JP6294175B2 - Semiconductor device and power conversion system using the same - Google Patents
Semiconductor device and power conversion system using the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP6294175B2 JP6294175B2 JP2014136415A JP2014136415A JP6294175B2 JP 6294175 B2 JP6294175 B2 JP 6294175B2 JP 2014136415 A JP2014136415 A JP 2014136415A JP 2014136415 A JP2014136415 A JP 2014136415A JP 6294175 B2 JP6294175 B2 JP 6294175B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor layer
- layer
- semiconductor
- region
- diode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 216
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims description 20
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 102
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 claims description 37
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 22
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims description 21
- 230000007547 defect Effects 0.000 claims description 21
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 15
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical group [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 9
- 238000001004 secondary ion mass spectrometry Methods 0.000 claims description 8
- 239000000969 carrier Substances 0.000 claims description 6
- 238000003892 spreading Methods 0.000 claims description 3
- 230000007480 spreading Effects 0.000 claims description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 31
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 31
- 238000005224 laser annealing Methods 0.000 description 21
- 230000008569 process Effects 0.000 description 20
- 239000010408 film Substances 0.000 description 18
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 18
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 description 12
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 11
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 9
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 8
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 8
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 8
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 7
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 4
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 4
- 230000009191 jumping Effects 0.000 description 4
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 229910000789 Aluminium-silicon alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 2
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 2
- JNDMLEXHDPKVFC-UHFFFAOYSA-N aluminum;oxygen(2-);yttrium(3+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Y+3] JNDMLEXHDPKVFC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 2
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 2
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 2
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 2
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 2
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 229910019901 yttrium aluminum garnet Inorganic materials 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- HIQSCMNRKRMPJT-UHFFFAOYSA-J lithium;yttrium(3+);tetrafluoride Chemical compound [Li+].[F-].[F-].[F-].[F-].[Y+3] HIQSCMNRKRMPJT-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000003252 repetitive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Description
本発明は半導体装置およびそれを用いた電力変換システムに関し、特にダイオード構成の半導体装置およびそれを用いた電力変換システムに関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a power conversion system using the same, and more particularly to a diode-configured semiconductor device and a power conversion system using the same.
従来、整流ダイオードにおいてテイル電流を低減する技術として、プロトン照射・He+照射等の粒子線照射により、カソード電極側のn型カソード層内に低ライフタイム領域を形成するものがあった(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, as a technique for reducing tail current in a rectifier diode, there has been a technique for forming a low lifetime region in an n-type cathode layer on the cathode electrode side by particle beam irradiation such as proton irradiation / He + irradiation (for example, Patent Document 1).
また、従来、ダイオードにおけるテイル電流の減少に伴う電圧波形の発振およびノイズの発生を抑制する技術として、低ライフタイム領域と高ライフタイム領域とを併存させるものがあった(例えば、特許文献2参照)。 Conventionally, as a technique for suppressing generation of a voltage waveform and noise due to a decrease in tail current in a diode, there has been a technique in which a low lifetime region and a high lifetime region coexist (see, for example, Patent Document 2). ).
電力変換装置にIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)又はMOS(Metal-Oxide-Semiconductor)トランジスタと逆並列に接続されて、フリーホイールダイオードとして用いられるダイオードは、装置の駆動周波数の増加に伴って、スイッチング時のダイオードの損失であるリカバリ損失の低減がより一層要求されている。 A diode used as a freewheeling diode connected in reverse parallel to an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or MOS (Metal-Oxide-Semiconductor) transistor to a power conversion device is used at the time of switching as the drive frequency of the device increases. Reduction of recovery loss, which is a loss of the diode, is further demanded.
リカバリ損失は、リカバリ時にダイオードに流れるテイル電流が大きいほど大きくなるため、リカバリ損失を低減するために、テイル電流を低減する方法が提案されている。 Since the recovery loss increases as the tail current flowing through the diode during recovery increases, a method of reducing the tail current has been proposed in order to reduce the recovery loss.
従来、このような方法として、例えば、特許文献1の図31に断面構造が示された整流ダイオードが提案されている。特許文献1の図31に示された整流ダイオードは、テイル電流の発生源となっているカソード電極290側のn型カソード層281内のキャリア密度をあらかじめ低く抑えるために、カソード電極290側のn型カソード層281内に低ライフタイム領域291をプロトン照射He+照射等の粒子線照射により形成するというものである。 Conventionally, as such a method, for example, a rectifier diode whose cross-sectional structure is shown in FIG. In the rectifier diode shown in FIG. 31 of Patent Document 1, the n density on the cathode electrode 290 side is suppressed in advance in order to keep the carrier density in the n-type cathode layer 281 on the cathode electrode 290 side, which is a source of tail current, low. The low lifetime region 291 is formed in the type cathode layer 281 by particle beam irradiation such as proton irradiation He + irradiation.
また、特許文献1の図1には、高抵抗のn型カソード層1の表面には低抵抗のp型アノード2が選択的に拡散形成され、n型カソード層1の裏面には低抵抗のn型カソード層3が拡散形成され、n型カソード層1、p型アノード層2およびn型カソード層3により構成される整流ダイオードが記載されている。そして、テイル電流を低減するために、n型カソード層3内にはプロトン照射などの粒子線照射により低ライフタイム領域8を形成することが記載されている。 Further, in FIG. 1 of Patent Document 1, a low resistance p-type anode 2 is selectively diffused and formed on the surface of the high resistance n-type cathode layer 1, and a low resistance is formed on the back surface of the n-type cathode layer 1. There is described a rectifier diode in which an n-type cathode layer 3 is formed by diffusion and is composed of an n-type cathode layer 1, a p-type anode layer 2, and an n-type cathode layer 3. In order to reduce the tail current, it is described that the low lifetime region 8 is formed in the n-type cathode layer 3 by particle beam irradiation such as proton irradiation.
しかし、テイル電流を減小すると、逆回復時のdi/dtが増加し跳ね上り電圧が大きくなり、場合によっては電圧波形が発振しノイズが発生するという問題が生じる。そのため、特許文献2に開示されているように、低ライフタイム領域と高ライフタイム領域に分割した構造が提案されている。 However, when the tail current is reduced, di / dt at the time of reverse recovery increases and the jumping voltage increases, and in some cases, the voltage waveform oscillates and noise is generated. Therefore, as disclosed in Patent Document 2, a structure divided into a low lifetime region and a high lifetime region has been proposed.
この構造では、キャリアの横方向拡散により、キャリア消滅を促進するとともに、キャリアライフタイムの長い領域を確保しテイル時間が長くなりdi/dtの増加を抑制し跳ね上り電圧を小さくするとともに、電圧波形の発振現象を抑制している。 This structure promotes carrier annihilation by lateral diffusion of carriers, secures a region with a long carrier lifetime, lengthens tail time, suppresses increase in di / dt, reduces jumping voltage, and forms voltage waveform This suppresses the oscillation phenomenon.
しかしながら、特許文献2に開示された構成のダイオードでは、低ライフタイム領域が、素子の膜圧方向全層に渡って形成されている。このため、キャリアが消滅しやすくなり、オン電圧の低減が困難になる。 However, in the diode having the configuration disclosed in Patent Document 2, the low lifetime region is formed over the entire layer in the film pressure direction of the element. For this reason, carriers easily disappear and it is difficult to reduce the on-voltage.
また、Heやプロトンなどの粒子線を、それらの粒子線の阻止能力の高い材料を用いたマスク越しに照射し、低ライフタイム領域パターンを形成している。この工程は、通常の半導体製造プロセスのステッパーやアライナを用いたホトプロセスと異なり、パターンの合わせ精度が悪くなる。 In addition, a low lifetime region pattern is formed by irradiating a particle beam such as He or proton through a mask using a material having a high ability to block these particle beams. In this process, unlike a photo process using a stepper or aligner in a normal semiconductor manufacturing process, pattern alignment accuracy is deteriorated.
