアノード側の P N接合部近辺のライフタイムよりも長くなるように白金の拡散をコントロールすることができるので、カソ一ド側のキヤリァ密度を増大させることができ、以て上述した消失時間 T r rを長くすることができる。

しかし、この第 1従来技術を以てしても、均一性，再現性をも含めて、ァノード側の N型層内のキヤリアのライフタイムをより一層短くコントロールすることが容易でないという点が、問題点として残る。

( Π ) 第 2の従来技術は、特開昭 5 9— 4 9 7 1 4号公報に開示されているものであり、その従来技術を適用したときのダイォードの縦断面構造を図 2 0に示す。同図 2 0中、図 1 7と同一記号のものは同一のものを示す。この第 2従来技術は、表面に形成されるアノード領域 3 Pを部分的に形成することでアノード領域 3 Pからのホールの注入を抑制し、以てアノード電極 5 Pの近辺領域のキヤリァ密度を下げてリカバリ一ピーク電流 I r rを小さくしょうとするものである。しかし、この構造では、部分的に形成したアノード領域 3 Pとその間隔 Wとでアノード近辺のキャリア密度をコントロールするのであるが、アノード領域 3 P の間隔 Wを広げ過ぎると降伏電圧が低下するため、かかる点がネックとなってァノード近辺のキヤリァ密度を十分コントロールすることができないという問題点が新たに顕出する。

( ΠΙ ) また、第 3の従来技術を用いたダイオード構造としては、三菱電機技報 V o l . 6 7 . N o . 9 . 1 9 9 3， P P 9 4— 9 7に開示されたものがある。これは、構造的には図 1 7に示したものと基本的に同じではあるが、表面に形成されるアノード領域の構造を変えることで逆回復特性を改善しょうとするものである。即ち、同技報の技術では、図 1 7に示したアノード領域 3 Pの厚みを薄くし、またアノード領域の表面濃度を下げることで、アノード領域 3 Pからのホールの注入を抑制し、以てアノード近辺のキヤリァ密度を下げてリカバリーピーク電流 I r rを小さくしょうとしている。これにより、リカバリーピーク電流 I r rは約 4 0 %低減され、かつリカバリー時の傾き d I r Z d tも約 1 Z 2に減少するという結果が報告されている。

しかし、この構造でも、降伏電圧を確保するためにはアノード領域 3 Pの厚みと濃度とをある程度の値に設定することが必要となり、アノード領域の薄膜化及び低濃度化にも限界があることから、第 2従来技術（Π ) と同様に、アノード近辺のキャリアを十分コントロールすることができないという問題点が残る。

(IV) 更に、第 4の従来技術を適用したダイオード構造としては、平成 7年電気学会産業応用部門全国大会 P P 7 9 - 8 0に開示されたものがある。この構造例を図 2 1に示す。同図 2 1中、図 1 7と同一記号のものは同一のものを示す。図 2 1の記号 2 P Pは、プロトン照射によってダメージを受けた領域を示す。この従来技術では、 p i n構造において、リカバリ一時の損失低減化のために、既述の白金ド一プに代えて電子線照射を行い n層内のキヤリァのライフタイムを低減化して消失時間 T r rの増大化を図ると共に、更に、プロトン照射によって n —層内のライフタイムを局所的にコントロールし、アノード領域近辺のキヤリァ密度を下げてリカバリ一ピーク電流 I r rを小さくしょうとしたものである。これにより、電子線照射のみの場合と比べて、傾き d I r Z d tが 1 Z 2以下に、リカバリ一ピーク電流 I r rが 4 0 %程減少した旨が報告されている。

しかし、この構造に対しては、後程、本願出願人が実証するように、プロトン照射量（プロトンドーズ量）を実用的なレベルにまで上げていくと降伏電圧が著しく低下していくために、上記第 1，第 2，第 3の従来技術と同じく、アノード領域近辺のキヤリアを十分にコントロールすることができないという問題点があることを、指摘できる。

実際に本願出願人がプロトン照射によって上記第 4従来技術と同様なサンプルを試作し、その試作品の、プロトンドーズ量の増加に対する耐圧ないし降伏電圧を評価して得られた実験結果を、図 2 2に示す。尚、図 2 2には、リカバリ一前に流していた順方向電流 I ί (図 1 9参照）に対するリカバリ一ピーク電流 I r rの測定結果をも示している。この実験は、プロトンビームの加速エネルギーをアルミホイール等のバッファによって調整することにより、その照射量を変えつつ、アノード近辺にプロトン照射を行い、その後、 3 4 0 ° Cの熱処理を施した後の耐圧を評価したときの結果である。同図 2 2中、横軸は相対値として表わしたプロトンドーズ量を示し、左側の縦軸は降伏電圧 V rを示し、右側の縦軸は比 ( I r r / I f ) を示す。ここでは、上述の通り、プロトンが照射される深さないしは照射位置を固定した上で、プロトンの照射量のみを変えている。同図 2 2 に示されている通り、プロトン照射量の増大とともに耐圧 V rが低下していることが理解される（図 2 3を対比参照）。尚、この耐圧 V rの低下原因については後で述べる。

図 2 1に示した第 4の従来技術の場合は、図 2 2の実験結果で言えば、プロトンドーズ量の相対値が 1程度の場合に該当する。しかし、重金属拡散や電子線照射によって得られるよりも一層にキヤリアのライフタイムの短い低ライフタイム領域をプロトン照射によって N—層内に効果的に形成するには、（つまりリカバリ-—ピーク電流 I _{Γ r}をより一層小さくするには、；）図 2 2の比（ I r rノ I f ) の測定結果から理解されるように、プロトンの照射量を大きくすることが必要であり、実用的には、相対値で言えば、プロトンのドーズ量としては 1 0〜 1 0 0 cm—³程度の値が望まれる。

しかるに、図 2 2に示す通り、その程度の大きさにまでプロトンのドーズ量を増やすと、耐圧劣化の影響は無視できない程に大きくなり、デバイス特性は非実用的なものとならざるを得ないのである。この点が、プロトン照射を用いた第 4 従来技術の抱える重大な問題点である。そういう意味では、上記第 4の従来技術では、局所ライフタイムコントロールについて、十分な最適化の検討がなされていなかったと言える。

発明の開示

この発明は上記に述べた全ての問題点を解決するためになされたものである。即ち、この発明は、逆回復特性として、 ①第 3半導体層近辺のキャリア密度を下げてリカバリ一ピーク電流（ I r r ) をより一層小さくなるように、かつ、 ②第 1半導体層と第 2半導体層との界面とは反対面側近辺の第 1半導体層のキヤリァ密度を上げてリカバリー電流消失時間（T r r ) を長くなるように、第 1半導体層内のキャリアのライフタイムをコントロ一ルしても、 ③降伏電圧の低下の無い、新規な構造を有する半導体装置を実現することを、第 1目的としている。

特に、この発明では、上記①， ③を同時に満足させる点に主眼が置かれている。この場合には、更に、例えば既述した第 1従来技術を適用することによって第 1 半導体層のキヤリァ密度の最適化を図ることで、上記②をも実現することが可能であり、この点も本発明の副次的な目的である。