また、阻止能力の高い材料を用いてマスクを作製するが、阻止能力を確保するためには、材料を厚くする必要がある。この材料に穴をあけてパターンを形成するが、穴の寸法精度、すなわち低ライフタイム領域のパターン寸法精度を上げることが困難となる。 In addition, the mask is manufactured using a material having a high blocking ability. However, in order to ensure the blocking ability, it is necessary to increase the thickness of the material. Although a pattern is formed by making a hole in this material, it is difficult to increase the dimensional accuracy of the hole, that is, the pattern dimensional accuracy in the low lifetime region.
これらの、合わせ精度や寸法精度の劣化により、素子特性のバラツキが大きくなるという問題が生じる。 Due to these deteriorations in alignment accuracy and dimensional accuracy, there arises a problem that variation in element characteristics increases.
また、阻止能力の高い材料に穴を開ける場合、微細なパターンを形成するのが困難となる。このため、低ライフタイム領域の微細化が制限され、素子特性の調整精度が劣化するという問題も生じる。 In addition, when a hole is made in a material having a high blocking ability, it is difficult to form a fine pattern. For this reason, miniaturization of the low lifetime region is limited, and there is a problem that the adjustment accuracy of the element characteristics deteriorates.
さらに、特許文献1、2で開示されたダイオードでは、低ライフタイム領域を形成するために、粒子線を照射する工程が必要になる。プロトン、ヘリウムを照射するには、大掛かりなサイクロトロンの粒子線照射装置を用いなければならない。また、n型カソード層内に低ライフタイム領域を形成するので、ダイオードに逆方向電圧が印加されるとき、n型カソード層において、PN接合から空乏層が伸びて低ライフタイム領域に達すると、低ライフタイム領域に存在する結晶欠陥によってリーク電流が増加する。そして、結晶欠陥の量が多いと耐圧が低下してしまうという問題も生じる。 Furthermore, the diodes disclosed in Patent Documents 1 and 2 require a step of irradiating a particle beam in order to form a low lifetime region. In order to irradiate protons and helium, a large cyclotron particle beam irradiation apparatus must be used. In addition, since a low lifetime region is formed in the n-type cathode layer, when a reverse voltage is applied to the diode, in the n-type cathode layer, when a depletion layer extends from the PN junction and reaches the low lifetime region, Leakage current increases due to crystal defects existing in the low lifetime region. In addition, when the amount of crystal defects is large, there arises a problem that the breakdown voltage is lowered.
本発明は、前記した問題に鑑みて創案されたものであり、オン電圧の低減を容易にし、素子特性のバラツキを低減すると共に素子特性の調整精度を向上できるダイオード構造を提供することを目的とする。さらに、耐圧の低下を伴わず、簡易な方法で製造できるダイオード構造を提供することを目的とする。 The present invention was devised in view of the above-described problems, and has an object to provide a diode structure that facilitates reduction of on-voltage, reduces variation in device characteristics, and improves adjustment accuracy of device characteristics. To do. It is another object of the present invention to provide a diode structure that can be manufactured by a simple method without causing a decrease in breakdown voltage.
本発明の半導体装置は、例えば、第1導電型の第1半導体層と、前記第1半導体層に隣接して設けられる平面視でストライプ状の第2導電型の第2半導体層と、前記第1半導体層に対して、前記第2半導体層が設けられた側と反対側に設けられ、前記第1半導体層よりも前記第1導電型の不純物の濃度が高い前記第1導電型の第3半導体層と、前記第2半導体層にオーミック接続する第1電極と、前記第3半導体層にオーミック接続する第2電極とを備えたダイオード構成の半導体装置であって、前記第1半導体層と前記第3半導体層との間であって前記第1半導体層に隣接する位置のアクティブ領域に、前記第3半導体層が含有する前記第1導電型の不純物と同種の不純物を含有し、かつ、前記第1半導体層よりもキャリアのライフタイムが短く、かつ、前記第2半導体層に直交する、複数の平面視でストライプ状の第4半導体層を更に備え、前記第4半導体層の層に水平方向に隣接する領域のライフタイムが前記第4半導体層のライフタイムより長いことを特徴とする。 The semiconductor device of the present invention, for example, a first semiconductor layer of a first conductivity type, a second semiconductor layer of a second conductivity type stripe shape in plan view which is provided adjacent to the first semiconductor layer, wherein The first conductivity type second semiconductor layer is provided on the opposite side of the first semiconductor layer from the side where the second semiconductor layer is provided and has a higher concentration of the first conductivity type impurity than the first semiconductor layer. A semiconductor device having a diode configuration, comprising: a third semiconductor layer; a first electrode that is ohmically connected to the second semiconductor layer; and a second electrode that is ohmically connected to the third semiconductor layer, An active region located between the third semiconductor layer and adjacent to the first semiconductor layer contains an impurity of the same type as the impurity of the first conductivity type contained in the third semiconductor layer; and Lifetime of carrier than the first semiconductor layer Short and the perpendicular to the second semiconductor layer, further comprising a fourth semiconductor layer of the stripe-shaped by a plurality of planar view, the lifetime of the regions adjacent in the horizontal direction to the layer of the fourth semiconductor layer is a first It is characterized by being longer than the lifetime of 4 semiconductor layers.
また、本発明の電力変換システムは、例えば、互いに直列接続された第1半導体スイッチング素子および第2半導体スイッチング素子と、前記第1半導体スイッチング素子および前記第2半導体スイッチング素子にそれぞれ逆並列に接続される第1ダイオードおよび第2ダイオードとを備え、前記第1ダイオードおよび第2ダイオードが、上記の本発明の半導体装置で構成されることを特徴とする。 The power conversion system of the present invention is connected, for example, in antiparallel to the first semiconductor switching element and the second semiconductor switching element connected in series with each other, and to the first semiconductor switching element and the second semiconductor switching element, respectively. A first diode and a second diode, wherein the first diode and the second diode are constituted by the semiconductor device of the present invention.
本発明によれば、ダイオード構成の半導体装置およびそれを用いた電力変換システムにおいて、ダイオードの低オン電圧化および低ノイズ化を図ることが可能となる。 According to the present invention, in a semiconductor device having a diode configuration and a power conversion system using the same, it is possible to reduce the on-voltage and noise of the diode.
本発明の半導体装置に係るダイオードは、第1導電型の第1半導体層と、前記第1半導体層に隣接して設けられる第2導電型の第2半導体層と、前記第1半導体層に対して、前記第2半導体層が設けられた側と反対側に設けられ、前記第1半導体層よりも第1導電型の不純物の濃度が高い前記第1導電型の第3半導体層と、前記第2半導体層にオーミック接続する第1電極と、前記第3半導体層にオーミック接続する第2電極とを有し、前記第1半導体層と前記第3半導体層との間であって、第3半導体層が含有する第1導電型の不純物と同種の不純物を含有し、前記第1半導体層よりもキャリアのライフタイム(寿命)が短い第4半導体層がアクティブ領域に複数設けられ、この領域のアノード側に高ライフタイム領域が接続している構成となっている。 The diode according to the semiconductor device of the present invention includes a first conductive type first semiconductor layer, a second conductive type second semiconductor layer provided adjacent to the first semiconductor layer, and the first semiconductor layer. A third semiconductor layer of the first conductivity type provided on a side opposite to the side on which the second semiconductor layer is provided and having a higher concentration of impurities of the first conductivity type than the first semiconductor layer; A first electrode that is ohmically connected to the second semiconductor layer and a second electrode that is ohmically connected to the third semiconductor layer, the third semiconductor being between the first semiconductor layer and the third semiconductor layer; A plurality of fourth semiconductor layers containing impurities of the same type as the first conductivity type contained in the layer and having a carrier lifetime shorter than that of the first semiconductor layer are provided in the active region. With a high lifetime area connected to the side Going on.