更にこの発明は、上記①， ③及び②の特性を有する半導体装置を実現するための製造方法を提供することをも、第 2目的としている。

上記の第 1目的を達成するために、本発明に係る半導体装置は、以下の第 1の局面ないし第 9の局面として提供される。

即ち、本発明の第 1の局面に係る半導体装置は、第 1導電型の第 1半導体層と、前記第 1半導体層の主面と第 1界面をなす第 1主面と前記第 1主面に対向する第 2主面とを有する前記第 1導電型の第 2半導体層と、前記第 2半導体層の前記第 2主面と第 2界面をなす主面を有する第 2導電型の第 3半導体層とを備え、前記第 2半導体層に於ける第 2ライフタイムは前記第 1半導体層に於ける第 1ライフタイムよりも小さく、前記第 2半導体層に於ける抵抗値は前記第 2界面から前記第 1界面に向けて単調に減少していることを特徴とする。

第 2半導体層は高抵抗値を有する低ライフタイム領域であって、しかも、その抵抗値は単調に減少するのみである。そのため、第 2半導体層から第 1半導体層へかけて、不純物濃度は単調に増加する。これにより、低ライフタイム領域が第 1及び第 3半導体領域間に生じても、 P N接合の降伏電圧（耐圧）を劣化させることなく大きな値に維持することが可能となる。そして、この低ライフタイム化により、第 2界面近傍のキャリア密度は十分に低減される。従って、この P N接合に印加されるバイァスを順方向バイアスから逆バイアスへ変えたときに流れるリカバリ一電流のピーク値を既述した第 1〜第 4技術よりも一層に低減化することが可能となり、ソフトリカバリ一特性を格段に改善することができる。

更に、本発明の第 2の局面に係る半導体装置は、上記第 1の局面に於ける前記第 2ライフタイムが前記第 1ライフタイムの 1 Z 1 0よりも小さいことを特徴とする。

これにより、第 1半導体層内のキャリア密度が最適化され、ダイオードに本装置を適用した場合のオン電圧の低減化、従って、リカバリ一時のリカバリー電流消失時間の長時間化を図ることも可能となる。

更に、本発明の第 3の局面に係る半導体装置は、上記第 1の局面に於ける前記第 2半導体層の第 2抵抗率が前記第 1半導体層の第 1抵抗率の 5 0倍よりも大きいことを特徴とする。

これにより、第 1半導体層のキヤリァ密度を最適化することができる。

更に、本発明の第 4の局面に係る半導体装置は、前記第 1半導体層と前記第 3 半導体層との間に印加される電圧が順バイアスから逆バイアスに切り換えられたときに流れる電流のピーク値が、前記第 2半導体層が無いものとした場合の前記電流のピーク値よりも小さくなるように、上記第 1の局面に於ける前記第 2半導体層の前記第 1界面と前記第 3半導体層の前記主面に対向する他方の主面間の厚みが設定されていることを特徴とする。

これによれば、第 2半導体層の厚みは、ダイオードのリカバリー特性の改善という観点からみたときに要求される最適値に、コントロールされる。そのため、本装置をダイオードに適用した場合、耐圧の劣化をもたらすことなく、リカバリ一ピーク電流の小さな、よりソフトなリカバリ一特性を有するダイォードを実現することができる。

更に、本発明の第 5の局面に係る半導体装置は、上記第 4の局面に於ける前記厚みが 1 5マイクロメ一ターから 4 0マイクロメータ一までの範囲内に設定されていることを特徴とする。

これにより、第 2半導体層と第 3半導体層との界面近辺のキヤリァ密度が低減され、かつ第 1半導体層のキャリア密度が最適化される。従って、ダイオードのリカバリ一特性、即ち、リカバリ一電流のピーク電流をより一層小さく、かつリカバリ一電流消失時間をより一層長くすることが可能となる。

更に、本発明の第 6の局面においては、上記第 5の局面に於ける前記半導体装置がフリ一ホイ一ルダイオードとして用いられることを特徴とする。

これにより、耐圧の大きな、低損失ソフトリカバリ一特性を有するフリーホイールダイォードが実現されるので、サージ電圧等による電力ロスの少ないパワーモジュールを実現することが可能となる。

又、本発明の第 7の局面に係る半導体装置は、第 1導電型の第 1半導体層と、前記第 1半導体層の表面上に形成され、且つ全領域に渡って水素イオンを除く所定のイオンを照射されてダメージの与えられた、前記第 1導電型の第 2半導体層と、前記第 2半導体層の表面上に形成された第 2導電型の第 3半導体層とを備えることを特徴とする。

これにより、第 2半導体層は、ダメージを受けても単に高抵抗領域化されるだけであって、ドナー化あるいはァクセプ夕化されることはない。しかも、第 2半導体層内では、抵抗率は単調に減少し、かつ、キャリアのライフタイムは第 1半導体層内のキャリアのそれよりも十分に短くなる。これにより、第 2半導体層と第 3半導体層との界面近傍のキヤリァ密度は十分に小さくなり、本装置をダイォードに適用したときのリカバリー特性におけるリカバリ一ピーク電流は十分に小さくなると共に、耐圧は何ら影響を受けない。

更に、本発明の第 8の局面に係る半導体装置は、上記第 7の局面に於ける前記所定のイオンがヘリゥムイオンであることを特徴とする。

これによれば、ヘリゥムイオンという汎用なイオンの照射によって低ライフ夕ィム領域としての性質を第 2半導体層に容易にもたせることが可能となる。

更に、本発明の第 9の局面に係る半導体装置は、上記第 8の局面に於ける前記第 1半導体層が拡散された重金属を備えることを特徴とする。

これにより、第 1半導体層のキヤリァのライフタイムが第 2半導体層のライフタイムよりも長くなり、第 1半導体層のキャリア密度が最適化される。従って、本装置をダイォ一ドに適用したとき、低ライフタイム層形成によって生じうるォン時のオン電圧の増加を防止して、リカバリ一時のリカバリー電流が完全に消失するまでの時間をより長くすることが可能となる。

又、上記の第 2目的を達成するために、本発明に係る半導体装置の製造方法は、以下の第 1 0の局面ないし第 1 6の局面として提供される。

即ち、本発明の第 1 0の局面に係る半導体装置の製造方法は、第 1ライフタイムを有する第 1導電型の第 1半導体層を準備する第 1工程と、前記第 1半導体層の表面上に第 2導電型の第 2半導体層を形成する第 2工程と、前記第 1半導体層の前記表面より前記第 1半導体層の内部の所定の位置までにわたって、前記第 1 ライフタイムよりも小さな第 2ライフタイム及び前記第 1半導体層の前記表面から単調に減少する抵抗値を有する低ライフタイム領域を形成する第 3工程とを備えることを特徴とする。

本発明の第 1 0番目の局面によれば、低ライフタイム領域を形成しているので、第 1半導体層と第 2半導体層とから成る接合が、 ①耐圧劣化のない、しかも、 ② リカバリ一電流のピーク値のより小さなソフトリカバリ一特性を有する、半導体装置を実現できる。