なお、第3半導体層の、第4半導体層と隣接する領域に、第1導電型の不純物の濃度が相対的に低い第5半導体層を有する多層構造としてもよい。 Note that the third semiconductor layer may have a multilayer structure including a fifth semiconductor layer having a relatively low concentration of the first conductivity type impurity in a region adjacent to the fourth semiconductor layer.
本発明の構成では、第1半導体層(ドリフト層)のほぼ全領域のライフタイムが長くなっている。このため、順方向電圧印加時この領域のキャリア量を増加することが容易になり低オン電圧化することができる。 In the configuration of the present invention, the lifetime of almost the entire region of the first semiconductor layer (drift layer) is long. For this reason, it is easy to increase the amount of carriers in this region when a forward voltage is applied, and the on-voltage can be lowered.
この構成で低キャリアライフタイムの第4半導体層は第1導電型不純物をイオン注入した後、レーザアニールで活性化して形成するが、この際、不純物のドーズ量やレーザ照射量を調整することによりイオン注入による結晶欠陥を残し低ライフタイム領域を形成する。この際、イオン注入前にホトマスクパターンを形成することにより、局所的に低キャリアタイム領域を形成することが可能となる。 In this configuration, the fourth semiconductor layer having a low carrier lifetime is formed by ion implantation of the first conductivity type impurity and then activated by laser annealing. At this time, by adjusting the dose amount of the impurity and the laser irradiation amount, A low lifetime region is formed while leaving crystal defects due to ion implantation. At this time, a low carrier time region can be locally formed by forming a photomask pattern before ion implantation.
ホトマスクパターンは、両面アライナーなどを用いて形成することにより、表面パターンとの位置合わせを高精度で実施することができる。また、ホトマスクを用いるため、パターン寸法精度が高く微細なパターンを形成することが可能である。この結果、製造した素子の特性バラツキを低減できるとともに、製造時の素子特性の調整を精度良く実施することが可能となる。 By forming the photomask pattern using a double-sided aligner or the like, alignment with the surface pattern can be performed with high accuracy. In addition, since a photomask is used, it is possible to form a fine pattern with high pattern dimension accuracy. As a result, it is possible to reduce variations in the characteristics of the manufactured elements and to accurately adjust the element characteristics during manufacturing.
また、レーザアニールにより第3半導体層(n型カソード層)の結晶欠陥が除去できる。このため逆バイアス印加時のリーク電流を抑制でき耐圧を向上することができる。 In addition, crystal defects of the third semiconductor layer (n-type cathode layer) can be removed by laser annealing. For this reason, the leakage current at the time of reverse bias application can be suppressed, and the withstand voltage can be improved.
さらに、不純物イオン注入により低ライフタイム領域を形成するため、Heやプロトンなどの粒子線照射が不要となり、サイクロトロンなどの大規模な装置の使用によるコスト増加を回避することが可能となる。 Furthermore, since a low lifetime region is formed by impurity ion implantation, it is not necessary to irradiate particle beams such as He and protons, and an increase in cost due to the use of a large-scale apparatus such as a cyclotron can be avoided.
本発明の半導体装置は、より具体的には、例えば、第1導電型(例えばn型)の第1半導体層(n-ドリフト層)と、前記第1半導体層に隣接して設けられる第2導電型(例えばp型)の第2半導体層(アノードp層)と、前記第1半導体層に対して、前記第2半導体層が設けられた側と反対側に設けられ、前記第1半導体層よりも前記第1導電型の不純物の濃度が高い前記第1導電型の第3半導体層(カソードn層)と、前記第2半導体層にオーミック接続する第1電極(アノード電極)と、前記第3半導体層にオーミック接続する第2電極(カソード電極)とを備えたダイオード構成の半導体装置であって、前記第1半導体層と前記第3半導体層との間であって前記第1半導体層に隣接する位置のアクティブ領域に、前記第3半導体層が含有する前記第1導電型の不純物と同種の不純物を含有し、かつ、前記第1半導体層よりもキャリアのライフタイムが短い複数の第4半導体層(低ライフタイム領域)を更に備えることを特徴とする。 More specifically, the semiconductor device of the present invention includes, for example, a first semiconductor layer (n − drift layer) of a first conductivity type (for example, n-type) and a second semiconductor layer provided adjacent to the first semiconductor layer. A second semiconductor layer (anode p layer) of a conductive type (for example, p-type), and the first semiconductor layer provided on the opposite side to the side on which the second semiconductor layer is provided; The first conductivity type third semiconductor layer (cathode n layer) having a higher concentration of the first conductivity type impurity, the first electrode (anode electrode) in ohmic contact with the second semiconductor layer, the first conductivity type A semiconductor device having a diode configuration including a second electrode (cathode electrode) that is ohmically connected to three semiconductor layers, wherein the first semiconductor layer is between the first semiconductor layer and the third semiconductor layer. In the adjacent active region, the third semiconductor layer is The semiconductor device further comprises a plurality of fourth semiconductor layers (low lifetime regions) that contain impurities of the same type as the first conductivity type impurities and that have a carrier lifetime shorter than that of the first semiconductor layer. To do.
また、本発明の電力変換システムは、例えば、互いに直列接続された第1半導体スイッチング素子および第2半導体スイッチング素子と、前記第1半導体スイッチング素子および前記第2半導体スイッチング素子にそれぞれ逆並列に接続される第1ダイオードおよび第2ダイオードとを備え、前記第1ダイオードおよび第2ダイオードが、上記の本発明の半導体装置で構成されることを特徴とする。 The power conversion system of the present invention is connected, for example, in antiparallel to the first semiconductor switching element and the second semiconductor switching element connected in series with each other, and to the first semiconductor switching element and the second semiconductor switching element, respectively. A first diode and a second diode, wherein the first diode and the second diode are constituted by the semiconductor device of the present invention.
上記の構成において、前記複数の第4半導体層は、前記第1半導体層に隣接する位置で前記第4半導体層の部分と前記第4半導体層以外の部分とが周期的に繰り返して現れるように配置されるのが好適である。 In the above configuration, the plurality of fourth semiconductor layers may be such that a portion of the fourth semiconductor layer and a portion other than the fourth semiconductor layer appear periodically and repeatedly at a position adjacent to the first semiconductor layer. It is preferable to arrange.
また、上記の構成において、前記複数の第4半導体層の平面上の面積は、前記アクティブ領域の面積の5%以上かつ50%以下であるのが好適である。 In the above configuration, it is preferable that an area of the plurality of fourth semiconductor layers on a plane is 5% or more and 50% or less of an area of the active region.
また、上記の構成において、前記第3半導体層と前記第4半導体層との間の領域に、前記第3半導体層よりも前記第1導電型の不純物の濃度が低い前記第1導電型の第5半導体層(カソードバッファn層)を更に備えた構成としてもよい。その場合、前記第5半導体層の一部は前記複数の第4半導体層間の領域まで延在して前記第1半導体層と隣接した構成とするのが好適であり、また、前記第4半導体層におけるキャリアのライフタイムは、前記第5半導体層におけるキャリアのライフタイムよりも短いのが好適である。 Further, in the above configuration, the first conductivity type first impurity having a lower concentration of the first conductivity type impurity than the third semiconductor layer in a region between the third semiconductor layer and the fourth semiconductor layer. It is good also as a structure further provided with 5 semiconductor layers (cathode buffer n layer). In that case, it is preferable that a part of the fifth semiconductor layer extends to a region between the plurality of fourth semiconductor layers and is adjacent to the first semiconductor layer, and the fourth semiconductor layer The carrier lifetime in is preferably shorter than the carrier lifetime in the fifth semiconductor layer.
また、上記の構成において、前記第4半導体層は前記第3半導体層から隔離された位置に配置されるのが好適である。 In the above structure, it is preferable that the fourth semiconductor layer is disposed at a position isolated from the third semiconductor layer.