更に、本発明の第 1 1の局面に係る半導体装置の製造方法は、上記第 1 0の局面に於ける前記第 3工程が、前記第 2半導体層の表面側より前記第 1半導体層内部の前記所定の位置までに水素イオンを除く所定のイオンを照射する工程を備えることを特徴とする。

本発明の第 1 1番目の局面によれば、プロトンを除く所定のイオン照射という物理的方法により容易に低ライフタイム領域を形成することができ、以て実現の容易な半導体装置の製造技術を提供できるという効果がある。

更に、本発明の第 1 2の局面に係る半導体装置の製造方法は、上記第 1 1の局面に於ける前記所定のイオンがヘリゥムイオンであることを特徴とする。

本発明の第 1 2番目の局面によれば、汎用なヘリウムイオン源を用いて新規な構造の半導体装置を製造することができる点で、実用的な半導体装置の製造技術を提供できるという効果がある。

更に、本発明の第 1 3の局面に係る半導体装置の製造方法は、上記第 1 1の局面に於ける前記第 2半導体層の前記表面から前記所定の位置までの深さが、 1 5 マイクロメ一夕一から 4 0マイクロメータ一までの範囲内に制御されることを特徴とする。

本発明の第 1 3番目の局面によれば、所定のイオンを照射するときの深さを最適にコントロールすることができるので、耐圧に影響を及ぼすことなく、改善されたソフトリカバリー特性を有する半導体装置を確実に製造することができるという効果がある。特に本局面では、第 1半導体層の第 1ライフタイムに影響を及ぼさないように、低ライフタイム領域を形成することができる。

更に、本発明の第 1 4の局面に係る半導体装置の製造方法は、上記第 1 1の局面に於ける前記第 3工程が前記所定のイオン照射工程後に前記半導体装置に対して第 1熱処理を行う工程を更に備えることを特徴とする。

本発明の第 1 4番目の局面によれば、所定のイオン照射によりダメージを受けた部分に対して所定の熱処理を行うので、当該ダメージ部分を安定的に形成できるという効果がある。

更に、本発明の第 1 5の局面に係る半導体装置の製造方法は、上記第 1 4の局面に於ける前記第 2工程が、前記第 2半導体層の表面上に主電極を形成する工程を更に備え、前記所定のイオン照射は前記主電極側に配設された所定のイオン源を用いて行われることを特徴とする。

本発明の第 1 5番目の局面によれば、所定のイオン源を第 1主電極側に配設しているので、第 2半導体層の表面側から所定のイオンを第 1半導体層と第 2半導体層との界面近傍の第 1半導体層内へ照射することができ、これにより上記界面に対する所定ィォン照射位置のバラツキを小さくコントロールすることができる。更に、本発明の第 1 6の局面に係る半導体装置の製造方法は、上記第 1 4の局面に於ける前記第 2工程が、前記第 2半導体層形成工程後に前記第 1半導体層の前記表面より前記第 1半導体層の前記内部に重金属を拡散して第 2熱処理を行う工程を更に備えることを特徴とする。

本発明の第 1 6番目の局面によれば、次の利点がある。即ち、（第 2熱処理の温度） > (第 1熱処理の温度）という関係が成立するので、第 1熱処理前に、それよりも高温の第 2熱処理を行っておくことで、第 2熱処理の影響を第 3工程に対して及ぼさないようにすることができる。即ち、所定のイオン照射によるキヤリアのライフタイムのコントロールと、重金属の拡散によるライフタイムのコントロールとを、別々に行うことができる。そして、本局面によれば、第 1半導体層内部が重金属によって低ライフタイム化されるので、第 1半導体層の第 1ライフタイムは、第 1半導体層と低ライフタイム領域との界面から第 1半導体層内部に向かって単調に増加するという分布を呈することとなる。そのため、第 1半導体層と低ライフタイム領域との界面とは反対面側のキヤリァ密度を増加させて、リ力バリ一特性における逆方向電流消失時間を長くすることが可能となる。

以下、この発明の目的，特徴，局面及び利点を、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

図面の簡単な説明

図 1は、この発明の実施の形態 1におけるダイォードの構造を示す縦断面図である。

図 2は、 S R測定法を模式的に示す図である。

図 3は、従来の第 3技術を適用した場合のダイォードの S R測定結果を示す図である。

図 4は、この発明の実施の形態 1のダイォ一ドの S R測定結果を示す図である。図 5は、この発明におけるシミュレ一ション ·モデルを示す縦断面図である。図 6は、図 5のモデルに対するシユミレ一ション結果を示す図である。

図 7は、この発明の実施の形態 1におけるダイォ一ドの試作結果を示す図である。

図 8は、図 7の試作結果中、リカバリ一ピーク電流が最小値を示すときの S R 測定結果を示す図である。

図 9は、この発明の実施の形態 1のダイォ一ドの試作結果を示す図である。図 1 0は、図 9との比較のために示した、従来のダイオードの測定結果を示す図である。

図 1 1は、この発明の実施の形態 2におけるダイオードの製造方法を示す断面図である。

図 1 2は、この発明の実施の形態 2におけるダイォードの製造方法を示す断面図である。

図 1 3は、この発明の実施の形態 2におけるダイォ一ドの製造方法を示す断面図である。

図 1 4は、この発明の実施の形態 2におけるダイォードの製造方法を示す断面図である。

図 1 5は、この発明の実施の形態 3における製造工程を示すフローチヤ一卜である。

図 1 6は、図 1 5中の第 2工程の一部を示す断面図である。

図 1 7は、従来の一般的なダイオードの構造を示す断面図である。

図 1 8は、ダイオードの出力特性を示す図である。

図 1 9は、ダイオードの逆回復特性を示す図である。

図 2 0は、従来の第 2技術を適用したときのダイオードの構造例を示す断面図である。

図 2 1は、従来の第 4技術を適用したときのダイオードの構造を示す断面図である。

図 2 2は、従来の第 4技術を適用したダイオードにおいて、プロトン照射量と降伏電圧及びリカバリーピーク電流との関係を示す図である。

図 2 3は、ヘリウムイオン照射時の降伏電圧及びリカバリピーク電流の測定結果を示す図である。

発明を実施するための最良の形態

(実施の形態 1 )

実施の形態 1では、新規な P i n構造を有する半導体装置が提供される。そのような半導体装置の好適な一例として、ここでは、本発明をダイオードに適用した例を説明する。本実施の形態に係るダイオードは、 P N接合の P層と N層との界面から N層内の所定の深さないしは所定位置までにわたって、予め所定のイオンとしてヘリウムイオンが照射されてダメージを与えられたことによって、当該界面から抵抗値が単調に減少してゆくという特性を具備した、ダメージ領域を有している。このようなダメージ領域が上記界面近辺ないし接合付近の N層内に形成されていることで、耐圧ないし降伏電圧に影響をもたらすことなく（不変）、より一層ソフトなリカバリ一特性を実現することが、可能となる。以下、より具体的な分析を通じて、上記ダメージ領域を有する本ダイォードについて説明する。