また、上記の構成において、二次イオン質量分析法で求められる前記第1導電型の不純物の濃度に対する、拡がり抵抗の測定に基づいて求められるキャリア濃度の比である活性化率は、前記第4半導体層における活性化率のほうが、前記第3半導体層における活性化率よりも小さいような構成としてもよい。その場合、前記第4半導体層としては、前記活性化率が10%以下の領域を有するものが好適である。 In the above configuration, the activation rate, which is the ratio of the carrier concentration obtained based on the measurement of the spreading resistance to the concentration of the first conductivity type impurity obtained by secondary ion mass spectrometry, is The activation rate in the semiconductor layer may be smaller than the activation rate in the third semiconductor layer. In that case, as the fourth semiconductor layer, a layer having an activation rate of 10% or less is preferable.
また、上記の構成において、前記第4半導体層が結晶欠陥を含むように構成してもよい。その場合、前記結晶欠陥は、前記第1導電型の不純物のイオン注入により生成されたものであるのが好適であり、またその場合、前記第3半導体層および前記第4半導体層は、前記第3半導体層を形成するために行われる前記第1導電型の不純物のイオン注入と、前記イオン注入後のレーザ照射とによって形成されたものであるのが好適である。 In the above structure, the fourth semiconductor layer may include a crystal defect. In that case, the crystal defect is preferably generated by ion implantation of the impurity of the first conductivity type, and in that case, the third semiconductor layer and the fourth semiconductor layer are 3 It is preferable that the first semiconductor layer is formed by ion implantation of the first conductivity type impurity to form a semiconductor layer and laser irradiation after the ion implantation.
また、上記の構成において、前記第3半導体層を形成するために前記第1導電型の不純物をイオン注入して生じる結晶欠陥の濃度がピークとなる位置が、前記第4半導体層の中に存在するように構成してもよい。 In the above structure, the fourth semiconductor layer has a position where the concentration of the crystal defect generated by ion implantation of the first conductivity type impurity in order to form the third semiconductor layer reaches a peak. You may comprise.
また、上記の構成において、前記第3半導体層が含有する前記第1導電型の不純物の元素種がリンであるように構成してもよい。 In the above structure, the element type of the first conductivity type impurity contained in the third semiconductor layer may be phosphorus.
また、上記の構成において、前記アクティブ領域に形成された前記第4半導体層に相当する半導体層がターミネーション領域に更に形成されるように構成してもよい。 In the above configuration, a semiconductor layer corresponding to the fourth semiconductor layer formed in the active region may be further formed in the termination region.
また、本発明の電力変換システムは、例えば、互いに直列接続された第1半導体スイッチング素子および第2半導体スイッチング素子と、前記第1半導体スイッチング素子および前記第2半導体スイッチング素子にそれぞれ逆並列に接続される第1ダイオードおよび第2ダイオードとを備え、前記第1ダイオードおよび第2ダイオードが、上記のいずれかの半導体装置で構成されることを特徴とする。 The power conversion system of the present invention is connected, for example, in antiparallel to the first semiconductor switching element and the second semiconductor switching element connected in series with each other, and to the first semiconductor switching element and the second semiconductor switching element, respectively. A first diode and a second diode, wherein the first diode and the second diode are formed of any one of the semiconductor devices described above.
以上の構成によれば、低オン電圧で低ノイズのダイオードを製造することができる。また、耐圧の低下を伴わず、リカバリ損失を低減でき、低コストな方法で製造できるダイオードを提供することができる。さらに、素子特性のバラツキを抑制するとともに、特性の調整精度を向上することが可能となる。 According to the above configuration, a low on-voltage and low noise diode can be manufactured. In addition, it is possible to provide a diode that can reduce recovery loss and can be manufactured by a low-cost method without lowering the breakdown voltage. Furthermore, it is possible to suppress variations in element characteristics and improve the adjustment accuracy of the characteristics.
以下、本発明の実施形態を、各実施例として、図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための各図において同一機能を有するものは同一の符号を付し、その繰り返しの説明は適宜省略する。また、以下の実施形態の説明では、特に必要なとき以外は同一又は同様な部分の説明は繰り返さずに適宜省略する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail based on the drawings as examples. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols in the drawings for describing the embodiments, and repetitive description thereof will be omitted as appropriate. In the following description of the embodiments, the description of the same or similar parts is not repeated and is appropriately omitted unless particularly necessary.
なお、以下の実施形態では、第1導電型をn型、第2導電型をp型として、n型Si基板を用いたダイオードをもとに説明するが、これに限定されるものではない。第1導電型をp型、第2導電型をn型として、p型Si基板を用いた場合も、n型Si基板を用いた場合と同様に、取り扱うことができる。 In the following embodiments, the first conductivity type is n-type, the second conductivity type is p-type, and a diode using an n-type Si substrate is described. However, the present invention is not limited to this. When the first conductivity type is p-type, the second conductivity type is n-type, and a p-type Si substrate is used, it can be handled in the same manner as when an n-type Si substrate is used.
以下、本発明の第1の実施形態である実施例1に係る半導体装置(ダイオード)について、図1〜図9、図17、および図18を用いて説明する。 Hereinafter, a semiconductor device (diode) according to Example 1 which is the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 9, 17, and 18.
[ダイオードの構成]
まず、図1を参照して、本発明の第1の実施形態である実施例1に係るダイオードの構成について説明する。なお、図1は、第1実施形態に係るダイオード1のアクティブ領域の模式的断面図である。ターミネーション領域については記載を省略しているが、ターミネーション領域には、p型ウェルと電極とをリング状に配置したFLR(Field Limiting Ring)型等の従来のターミネーション構造が用いられる。
[Configuration of diode]
First, with reference to FIG. 1, the structure of the diode which concerns on Example 1 which is the 1st Embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the active region of the diode 1 according to the first embodiment. Although the description of the termination region is omitted, a conventional termination structure such as a FLR (Field Limiting Ring) type in which a p-type well and an electrode are arranged in a ring shape is used for the termination region.
図1に示すように、第1実施形態に係るダイオード1は、n-ドリフト層101と、アノードp層102と、アノードp-層103と、カソードn層104と、カソードバッファn層105と、低ライフタイム領域106と、アノード電極107と、カソード電極108と、で構成されている。 As shown in FIG. 1, the diode 1 according to the first embodiment includes an n − drift layer 101, an anode p layer 102, an anode p − layer 103, a cathode n layer 104, a cathode buffer n layer 105, A low lifetime region 106, an anode electrode 107, and a cathode electrode 108 are included.
なお、以下の説明では製造工程の途中の段階を含めて、半導体層部分の全体をSi基板100と呼ぶ。 In the following description, the entire semiconductor layer portion including the stage in the middle of the manufacturing process is referred to as the Si substrate 100.
n-ドリフト層(第1半導体層)101は、n型Siからなる半導体層であって、イオン注入や拡散等により変性されない、もとのn型Si基板のままのn型半導体領域からなるn型半導体層である。 The n − drift layer (first semiconductor layer) 101 is a semiconductor layer made of n-type Si, and is an n-type semiconductor region that is not modified by ion implantation, diffusion, or the like and remains in the original n-type Si substrate. Type semiconductor layer.
カソードn層(第3半導体層)104は、Si基板100の裏面側であるカソード側に設けられ、n-ドリフト層101よりも高濃度のn型不純物領域からなるn型半導体層である。 The cathode n layer (third semiconductor layer) 104 is an n-type semiconductor layer which is provided on the cathode side which is the back surface side of the Si substrate 100 and is made of an n-type impurity region having a higher concentration than the n − drift layer 101.