( 1 ) 図 1は、この発明の実施の形態 1に係るダイオードの縦断面図である。同断面図 1において、第 1導電型の第 1半導体層（N型基板） 1は、力ソード N +層 1 Aと、その表面上に形成された N—層 1 Bとからなる。本実施の形態では、 N型の導電型が第 1導電型にあたる。

この第 1半導体層 1の第 1主面上には、同じく N型の導電性を有する第 2半導体層 2が軽イオン（例えば H eイオン）照射によりダメージを受けた状態として形成されており、第 2半導体層 2の第 1主面と第 1半導体層 1の第 1主面とは第 1界面 S 1を形成している。この第 2半導体層 2が本実施の形態の特徴部分であり、後述の説明から後程理解されるように、同層 2は、（i ) 第 1半導体層 1におけるキャリアのライフタイムて 1 (第 1ライフタイムタイムと呼ぶ）よりも短いないしは小さいライフタイム（第 2ライフタイムと呼ぶ）て 2を有し、且つ（i i ) 単調減少する抵抗値を有する、領域である。以後、第 2半導体層 2を「低ライフタイム層ないし低ライフタイム領域」と呼ぶ。

低ライフタイム層 2の（上記第 1主面に対向する）第 2主面上には、第 2導電型（ここでは、 P型）の不純物拡散により形成された第 3半導体層（アノード層に該当。以下、アノード P層と呼ぶ） 3が配設されており、同層 2の第 2主面と同層 3の第 2主面とは第 2界面 S 2を形成している。ここでは、アノード P層 3 の厚みは薄く設定されており、 3 i m程度である。

更に、アノード P層 3の第 1主面上にはアノード電極（第 1主電極） 5が、又、力ソード N +層 1 Aの裏面にあたる第 2主面上にはカソード電極（第 2主電極） 6が、各々形成されている。

ここでは、例えば、既述した第 1従来技術における P t， A u等の重金属の拡散を本デバイスにも採用し、重金属の拡散時間又は拡散温度をコントロールすることで、第 1半導体層 1中のキャリアのライフタイムて 1を低ライフタイム層 2 のそれ（て 2 ) よりも長くなるようにして、力ソード側のキャリア密度の増大化を図っている。尚、厳密には、第 1半導体層 1内の重金属の拡散係数にも若干勾配があるので、力ソード N +層 1 A側のライフタイム（て 1 A ) の方が N—層 1 Bのライフタイム（て 1 B ) よりも若干長くなる。この技術は、勿論、図 1 9に示したリカバリ一電流消失時間 T r rの増大化を図るためのものである。

そして、リカバリ一ピーク電流 I r rの値を従来よりもより小さくし、かつ、重金属拡散技術の適用により得られるリカバリ一電流消失時間 T r rの長時間化にも影響を与えないようにするという観点から、上記低ライフタイム層 2の厚みないしは第 2界面 S 2からの深さ dは、後述するように、所定の範囲内の値に制御されている。

( 2 ) 次に、この実施の形態のダイオードの動作について説明する。

図 1の構造において、アノード電極 5とカソ一ド電極 6間に所定のアノード電圧 V A Kを順バイアスとして印加し（図 1 8参照）、アノード電圧 V A Kがあるしきい値（〜0 . 6 V ) を超えると、アノード電極 5よりホールが低ライフタイム層 2を介して N—層 1 Bに注入され、ダイオードが導通する。そして、ァノード電圧 V A Kが図 1 8に示すオン電圧値 V f に等しくなつたときに、定格電流 I f が流れる。また、力ソード電極 6とアノード電極 5間に所定のアノード電圧 V K Aを逆バイアスとして印加すると（図 1 8参照）、アノード電圧 V K Aが降伏電圧 V rを超えない限り、ダイォード内には低ライフタイム層 2のみが形成されているだけの状態となる。

後述する通り、この低ライフタイム層 2は P N接合の降伏電圧に何らの影響をも与えないため、この構造のダイオードでは、 ③降伏電圧が、低ライフタイム層 2が形成されていない場合のダイオードのそれと比べて低下しないという利点が得られる。しかも、アノード側に低ライフタイム層 2が形成されているので、ァノード近辺のキヤリァ密度が著しく低減され、 ①リカバリー時のリカバリ一ピーク電流 I r r (図 1 9参照）を既述の第 1〜第 4従来技術よりもより一層小さくすることができるという利点も同時に得られる。しかも、このダイオードでも、第 1従来技術と同様に、予め重金属を第 1半導体層 1内に拡散させるが、その拡散量をコントロ一ルすることにより、力ソード N +層 1 A側のライフタイムを長くして力ソード側のキャリア密度を高めているので、オン時のオン電圧 V f (図 1 8参照）を低下させて、 ②リカバリー電流消失時間 T r r (図 1 9参照）を長くすることもできる。

( 3 ) 図 1のダイオード構造の上記利点を実証すべく、今回、既述した従来の第 4技術におけるプロトン照射の場合と本実施の形態のヘリゥムイオン照射の場合とにおける、それぞれの照射の降伏電圧への影響を調査した。その調査は、荷電粒子（H ⁺， H e +) 照射後、熱処理を施した後の各サンプルについて、広がり抵抗（spread res i s t ance：以下、 S Rと呼ぶ。）を測定することで行われた。ここに、 S R測定とは、図 2に模式的に例示するように、例えば半導体素子を斜め方向に研磨し（勿論、垂直方向に研磨した場合でも良い）、研磨面 S S上に 2 つの電極針をそれぞれ接触させ、当該両電極針を方向 D 1に沿って移動させながら両電極針間の広がり S Pで生ずる抵抗（即ち、広がり抵抗）を測定することで、半導体素子内の抵坊値ないしは抵抗率を求めるという方法であり、これは既知の測定技術である。

従来のプロトン照射の場合の S R測定結果と H eイオン照射を行った本デバイスの S R測定結果を、それぞれ図 3及び図 4に示す。両図 3 , 4に示す測定は、いずれも米国 SOLID STATE MEASUREMENTS, INC.社の測定器を用いて行われたものであり、両図 3 , 4の横軸は、図 1で言えばアノード P層 3の第 1主面からの深さ Lとして与えられる荷電粒子照射位置を示す。又、両図 3， 4中、測定結果 R , P , Nは、それぞれ、広がり抵抗，素子の抵抗率，不純物濃度を示している。広がり抵抗 Rと抵抗率 ίないしは不純物濃度 Νとの間には、シリコンでは既知の換算値があるので、広がり抵抗 Rが測定されれば、その換算値を用いることで、抵抗率 Ρ、従って不純物濃度 Νの値は自動的に算出される。又、両図 3 , 4の縦軸は対数スケールで示される。両図 3 , 4の測定で用いられたサンプルは、いずれも同一基板、同一材料を用いて製作されたものであり、照射源のみが異なるにすぎず（即ち、 H +か H e +かの違い）、電気特性（リカバリ一特性）が両者で同じになるようにそれぞれの照射量をコントロールしたものである。ドーズ量は、図 2 2の相対値で言えば、実用的な、 1 0〜 1 0 0 cm—³程度の値である。