カソードバッファn層(第5半導体層)105は、カソードn層104のn-ドリフト層101側に設けられ、カソードn層104よりも低濃度でn-ドリフト層101よりも高濃度のn型不純物領域からなるn型半導体層である。カソードバッファn層105はなくてもよいが、カソードバッファn層105を設けることにより、ダイオード1に逆方向電圧が印加されたときに、PN接合からアノード側への空乏層の伸びが抑制され、耐圧が向上する。 The cathode buffer n layer (fifth semiconductor layer) 105 is provided on the n − drift layer 101 side of the cathode n layer 104 and has a lower concentration than the cathode n layer 104 and a higher concentration than the n − drift layer 101. This is an n-type semiconductor layer made of a region. Although the cathode buffer n layer 105 may not be provided, by providing the cathode buffer n layer 105, when a reverse voltage is applied to the diode 1, the extension of the depletion layer from the PN junction to the anode side is suppressed, The breakdown voltage is improved.
低ライフタイム領域(第4半導体層)106は、アクティブ領域のカソードn層104とn-ドリフト層101との間に局所的に複数形成され、低ライフタイム領域106におけるキャリアのライフタイム(寿命)がn-ドリフト層101やカソードバッファn層105におけるキャリアのライフタイムよりも短いn型半導体層である。低ライフタイム領域106は、ライフタイムの長いn-ドリフト層101と隣接する位置に設けられており、n型不純物としてカソードバッファn層105が含有するn型不純物と同種の不純物(元素)を含有している。 A plurality of low lifetime regions (fourth semiconductor layer) 106 are locally formed between the cathode n layer 104 and the n − drift layer 101 in the active region, and the lifetime of carriers in the low lifetime region 106 (lifetime). Is an n-type semiconductor layer shorter than the lifetime of carriers in the n − drift layer 101 and the cathode buffer n layer 105. The low lifetime region 106 is provided at a position adjacent to the n − drift layer 101 having a long lifetime and contains the same type of impurity (element) as the n-type impurity contained in the cathode buffer n-layer 105 as an n-type impurity. doing.
なお、これらのn型半導体層の構造については、後記する[イオン注入とレーザアニールの条件]の説明と共に、更に詳細に説明する。 The structure of these n-type semiconductor layers will be described in more detail together with the description of [Ion implantation and laser annealing conditions] to be described later.
アノードp層(第2半導体層)102は、Si基板100の表面側であるアノード側に局所的に設けられ、p型不純物領域からなるp型半導体層である。 The anode p layer (second semiconductor layer) 102 is a p-type semiconductor layer that is locally provided on the anode side, which is the surface side of the Si substrate 100, and includes a p-type impurity region.
アノードp-層103は、Si基板100の表面側であるアノード側であって、アノードp層102が設けられていない領域に設けられ、アノードp層102よりも低濃度のp型不純物領域からなるp型半導体層である。 The anode p − layer 103 is provided on the anode side, which is the surface side of the Si substrate 100, and is provided in a region where the anode p layer 102 is not provided, and is formed of a p-type impurity region having a lower concentration than the anode p layer 102. It is a p-type semiconductor layer.
すなわち、p型半導体層は、Si基板100の表面側において、厚さが薄く低濃度のp型不純物領域層であるアノードp-層103が形成され、局所的に高濃度のp型不純物領域からなる厚さの厚いアノードp層102が設けられたウェル構造を有している。 That is, the p-type semiconductor layer is formed with the anode p − layer 103 which is a thin p-type impurity region layer having a small thickness and a low concentration on the surface side of the Si substrate 100, and locally from the high-concentration p-type impurity region. And a well structure provided with a thick anode p-layer 102.
本実施形態では、アクティブ領域においてアノードp層102を局所的に配置したウェル構造を有しており、アノード電極107からのホール注入量を抑制しリカバリをソフト化するように、すなわち、リカバリ時の電圧の跳ね上がりを低減されるように構成されている。 The present embodiment has a well structure in which the anode p layer 102 is locally disposed in the active region, so as to suppress the hole injection amount from the anode electrode 107 and soften the recovery, that is, at the time of recovery. The voltage jump is configured to be reduced.
図1に示した局所的に配置されたアノードp層102は、アノード側であるSi基板100の表面から見た平面視で、ドット(円)状、ストライプ状等の形状で形成することができる。例えば、アノードp層102を、直径10−100μmの円形とし、この円の間の距離を10-200μmにて配置することができる。アノードp層102の深さは3〜10μm程度、p型不純物のピーク濃度は1×1017〜1×1019cm-3程度にすることができる。なお、アノードp層102の不純物濃度や寸法は、ダイオードの耐圧、仕様により適宜設定される。 The locally disposed anode p layer 102 shown in FIG. 1 can be formed in a dot (circle) shape, a stripe shape, or the like when viewed from the surface of the Si substrate 100 on the anode side. . For example, the anode p layer 102 may be a circle having a diameter of 10-100 μm, and the distance between the circles may be 10-200 μm. The depth of the anode p layer 102 can be about 3 to 10 μm, and the peak concentration of the p-type impurity can be about 1 × 10 17 to 1 × 10 19 cm −3 . The impurity concentration and dimensions of the anode p layer 102 are appropriately set according to the breakdown voltage and specifications of the diode.
Si基板100の表面側において、アノードp層102が設けられた領域以外の領域にはアノードp層102よりも低濃度のp型不純物領域からなるアノードp-層103が形成されている。アノードp-層103のp型不純物のピーク濃度は1×1015〜1×1017cm-3程度にするのが好ましい。 On the surface side of the Si substrate 100, an anode p − layer 103 made of a p-type impurity region having a lower concentration than the anode p layer 102 is formed in a region other than the region where the anode p layer 102 is provided. The peak concentration of the p-type impurity in the anode p − layer 103 is preferably about 1 × 10 15 to 1 × 10 17 cm −3 .
アノードp-層103を設けると、アノードp-層103がない場合と比べ、アノード電極107から流れるリーク電流を低減することができる。なお、このリーク電流が許容できる場合は、アノードp-層103をなくして、p型半導体層として局所的に設けられたアノードp層102のみで構成するようにしてもよい。その場合は、アノードp-層103を形成するためのp型不純物のイオン注入工程等を省いて工程を簡略化することができる。 When the anode p − layer 103 is provided, the leakage current flowing from the anode electrode 107 can be reduced as compared with the case where the anode p − layer 103 is not provided. If this leakage current is allowable, the anode p − layer 103 may be omitted, and only the anode p layer 102 locally provided as a p-type semiconductor layer may be used. In that case, the process can be simplified by omitting the ion implantation process of the p-type impurity for forming the anode p − layer 103.
アノード電極(第1電極)107は、アノードp層102にオーミック接続された電極である。 The anode electrode (first electrode) 107 is an electrode that is ohmically connected to the anode p layer 102.
カソード電極(第2電極)108は、カソードn層104にオーミック接続された電極である。 The cathode electrode (second electrode) 108 is an electrode that is ohmically connected to the cathode n layer 104.
[ダイオードの製造方法]
次に、図2〜図5を参照(適宜図1参照)して、第1実施形態に係るダイオード1のアクティブ領域の構造の製造方法の一例について説明する。なお、ターミネーション領域の構造もアクティブ領域の構造と同時に作製するが、ターミネーション領域の構造の製造方法は従来のダイオードと同じであるので説明は簡略化する。
[Diode manufacturing method]
Next, an example of a method for manufacturing the active region structure of the diode 1 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. The structure of the termination region is manufactured at the same time as the structure of the active region. However, the manufacturing method of the structure of the termination region is the same as that of the conventional diode, so the description is simplified.
(基板の準備)
まず、ダイオード1を作製するためのSi基板100として、Siウエハを準備する。Siウエハには、耐圧に応じた比抵抗を有するFZ(Floating Zone)ウエハを用いることができる。本実施形態では、FZウエハのバルクをn-ドリフト層101とする。FZウエハの比抵抗は、例えば3.3kVの耐圧をもつダイオードでは250Ωcm程度とする。
(Preparation of substrate)
First, a Si wafer is prepared as the Si substrate 100 for manufacturing the diode 1. As the Si wafer, an FZ (Floating Zone) wafer having a specific resistance corresponding to the withstand voltage can be used. In this embodiment, the bulk of the FZ wafer is the n − drift layer 101. The specific resistance of the FZ wafer is, for example, about 250 Ωcm for a diode having a breakdown voltage of 3.3 kV.
(アクティブ領域形成工程)
図示しない最初の工程で、Si基板100の表面全体に熱酸化により酸化膜を形成する。次に、アノードp-層103を設ける領域であるアクティブ領域を形成するためのフォトリソグラフィ工程を行う。このフォトリソグラフィ工程では、Si基板100の表面にレジスト材料を塗布、露光、現像することで、アクティブ領域の全面が開口したレジストを形成する。なお、このとき、ターミネーション領域において、p型ウェルを形成する領域もレジストを開口する。続いて、レジストの開口部に露出した酸化膜をウェットエッチングで除去し、レジストも除去する。この工程で、Si基板100の表面には、アクティブ領域の全面と、ターミネーション領域のp型ウェルを形成する領域とが開口した酸化膜が形成される。
(Active area formation process)
In the first step (not shown), an oxide film is formed on the entire surface of the Si substrate 100 by thermal oxidation. Next, a photolithography process for forming an active region, which is a region where the anode p − layer 103 is provided, is performed. In this photolithography process, a resist material is applied to the surface of the Si substrate 100, exposed, and developed to form a resist with the entire active region opened. At this time, in the termination region, the region where the p-type well is formed also opens the resist. Subsequently, the oxide film exposed in the opening of the resist is removed by wet etching, and the resist is also removed. In this step, an oxide film is formed on the surface of the Si substrate 100 in which the entire active region and a region for forming a p-type well in the termination region are opened.
(アノードp-層形成工程)
その後、図2に示すように、熱酸化によりSi基板100の表面にインプラスルー酸化膜109を形成し、アクティブ領域形成工程で形成した酸化膜とインプラスルー酸化膜109とからなる酸化膜の厚膜部をマスクとして、薄膜部であるインプラスルー酸化膜109越しにアノードp-層103を形成するためのp型不純物をイオン注入する。これによって、アクティブ領域には全面にアノードp-層103のp型不純物がイオン注入される。
(Anode p - layer formation process)
Thereafter, as shown in FIG. 2, an implant through oxide film 109 is formed on the surface of the Si substrate 100 by thermal oxidation, and a thick oxide film composed of the oxide film formed in the active region forming step and the implant through oxide film 109 is formed. Using the portion as a mask, p-type impurities for forming the anode p − layer 103 are ion-implanted through the implant-through oxide film 109 which is a thin film portion. As a result, the p-type impurity of the anode p − layer 103 is ion implanted into the entire active region.
(アノードp層形成工程)
次に、図3に示すように、アノードp層102を形成するためのフォトリソグラフィ工程を行う。このフォトリソグラフィ工程では、Si基板100の表面にレジスト材料を塗布、露光、現像して、アクティブ領域のアノードp層102を形成する領域に開口を有するレジスト110を形成する。なお、このとき、不図示のターミネーション領域において、p型ウェルを形成する領域もレジストを開口する。
(Anode p layer forming step)
Next, as shown in FIG. 3, a photolithography process for forming the anode p layer 102 is performed. In this photolithography process, a resist material is applied, exposed and developed on the surface of the Si substrate 100 to form a resist 110 having an opening in a region where the anode p layer 102 in the active region is to be formed. At this time, in a termination region (not shown), a resist is also opened in a region where a p-type well is formed.
その後、レジスト110をマスクとして、アノードp層102を形成するためのp型不純物をイオン注入する。このとき同時に、不図示のターミネーション領域のp型ウェルを形成する領域にもp型不純物のイオン注入が行われる。 Thereafter, using the resist 110 as a mask, p-type impurities for forming the anode p layer 102 are ion-implanted. At the same time, ion implantation of p-type impurities is also performed in a region for forming a p-type well in a termination region (not shown).
次に、レジスト110を除去した後、高温アニールと酸化とを行うことで、図4に示すようにイオン注入したp型不純物を拡散させてアノードp層102及びアノードp-層103を形成すると共に、Si基板100の表面に形成されている酸化膜(不図示)を成長させる。 Next, after removing the resist 110, high-temperature annealing and oxidation are performed to diffuse the ion-implanted p-type impurity to form the anode p layer 102 and the anode p − layer 103 as shown in FIG. An oxide film (not shown) formed on the surface of the Si substrate 100 is grown.
(アノード電極形成工程)
続いて、コンタクト部を形成するためのフォトリソグラフィ工程を行う。このフォトリソグラフィ工程では、レジスト材料を塗布、露光、現像して、アクティブ領域の全面に開口を有するレジスト(不図示)を形成する。
(Anode electrode formation process)
Subsequently, a photolithography process for forming the contact portion is performed. In this photolithography step, a resist material is applied, exposed, and developed to form a resist (not shown) having an opening over the entire active region.
続いて、レジストの開口部に露出した酸化膜(不図示)をエッチングで除去し、レジストも除去する。その後、アノード電極107となる導電性材料からなる膜、例えば、AlSi膜をスパッタ又は蒸着で形成する。 Subsequently, the oxide film (not shown) exposed in the opening of the resist is removed by etching, and the resist is also removed. Thereafter, a film made of a conductive material to be the anode electrode 107, for example, an AlSi film is formed by sputtering or vapor deposition.
そして、不図示のターミネーション領域のp型ウェル上に設けられる電極を形成するためのフォトリソグラフィ工程とエッチング工程を行うことで、p型ウェル上の電極が形成される。このとき、図4に示すように、アクティブ領域の全面に形成されたままのAlSi膜がアノード電極107となる。 Then, an electrode on the p-type well is formed by performing a photolithography process and an etching process for forming an electrode provided on the p-type well in a termination region (not shown). At this time, as shown in FIG. 4, the AlSi film as it is formed on the entire surface of the active region becomes the anode electrode 107.
次に、不図示のターミネーション領域に設けられる電極を加工するためのレジストを除去した後、ターミネーション領域に保護膜を形成する。保護膜の形成法としては、例えば、ポリイミドの前駆体材料と感光材料とを含有する溶液を塗布し、ターミネーション領域を露光して前駆体をポリイミド化することで、ターミネーション領域上にポリイミド保護膜を形成することができる。 Next, after removing a resist for processing an electrode provided in a termination region (not shown), a protective film is formed in the termination region. As a method for forming the protective film, for example, a polyimide protective material is applied onto the termination region by applying a solution containing a polyimide precursor material and a photosensitive material, exposing the termination region to polyimidize the precursor. Can be formed.
以上で、アノード側の構造が完成する。 Thus, the anode side structure is completed.
次に、図5に示すように、カソード側の構造を形成する。 Next, as shown in FIG. 5, a structure on the cathode side is formed.
(カソードバッファn層・カソードn層・低ライフタイム領域形成工程)
その後、Si基板100の裏面側からウエハ全面に、カソードバッファn層105及びカソードn層104を形成するためのn型不純物のイオン注入を順次に行う。さらに、低ライフタイム領域106を形成するためにn型不純物をイオン注入する。このとき、低ライフタイム領域106を形成するためのn型不純物のイオン注入前に、両面アライナーを用いてレジスト110を形成する。イオン注入は、カソードバッファn層105を形成するためのn型不純物のイオン注入と比較し、高濃度でかつ同等の打ち込みエネルギーで実施する。ついで、レジストを除去する。
(Cathode buffer n layer / cathode n layer / low lifetime region forming process)
Thereafter, ion implantation of n-type impurities for forming the cathode buffer n layer 105 and the cathode n layer 104 is sequentially performed from the back surface side of the Si substrate 100 to the entire surface of the wafer. Further, n-type impurities are ion-implanted to form the low lifetime region 106. At this time, the resist 110 is formed using a double-side aligner before ion implantation of n-type impurities for forming the low lifetime region 106. The ion implantation is performed at a higher concentration and with an equivalent implantation energy as compared with ion implantation of n-type impurities for forming the cathode buffer n layer 105. Next, the resist is removed.