プロトン照射の場合には、図 3中の記号 R 1で示されるように、プロトン照射によるダメージの高抵抗部分とウェハの N—層の間に、低抵抗の領域が測定されている。ここで、「ダメージ」とは、軽イオン照射により半導体層の抵抗が大きくなるという意味で用いられている。これは、プロトンにより形成されたダメ一ジ層がその後の熱処理によりドナー化（不純物化）したものであると考えられるこのドナー化現象は現実的にはダメージ層全体に渡って起こっているものと考えられ、このため、プロトン照射では降伏電圧が低下するのである。

一方、図 4に示すヘリウムイオン照射の場合には、図 3と比較して明らかな通り、図 3の領域 R 1で示されるようなドナ一化現象は生じておらず、広がり抵抗 Rないし抵抗率 i0は、アノード P層 3の第 1主面からの深さ Lないしは界面 S 2 からの深さの増大と共に、単調に減少している。即ち、ヘリウムイオン照射により形成されるダメージ部分は高抵抗な領域として測定されており、プロトン照射の様なドナー化現象は起こっていないと判断できる。従って、ヘリウムイオン照射によれば、照射によるダメージのみが接合付近の n層内に形成されるのみであり、そのために降伏電圧 V r (図 1 8 ) の低下が照射によっても起きないのである。勿論、この点は、ヘリウムイオンの照射量に依存するものではない。

図 2 3に、ヘリゥムイオン照射量に対する耐圧 V r及びリカバリピーク電流 I r rの特性に関する測定結果を示す。同図 2 3の左右の縦軸は、図 2 2の場合と同様に、それぞれ耐圧 V r , 相対比（ I r r Z l f ) を示す。図 2 2と図 2 3を対比参照すれば明白な通り、ヘリウムイオン照射の場合には、実用的にみて十分に小さなリカバリ電流値 I r rを実現しうる照射量 1 0〜 1 0 0 cm— ³程度（相対値）のヘリウムイオンを照射しても、耐圧 V rの変化は殆ど見られない。

このように、ヘリウムイオン照射による低ライフタイム領域 2の形成は、照射を受けた N—層部分を熱処理後もドナー化させないという作用をもたらし、これによって耐圧 V rを不変とさせるのである。

( 4 ) 次に、図 1の構造のダイオードの逆回復特性について述べる。このダイオードでは、アノード近辺に、即ち、 P N接合面たる界面 S 2周辺に. ヘリゥムイオン照射によりダメージを受けた低ライフタイム領域 2が形成されている。このため、 ①アノード近辺のキャリア密度が著しく低下し、リカバリ一ピ —ク電流 I r rが著しく小さくなる。しかも、 ③上記（3 ) で述べた通り、照射による耐圧 V rの劣化はない。

また、このダイオードでは、ヘリウム照射によるダメージがアノード近辺にのみ局所的に形成されているため、このようなダメージが形成されていない従来のダイオードと比べて、ダメージの形成されていないその他の領域、つまり、図 1 の N—層 1 B，力ソード N +層 1 A中のキヤリァのライフタイムを長くする必要がある。というのは、低ライフタイム領域 2を N—層 1 B内に局所的に形成しているので、仮にその他の N型層のライフタイムを上記領域 2が形成されていないときと同一の値にしてしまうと、オン時の〇N電圧 V f が高くなつてしまい、口スを生じることとなる。そこで、これを回避するには、その他の N型層のライフタイムをより長くコントロールして、オン電圧 V f を下げる必要があるのである。この点は、低ライフタイム領域 2の厚み dを最適化すると共に、既述の重金属拡散技術の適用によって、実現しうる。この長いライフタイムの実現は力ソード近辺のキャリア密度を増し、このため、リカバリ一電流消失時間 T r rが長くなる。

( 5 ) 図 5は、上記の低ライフタイム領域 2を形成した場合のダイオードの逆回復特性を分析するための、シミュレーションのモデルを示すものである。同図 5中、図 1と同一記号のものは同一部分を示す。但し、このモデルでは、図 1 の低ライフタイム領域 2にあたる領域は、図 5の領域 2 S及び領域 2 S 1に二分されるものとされている。この内、一方の領域 2 Sは、ヘリウムイオンビームの半値幅（= 1 0 m ) を考慮して設定された領域であり、領域 2 Sの厚み d 1は上記半値幅分に相当するものとされている。従って、図 5のモデルにおける他方の領域 2 S 1の部分は、実際にはヘリゥムイオン照射を受けたダメージ部分である害ではあるが、シミュレーションの便宜のために、当該領域 2 S 1は単に N— 層 1 Bと同じライフタイムを有する N型半導体層として扱われている。実際には、両領域 2 S , 2 S 1は共にヘリウムイオン照射によりダメージを受けた層であるから、各領域 2 S， 2 S 1のそれぞれのライフタイムをて 2 S、て 2 S 1として表わせば、て 1〉て 2 S 1 >て 2 Sの関係が成立するものと考えられ、従って、図 1では、図 5の両領域 2 S， 2 S 1を含めて両者を一体的に第 2半導体層（低ライフタイム層） 2として定義している。

このシミュレーションを行うに際して、各パラメ一夕は次の通りに設定されている。即ち、モデルのダイオードは耐圧 600 Vクラスのダイオードに設定しており、 N—層 1 Bの比抵抗を 30 Ω. cmに、その厚みを 30 mに設定している。ただし、実際に拡散ウェハを用いていることに対応させるために、 N—層 1 Bと N+層（N+基板） 1 Aとの間に 1 00 m程度の濃度勾配部分があるものと本モデルでは設定されている。又、アノード P層 3の深さないし厚みは実際のダィォードにあわせて 3 zmに設定されており、その表面濃度は 1 e 1 7と設定している。更に、低ライフタイム領域のない場合の、つまり図 1 7に示す従来技術に該当する場合のダイオードのライフタイムは、全領域について、 5 O n s e c . としている。一方、低ライフタイム領域の存在する場合には、図 5のモデルにおける低ライフタイム領域 2 Sの幅 d 1をヘリゥムイオンビームの半値幅に対応させて 1 0 mとし、その領域 2 Sのライフタイムを 8 n s e c . « 1/ 1 O X 200 n s e c . ) とし、その他の領域（2 S 1， I B, 1 A) のライフタイムを 200 n s e c. としている。そして、低ライフタイム領域 2ないし 2 Sの界面 S 2からの位置ないし深さ dを変えて、リカバリ一特性のシミュレ一ションを実行した。

シミュレーションは、図 1 8に示すオン電圧 V： f と図 1 9に示す逆回復特性 ( I r r , T r r ) とについて、市販のシミュレ一タ M e d i c iを用いて行われている。得られたシミュレーション結果を図 6に示す。

図 6において、それぞれの特性 T r r , I r r , V f はキャリアのライフタイムを全領域で同じにした場合（つまり、領域 2 Sの形成が無い場合）の各特性に対する規格値として示されている。従って、相対比が 1のときは、本デバイスは従来のもの（例えば、図 1 7に示すもの）と同一の特性を示すこととなる。