続いて、イオン注入したn型不純物を活性化させるためにレーザアニールを行う。活性化にレーザアニールを使うことで、Si基板100のアノード側である表面側に形成した電極及び保護膜(不図示)が耐熱温度以上に加熱されずに、裏面側のn型不純物の活性化を行うことができる。このとき、低ライフタイム領域106を形成するためにn型不純物が注入された領域の内で、レーザアニールによる活性化が十分に行われたカソードn層104側の領域がカソードバッファn層105となり、活性化率が低いn-ドリフト層101側の領域が低ライフタイム領域106となる。 Subsequently, laser annealing is performed to activate the ion-implanted n-type impurity. By using laser annealing for activation, an electrode and a protective film (not shown) formed on the surface side which is the anode side of the Si substrate 100 are not heated to a temperature higher than the heat resistant temperature, and the n-type impurity on the back side is activated. It can be performed. At this time, among the regions into which the n-type impurity has been implanted to form the low lifetime region 106, the region on the cathode n layer 104 side sufficiently activated by laser annealing becomes the cathode buffer n layer 105. The region on the n − drift layer 101 side where the activation rate is low becomes the low lifetime region 106.
レーザアニールは2回に分けて実施することも可能である。まず、カソードバッファn層105を活性化するためにレーザアニールする。この際、レーザ照射量を大きくしカソードバッファn層105全層を活性化する。レジストパターン越しに不純物注入しレジスト除去した後、低ライフタイム領域106を形成するためにレーザアニールする。この際、レーザ照射量を小さくし低ライフタイム領域106を形成する。 Laser annealing can be performed in two steps. First, laser annealing is performed to activate the cathode buffer n layer 105. At this time, the laser irradiation amount is increased to activate the entire cathode buffer n layer 105. After impurity implantation through the resist pattern and removal of the resist, laser annealing is performed to form the low lifetime region 106. At this time, the laser irradiation amount is reduced and the low lifetime region 106 is formed.
低ライフタイム領域106は周期的に形成することにより、特性バラツキを抑えることができる。図1に示したようにアノード側のパターン周期に合せることにより特性の安定化を図ることができる。また、別のパターン例として図6に示すパターンも作製することができる。また、アノードp層と同様に、図7の平面図に示すストライプパターンや図8に示すドットパターンも作製可能である。アノードp層がストライプパターンの場合、低ライフタイム領域のストライプを直交させると合せ尤度を拡大することが可能である。以上のように、アノードp層アノードp層パターンと整合をとるように形成することで特性バラツキの低減を図ることができる。 By forming the low lifetime region 106 periodically, variation in characteristics can be suppressed. As shown in FIG. 1, the characteristics can be stabilized by adjusting to the pattern period on the anode side. Moreover, the pattern shown in FIG. 6 can also be produced as another pattern example. Further, similarly to the anode p layer, the stripe pattern shown in the plan view of FIG. 7 and the dot pattern shown in FIG. 8 can be produced. If the anode p layer is a stripe pattern, it is possible to expand the combined likelihood when to Cartesian stripes of low lifetime region. As described above, characteristic variations can be reduced by forming the anode p layer so as to match the anode p layer pattern.
低ライフタイム領域106の平面上の面積は、アクティブ領域全体の5%から50%であることが望ましい。低ライフタイム領域106の面積が5%より小さくなると、低損失化が難しくなる。一方、低ライフタイム領域106の面積が50%を越えると電圧波形の発振の抑制が難しくなる。 The area on the plane of the low lifetime region 106 is desirably 5% to 50% of the entire active region. If the area of the low lifetime region 106 is smaller than 5%, it is difficult to reduce the loss. On the other hand, when the area of the low lifetime region 106 exceeds 50%, it becomes difficult to suppress the oscillation of the voltage waveform.
レーザアニールに用いるレーザは、波長532nmのYLF(Yttrium Lithium Fluoride)レーザの第2高調波、同等の波長を持つ波長532nmのYAG(Yttrium Aluminum Garnet)レーザ、波長532nmのYVO4レーザ等のレーザ等を用いることができる。また、更に波長の短い波長308nmのXeClエキシマレーザ、波長248nmのKrFエキシマレーザを用いることもできる。レーザ照射のエネルギーや波長は、n型不純物を活性化させる深さに応じて適宜選択することができる。 The laser used for laser annealing is a second harmonic of a YLF (Yttrium Lithium Fluoride) laser with a wavelength of 532 nm, a YAG (Yttrium Aluminum Garnet) laser with a wavelength of 532 nm, a YVO 4 laser with a wavelength of 532 nm, or the like. Can be used. Further, an XeCl excimer laser with a shorter wavelength of 308 nm and a KrF excimer laser with a wavelength of 248 nm can also be used. The energy and wavelength of laser irradiation can be appropriately selected according to the depth at which the n-type impurity is activated.
(カソード電極形成工程)
レーザアニール後に、カソード側である裏面にカソード電極108を形成する。なお、カソード電極108は、金属等の適宜な導電性材料を用いて、アノード電極107と同様の方法で形成することができる。
(Cathode electrode formation process)
After the laser annealing, the cathode electrode 108 is formed on the back surface that is the cathode side. Note that the cathode electrode 108 can be formed by a method similar to that of the anode electrode 107 using an appropriate conductive material such as metal.
その後、必要に応じて、ウエハ全域についてのキャリアのライフタイムを調整するために、裏面側から電子線照射を行い、更に、電子線照射によるダメージ回復のためにアニール処理を行うようにしてもよい。 Thereafter, if necessary, in order to adjust the lifetime of the carrier for the entire wafer, electron beam irradiation may be performed from the back side, and further, annealing treatment may be performed to recover damage due to electron beam irradiation. .
また、アノード側のキャリアライフタイムを局所的に短くし、リカバリー時の跳ね上がり電圧を低減するために、アノード側にHeやプロトンを照射しアニール処理しても良い。 Further, in order to locally shorten the carrier lifetime on the anode side and reduce the jumping voltage at the time of recovery, the anode side may be irradiated with He or proton and annealed.
(分割工程)
最後にウエハをダイシングなどで分割してダイオード1のチップが完成する。
(Division process)
Finally, the wafer is divided by dicing or the like to complete the diode 1 chip.
[イオン注入とレーザアニールの条件]
次に、イオン注入とレーザアニールの条件について説明する。
[Conditions for ion implantation and laser annealing]
Next, conditions for ion implantation and laser annealing will be described.
イオン注入により生成される結晶欠陥の濃度がピークとなる深さは、レーザアニールによりイオン注入されたn型不純物が活性化される深さよりも、深い方が望ましい。結晶欠陥の濃度がピークとなる深さの方が深くすることで、結晶欠陥分布の深さ方向のばらつき及びレーザアニールで活性化される深さ方向のばらつきによる、低ライフタイム領域106に残存する結晶欠陥の量のばらつきを低減することができる。 The depth at which the concentration of crystal defects generated by ion implantation reaches a peak is preferably deeper than the depth at which n-type impurities implanted by laser annealing are activated. By increasing the depth at which the concentration of crystal defects reaches a peak, it remains in the low lifetime region 106 due to variations in the crystal defect distribution in the depth direction and variations in the depth direction activated by laser annealing. Variation in the amount of crystal defects can be reduced.