図 6のシミュレーション結果を考察すると、次の点が理解される。先ず、オン電圧 V f は、低ライフタイム領域 2 Sが N型基板内に深く形成されるにつれて大きくなる。他方、リカバリ一ピーク電流 I r rは、その深さが 20 /xmのときに極小となり、そのときの位置から照射位置がずれるとその値が大きくなる。又、リカバリ一電流消失時間 T r rは、オン電圧 V f の場合とは逆に、低ライフタイム領域 2 Sが深く形成されるにつれて小さくなる。このような結果は、低ライフタイム領域 2 Sが界面 S 2から深く形成されるにつれて、アノード近辺のキヤリァ密度が少なくなり、オン電圧 V f が高くなることを示している。また、リカバリーピーク電流 I r rが極小値を持つのは、図 5のモデルでは領域 2 S 1， 2 S が設定されている結果、低ライフタイム領域 2 Sが深くなると、逆にアノード最近辺のキャリア、つまり領域 2 S 1内のキヤリアが多くなるためであると考えられる。さらに、低ライフタイム領域 2 Sが深く形成されるにつれて、力ソード側のキャリアは減少するため、リカバリ一電流消失時間 T r rは、低ライフタイム領域 2 Sが深くなるにつれて小さくなる。

既述した本発明の目的①〜③を達成するためには、図 6のシミュレーションにおける相対値で言えば、 V f 1 (オン電圧 V f の不変化→時間 T r rを長くする）、 I r r < 1， T r r > 1の関係が成立するように、低ライフタイム領域 2 ないしは 2 Sの厚みないし深さ dを設定する必要がある。特に I r r < 1の関係式の成立が重視されなければならない。かかる観点から図 6のシミュレーション結果を評価するならば、低ライフタイム領域 2ないしは 2 Sの厚み dを 1 0 m 〜 3 0 mの範囲内にコントロ一ルするときには、従来よりも良好なソフトリ力バリ一特性が得られることが理解される。

さらに、ヘリウムイオン照射位置 dを時間 T r rが従来の場合と同じになる図 6の照射位置 3 0 /i mに設定したときの、オン状態でのキャリア密度を調査した。その結果、ァノ一ド電極 5より注入されたホール密度分布が N基板 1側の濃度分布と交わる点の深さ、つまり、オン状態での第 1半導体層 1の不純物濃度と第 1 半導体層 1内に注入されたキヤリアの濃度とが同じになる位置は、界面 S 2からみて 5 8 mの位置にあった。ということは、ヘリウムイオン照射位置 dは上記の通り 1 0 m〜3 0 mの範囲内にコントロ一ルされるので、ァノ一ド電極 5 より注入されたホールが N基板 1と交わる点の深さの半分以下にヘリゥムイオン照射位置 dを設定すれば、リカバリ一電流消失時間 T r rを、重金属拡散や電子ビーム照射の施されていない従来の場合（図 1 7 ) よりも長い時間（時間 T r r の相対値 > 1 ) に設定することが可能になる。

( 6 ) 次に、上記シミュレーション結果を踏まえて、実際にダイオードを試作した。試作では、従来のダイオードに比べて全体に施すライフタイムコント口ールを弱めた p i n構造に対して、上述のヘリウムイオン照射を行ない、その後，熱処理（ァニール）を施した上で、上記シミュレーション同様に、各特性 V f ， I r r , T r rのヘリウムイオン照射位置依存性を調査した。但し、ここでは、ヘリウムイオン照射位置は、アノード P層 3 (厚み 3 x m程度）を含めた深さ L (図 1参照）で以て表わされる。ヘリウムイオン照射は、シミュレーション同様に、照射ビームの半値幅が 1 0 / mである条件で行なわれており、照射量は実用的な相対値レベルで 1 0〜 1 0 0 cm~ ³程度（図 2 2参照）である。また、本試作では、熱処理を加えたダイオードの S R測定結果を評価し（図 4，図 8参照）、ダメージを受けた低ライフタイム領域の比抵抗の変化と N基板の比抵抗の変化とが交わる点、図 4 , 図 8の例では、点 Pを、ヘリウムイオン照射位置 Lとしている。その試作結果を図 7に示す。図 7の縦軸は、図 6と同様に、領域 2の無い従来構造（図 1 7参照）の特性に対する相対値として与えられている。

図 7に示されるように、試作結果も図 6のシミュレーション結果とほぼ同様の結果であり、オン電圧 V f は低ライフタイム領域 2 (図 1 ) が深くなるにつれて大きくなる。リカバリーピーク電流 I r rは深さ Lが 2 8 mのときに極小となり、当該深さ（= 2 8 ; m) からヘリウムイオン照射位置 Lがずれると、その値が大きくなる。リカバリ一電流消失時間 T r rは、オン電圧 V f とは、逆に、低ライフタイム領域 2の位置 Lが深くなるにつれて小さくなる。図 6と図 7とでは、アノード P層 3の厚みを差し引いたとしても、リカバリーピーク電流 I r rの極小値近辺のリカバリ一ピーク電流 I r rのヘリウムイオン照射位置に対する変化に差が生じているが（図 7ではリカバリ電流 I r rの変化が小さい）、これは、図 6のシミュレ一ションでは図 5の領域 2 S 1を非ダメージ領域として扱っていることに起因しているものと、考えられる。従って、図 5の領域 2 S 1もダメ一ジ領域として実際に考える必要性が、ここに見出される。

図 7の試作結果からは、従来の場合と比較して、低ライフタイム領域 2の位置 Lを 1 5 m〜4 0 mの範囲内にすると、従来よりもリカバリ一特性が改善される（特にリカバリ一ピーク電流 I r r < 1となる）。

アノード P層 3の第 1主面からのヘリウムイオン照射位置 Lを図 7の 2 8 にコントロールして試作品を試作した場合の S R測定結果を、図 8に示す。同図 8より理解される通り、ダメージを受けた低ライフタイム領域の抵抗は、ダメ一ジを与える前の約 5 0倍強になっている。ということは、低ライフタイム領域 2 の抵抗率が第 1半導体層 1のそれの 5 0倍以上に設定されることが望ましい。又、ライフタイムに関しては、既述したシミュレーションの条件設定からみて、（低ライフタイム領域 2のライフタイムて 2 ) < 1 / 1 0 X (第 1半導体層 1のライフタイムて 1 ) の関係が成立していることが望まれる。これにより、 Ν型基板 1 内のキヤリァ密度を適切にすることが可能となる。

へリゥムイオン照射位置 Lをリカバリーピーク電流 I r rが極小となる 2 8 mの位置にコントロールして低ライフタイム領域 2を形成した場合のリカバリ一特性を、図 9に示す。又、ヘリウムイオン照射を行なわない場合のダイオードの逆回復特性の結果を、図 1 0に示す。両図 9， 1 0において、記号 I kがアノード —力ソード間電流を示している。他の記号は既述した通りである。両図 9， 1 0 を比較してわかる通り、図 9の本発明のダイオードの方が、リカバリ一ピーク電流 I r rがより小さくなつており、且つリカバリ一電流消失時間 T r rもより長くなっている。

( 7 ) 以上の説明では、 p i n構造において、 N型基板 1及びアノード P層 3をそれぞれ第 1導電型の第 1半導体層及び第 2導電型の第 3半導体層とし、その間に挟まれた中間層を低ライフタイム層 2とし、アノード電極 5及びカソード電極 6を各々第 1及び第 2主電極とする場合であった（図 1参照）。しかし、本発明はこれに限られるものではなく、（ i ) p型半導体基板を第 1導電型の第 1 半導体層とし、（ i i ) その上に形成された、よりライフタイムが短く且つ単調減少する抵抗率を有する P型の半導体層を第 1導電型の第 2半導体層とし、（ i i i ) 更にその上に形成された力ソード n層を第 2導電型の第 3半導体層とし、 ( i V ) 力ソード電極及びアノード電極をそれぞれ第 1及び第 2主電極とする、半導体装置にも、適用可能である。この場合の第 2半導体層は、ヘリウムイオン等の所定のイオン照射を受けることによってダメージのみを受けた領域であり、— その後の熱処理によってもァクセプ夕化されない性質（従って、抵抗率の単調減少化）を有する

( 8 ) 又、図 1，図 6，図 7のダイオードは、 N—層 1 B及び N +層 1 A中に白金等の重金属がヘリゥムイオン照射前に予め拡散されていることを前提とした構造であつたが、本発明はこれに限られるものではなく、上記重金属が予め拡散されていない場合にヘリゥムイオン照射を行って低ライフタイム領域 2を形成するダイオードにも適用可能である。この場合には、重金属拡散による効果、即ち、既述した効果② （力ソード側のキャリア密度の増大化 · （重金属拡散が施されたときの従来のダイォードに対しての）オン電圧 V f の不変化 ·消失時間 T r rの増大化の維持）は得られないが、上述した特徴的な効果① （電流 I r rの一層の低減化）及び③ （耐圧不変）は得られるため、そのような構造もなお有益な技術を提供する。

( 9 ) 図 1に基づく上記説明は、軽イオンないし所定のイオンの代表例として、ヘリゥムイオンを利用して図 1の低ライフタイム領域 2を形成した場合であつたが、軽イオンとしては、ヘリウムイオン以外のものを利用しても良い。ここでは、「軽イオン」とは、水素イオン、即ちプロトンを除く、原子番号 2のヘリゥムのイオンから原子番号 8の酸素のイオンまでを含む、相対的に軽い原子のィオンを意味するものとして、広義の意味で用いられている。特に、 H e , L i , B eという、シリコンに対して一般的にドナ一，ァクセプタという半導体不純物を構成しない部類に属する原子のイオンを、所定のイオンに用いるのが効果的である。

(実施の形態 2 )

以下では、ダイオードの好ましい製造方法について説明する。図 1 1〜図 1 4 の縦断面図は、この実施の形態における製造工程を示す。

このダイオードを製造するには、図 1 1に示す第 1工程において、まず N +層 1 Aと N—層 1 Bとからなる N型基板（第 1導電型の第 1半導体層に該当） 1を用意する。

次に第 2工程においては、図 1 2に示すように、 N—層 1 Bの露出した表面より、 P型不純物を注入、ァニールして、アノード領域 3 (第 2導電型の第 2半導体層）を N—層表面上に形成する。次に、図 1 3に示すように、 N型基板 1の表面上にアノード電極（第 1主電極） 5を、 N型基板 1の裏面上に力ソード電極

(第 2主電極） 6を、各々形成する。尚、力ソード電極 6については、後述する第 3工程後にこれを形成するようにしても良い。

次に図 1 4に示す第 3工程において、先ず、アノード側に、アノード電極 5に対置するように、所定のイオン源を配設する。所定のイオン源は、水素イオン

(プロトン）を除いた軽イオン照射源であり、ここでは、それは軽イオンの代表格たるヘリウムイオンビーム照射源である。次に、ヘリウムイオン照射の深さを照射量を変えることなく調節するためのバッファ層（たとえばアルミフオイル） 7をアノード電極 5の前方に配置し（バッファ層 7の厚みによってヘリゥムィォンビームの加速エネルギーを減少させる）、このバッファ層 7を介して、へリウムイオンを界面 S 2より N—層 1 B内に所定の深さ dで（アノード領域 3の、ァノード電極 5が形成された一方の表面 3 S 1からみて所定の深さで）照射し、その後、 3 0 0 ° C〜4 0 0 ° Cの熱処理（第 1熱処理）を照射後のデバイスに加える。これにより、厚み dの低ライフタイム領域 2を界面 S 2近傍の N _層 1 B S内に形成する。その他の N—層部分は記号 1 Bとして表わす。このとき、ァノード電極 5の表面よりヘリゥムを照射することで、カソード面側より照射する場合に比べて、アノード面（界面 S 2 ) に対する照射位置のバラツキを小さくすることができる。上記所定の深さ Lの範囲は、アノード領域 3の膜厚が 3 m程度であることを考えると、実施の形態 1で述べた通り、 1 5 m〜4 0 ;a mであることが望ましい。

上記第 1〜第 3工程を経て、図 1に示したような新規なダイォ一ド構造を得ることができる。即ち、リカバリーピーク電流 I r rのより小さな低損失ソフトリカバリー特性を有する半導体装置を、耐圧を劣化させることなく、汎用な軽ィォン源たるヘリゥムイオンビーム発生装置を用いて容易に形成することができる。この場合、工程数は図 1 4の工程が増えるだけに留まる。

本実施の形態で述べた技術的思想は、アノード領域内の P N接合面付近に低ラィフタイム領域を形成する場合にも、基本的に適用可能である。

(実施の形態 3 ) 本実施の形態の工程を示すフローチャートを図 1 5に示す。同図 1 5より理解される通り、本実施の形態の特徴は、ヘリウムイオン照射工程前に、実施の形態 2で述べた第 2工程中に、図 1 6に示す重金属拡散工程を付加することにある。この重金属拡散工程自体は、既述した第 1従来技術に相当しており、図 1のカソード N +層 1 A側のキヤリアのライフタイムを増やし、カソード側のキヤリァ密度を増大させて、低ライフタイム領域 2を設けたことにより生じうるオン電圧 V f の増加を防止して時間 T r rを長くなるようにする点にある。

以下、図 1 6の工程図を参照して、さらに力ソード側のライフタイムをより長くコントロールできるダイォ一ドの製造方法について説明する。

即ち、実施の形態 2に示した製造方法中、図 1 2の工程終了後に、図 1 6に示す通り、アノード領域 3の表面上に白金又は金等の重金属をスパッ夕し、その後、 8 0 0 ° C〜 9 0 0 ° Cの熱処理（第 2熱処理）を加えて N—層 I B S , N +層 1 A内に重金属を拡散させる。これにより、 N +層 1 B Sから N +層 1 Aにかけて、低ライフタイム層 2のそれよりも長いライフタイムを有する領域が形成される。図 1 4の工程におけるヘリウムイオン照射後の熱処理温度よりも、当該熱処理温度の方が十分に高いので、本実施の形態のように図 1 2の工程と図 1 3のェ程との間に重金属拡散工程を付加することで、アノード近辺及びカソ一ド近辺のライフタイムを各々別々の工程としてコントロールすることが可能となる。

以上より、本実施の形態の製造方法を用いれば、耐圧を劣化させることなくソフトリカバリー特性（ I r r—小， T r r—大）をより一層改善できる半導体装置を提供できる。

(まとめ）

この発明の各実施の形態におけるダイォ一ドは、第 1主電極側の第 3の半導体層の底面から所定の深さまでに形成された、単調減少する抵抗率を有する低ライフタイム領域 2を有するため、降伏電圧に影響を及ぼすことなく、第 3の半導体層近辺のキヤリァ密度を低減して、逆回復特性の逆電流を格段に低減することを可能にする。しかも、低ライフタイム領域 2のライフタイムとその他の領域のラィフタイムとをそれぞれ別々に最適な値にコントロールしているため、第 2主電極側の第 1半導体層のキヤリア密度を増大させる方向にコントロールすることができ、逆回復特性が改善される。

そして、この発明におけるダイオードでは、低ライフタイム領域の抵抗が単調に減少しているので、第 1半導体層と第 3半導体層とで降伏電圧が決まることとなる。

この発明におけるダイォ一ドの製造方法では、そのような改善されたソフトリカバリー特性を有するダイォ一ドを容易にかつ汎用性を以て製造することができる。

尚、本発明の範囲はクレームによって与えられるものであって、上述した明細書中の説明に限定されるものではない。クレームの範囲内にある、あらゆる修正例及び変形例は、全てこの発明の範囲内にある。

産業上の利用の可能性

この発明は、半導体装置の内で、特に p i nダイオードに利用されるときに、その特徴を効果的に発揮しうる。そして、この発明に係る半導体装置をパワーモジュールにおけるフリーホイールダイォ一ドとして使用しうる。

Claims

請求の範囲

1. 第 1導電型の第 1半導体層（ 1) と、

前記第 1半導体層の主面と第 1界面（S 1) をなす第 1主面と前記第 1主面に対向する第 2主面とを有する前記第 1導電型の第 2半導体層（2) と、

前記第 2半導体層の前記第 2主面と第 2界面（S 2) をなす主面を有する第 2 導電型の第 3半導体層（3) とを備え、

前記第 2半導体層に於ける第 2ライフタイム（て 2) は前記第 1半導体層に於ける第 1ライフタイム（て 1) よりも小さく、

前記第 2半導体層に於ける抵抗値は前記第 2界面から前記第 1界面に向けて単調に減少していることを特徴とする、

半導体装置。

2. 請求の範囲第 1項記載の半導体装置であって、

前記第 2ライフタイム（て 2) は前記第 1ライフタイム（て 1) の 1 1 0よりも小さいことを特徴とする、

半導体装置。

3. 請求の範囲第 1項記載の半導体装置であって、

前記第 2半導体層の第 2抵抗率は前記第 1半導体層の第 1抵抗率の 50倍よりも大きいことを特徴とする、

半導体装置。

4. 請求の範囲第 1項記載の半導体装置であって、

前記第 1半導体層と前記第 3半導体層との間に印加される電圧が順バイアスから逆バイアスに切り換えられたときに流れる電流のピーク値（ I r r) が、前記第 2半導体層が無いものとした場合の前記電流のピーク値（ I r r) よりも小さくなるように、前記第 2半導体層の前記第 1界面と前記第 3半導体層の前記主面に対向する他方の主面間の厚み（L) が設定されていることを特徴とする、半導体装置。

5. 請求の範囲第 4項記載の半導体装置であって、

前記厚み（L) は 1 5マイクロメ一夕一から 40マイクロメータ一までの範囲内に設定されていることを特徴とする、半導体装置。

6. 請求の範囲第 5項記載の半導体装置であって、

前記半導体装置はフリ一ホイ一ルダイオードとして用いられることを特徴とする、

半導体装置。

7. 第 1導電型の第 1半導体層（ 1) と、

前記第 1半導体層の表面上に形成され、且つ全領域に渡って水素イオンを除く所定のイオンを照射されてダメージの与えられた、前記第 1導電型の第 2半導体層（2) と、

前記第 2半導体層の表面上に形成された第 2導電型の第 3半導体層（3) とを備えることを特徴とする、

半導体装置。

8. 請求の範囲第 7項記載の半導体装置であって、

前記所定のイオンはヘリゥムイオンであることを特徴とする、

半導体装置。

9. 請求の範囲第 8項記載の半導体装置であって、

前記第 1半導体層は拡散された重金属を備えることを特徴とする、

半導体装置。

1 0. 第 1ライフタイム（て 1) を有する第 1導電型の第 1半導体層（ 1 ) を準備する第 1工程と、

前記第 1半導体層（1) の表面上に第 2導電型の第 2半導体層（3) を形成する第 2工程と、

前記第 1半導体層の前記表面より前記第 1半導体層の内部の所定の位置までにわたって、前記第 1ライフタイムよりも小さな第 2ライフタイム（て 2) 及び前記第 1半導体層の前記表面から単調に減少する抵抗値を有する低ライ

域（2) を形成する第 3工程とを備えることを特徴とする、

半導体装置の製造方法。

1 1. 請求の範囲第 1 0項記載の半導体装置の製造方法であって、

前記第 3工程は、前記第 2半導体層（3 ) の表面側より前記第 1半導体層内部の前記所定の位置までに水素イオンを除く所定のイオンを照射する工程を備えることを特徴とする，半導体装置の製造方法。

1 2 . 請求の範囲第 1 1項記載の半導体装置の製造方法であって、

半導体装置の製造方法。

1 3 . 請求の範囲第 1 1項記載の半導体装置の製造方法であって、

前記第 2半導体層（3 ) の前記表面から前記所定の位置までの深さは、 1 5マイクロメ一夕一から 4 0マイクロメータ一までの範囲内に制御されることを特徴とする、

半導体装置の製造方法。

1 4 . 請求の範囲第 1 1項記載の半導体装置の製造方法であって、

前記第 3工程は、

前記所定のイオン照射工程後に前記半導体装置に対して第 1熱処理を行う工程を更に備えることを特徴とする、

半導体装置の製造方法。

1 5 . 請求の範囲第 1 4項記載の半導体装置の製造方法であって、

前記第 2工程は、

前記第 2半導体層（3 ) の表面上に主電極（5 ) を形成する工程を更に備え、前記所定のイオン照射は前記主電極側に配設された所定のイオン源を用いて行われることを特徴とする、

半導体装置の製造方法。

1 6 . 請求の範囲第 1 4項記載の半導体装置の製造方法であって、

前記第 2工程は、

前記第 2半導体層形成工程後に、前記第 1半導体層の前記表面より前記第 1半導体層の前記内部に重金属を拡散して第 2熱処理を行う工程を更に備えることを特徴とする、

半導体装置の製造方法。