ここで、図9を参照(適宜図1参照)して、カソード側であるn型半導体層の深さ方向の構造について説明する。図9は、後記する条件で作製した実施例に係るダイオードのい低ライフタイム領域106について、Si基板100の裏面、すなわちカソード側の表面からの深さ方向のn型不純物の濃度プロファイル(実線)及び活性化されたn型不純物の濃度プロファイル(破線)を示したものである。 Here, the structure in the depth direction of the n-type semiconductor layer on the cathode side will be described with reference to FIG. 9 (refer to FIG. 1 as appropriate). FIG. 9 shows an n-type impurity concentration profile in the depth direction from the back surface of the Si substrate 100, that is, the cathode side surface (solid line) in the low lifetime region 106 of the diode according to the example manufactured under the conditions described later. And a concentration profile (broken line) of the activated n-type impurity.
n型不純物の濃度プロファイルは、ダイオード1のSi基板100のカソード側の表面からの2次イオン質量分析法(SIMS:Secondary Ion Mass Spectrometry)によりn型不純物元素の濃度を測定することで求めることができる。また、活性化されたn型不純物の濃度プロファイルは、拡がり抵抗(SR:Speading Resistance)の深さ方向の分布を測定し、測定したSR値をキャリア濃度に換算して求めることができる。 The concentration profile of the n-type impurity can be obtained by measuring the concentration of the n-type impurity element by secondary ion mass spectrometry (SIMS) from the cathode side surface of the Si substrate 100 of the diode 1. it can. Further, the concentration profile of the activated n-type impurity can be obtained by measuring the distribution of the spreading resistance (SR) in the depth direction and converting the measured SR value into the carrier concentration.
また、活性化率は、(SR測定で求めたキャリア濃度)/(SIMS測定で求めたn型不純物濃度)と定義することとする。ここで、キャリア濃度とは、SR測定で求めた活性化されたn型不純物の濃度のことである。 The activation rate is defined as (carrier concentration determined by SR measurement) / (n-type impurity concentration determined by SIMS measurement). Here, the carrier concentration is the concentration of the activated n-type impurity obtained by SR measurement.
図9に示した濃度プロファイルについて説明する。 The density profile shown in FIG. 9 will be described.
Si基板100のカソード側の表面(深さ0μm)から0.3μm程度の深さまでの領域Aは、SIMS測定により求めた不純物濃度及びSR測定で求めたキャリア濃度が共に、1×1019cm-3以上の高濃度であり、かつ略一定値である。この領域は、カソードn層104を形成するためにn型不純物としてのリンを高濃度でイオン注入した領域であり、レーザアニールでSi基板100のカソード側の表面付近の結晶が溶融したためにボックス状のプロファイルになっている。この領域Aがカソードn層104に相当する。 In the region A from the cathode side surface (depth 0 μm) of the Si substrate 100 to a depth of about 0.3 μm, both the impurity concentration obtained by SIMS measurement and the carrier concentration obtained by SR measurement are 1 × 10 19 cm −. High concentration of 3 or more and a substantially constant value. This region is a region in which phosphorus as an n-type impurity is ion-implanted at a high concentration in order to form the cathode n layer 104. Since the crystal near the surface on the cathode side of the Si substrate 100 is melted by laser annealing, the region is box-shaped. It has become a profile. This region A corresponds to the cathode n layer 104.
なお、この領域のキャリア濃度が低いと、導通時にカソード電極108からの電子注入が減るので、ダイオード1の順方向電圧が上がってしまう。また、導通時のカソード側のキャリア濃度が低くなるために、リカバリ時に電圧の跳ね上がり・振動が起こりやすくなってしまう。従って、カソードn層104のキャリア濃度は、より高濃度である方が好ましく、1×1019cm-3以上であることが望ましい。 If the carrier concentration in this region is low, electron injection from the cathode electrode 108 is reduced during conduction, and the forward voltage of the diode 1 increases. In addition, since the carrier concentration on the cathode side during conduction is low, voltage jumping and vibration are likely to occur during recovery. Accordingly, the carrier concentration of the cathode n layer 104 is preferably higher, and is preferably 1 × 10 19 cm −3 or more.
カソードn層104を示すボックス状のプロファイルの領域Aにおけるn型不純物の活性化率は、レーザの照射エネルギーにもよるが、20〜100%程度になる。なお、カソードn層104は、活性化率が100%未満であっても、キャリア濃度自体が高濃度であればよい。 The activation rate of the n-type impurity in the region A of the box-shaped profile indicating the cathode n layer 104 is about 20 to 100%, although it depends on the irradiation energy of the laser. The cathode n layer 104 may have a high carrier concentration itself even if the activation rate is less than 100%.
なお、Si基板100のカソード側の表面からの深さが0.3μm付近のn型不純物濃度及びキャリア濃度が急激に減少する領域の活性化率に関しては、現状では十分な精度が得られないため、詳細な検討は省略する。十分な精度が得られないのは、SR測定における深さ方向の原点に十分な精度が得られないことと、PN接合付近では空乏層の影響を受けてSR測定の精度が落ちることとによるものである。 It should be noted that the activation rate of the region where the n-type impurity concentration and the carrier concentration near the depth of 0.3 μm from the surface of the cathode side of the Si substrate 100 rapidly decrease is not sufficiently accurate at present. Detailed examination is omitted. The reason why sufficient accuracy cannot be obtained is that sufficient accuracy cannot be obtained at the origin in the depth direction in SR measurement, and the accuracy of SR measurement decreases due to the influence of the depletion layer near the PN junction. It is.
Si基板100のカソード側の表面から0.3〜2.7μmまでの深さの領域(領域B及び領域C)は、カソードバッファn層105を形成するためにn型不純物を注入した領域である。この領域の中で、0.3〜1.0μmまでの深さの領域Bは、SIMS測定で求めたn型不純物濃度とSR測定で求めたキャリア濃度とが一致しており、活性化率はほぼ100%である。レーザ照射でSi基板100のカソード側の表面を加熱した熱が1.0μmの深さまで十分に伝わり、n型不純物が十分に活性化されたためである。この領域Bが電気的に有効なカソードバッファn層105に相当する。 Regions (region B and region C) having a depth of 0.3 to 2.7 μm from the cathode-side surface of the Si substrate 100 are regions into which n-type impurities have been implanted in order to form the cathode buffer n layer 105. . Among these regions, in the region B having a depth of 0.3 to 1.0 μm, the n-type impurity concentration obtained by SIMS measurement and the carrier concentration obtained by SR measurement coincide with each other, and the activation rate is Nearly 100%. Transmitted to sufficient heat to the cathode side surface of the heated pressurized the Si substrate 100 by laser irradiation to a depth of 1.0 .mu.m, n-type impurity is due to be fully activated. This region B corresponds to the electrically effective cathode buffer n layer 105.
カソードバッファn層105を形成するためにn型不純物が注入された深さ0.3〜2.7μmまでの領域の中で、1.0μmよりも深い部分である領域Cは、SIMS測定で求めたn型不純物濃度と比べて、SR測定で求めたキャリア濃度が低く、n型不純物の活性化率が低下している領域である。レーザ照射による熱がこの領域には十分に伝わらず、イオン注入による結晶欠陥が残存して活性化率が低く、活性化率が5%未満となる領域が含まれている。結晶欠陥が残存することで、この領域Cがキャリアのライフタイムが短い領域となっており、この領域Cが低ライフタイム領域106に相当する。この図から、低ライフタイム領域(領域C)がカソードn層(領域A)から離れて位置していることがわかる。この構成では高濃度のn層から結晶欠陥が分離しており、耐圧の向上に有効となる。 Of the region up to a depth of 0.3 to 2.7 μm into which the n-type impurity has been implanted to form the cathode buffer n layer 105, the region C that is deeper than 1.0 μm is obtained by SIMS measurement. This is a region where the carrier concentration obtained by SR measurement is lower than the n-type impurity concentration and the activation rate of the n-type impurity is reduced. Heat is not sufficiently transmitted to this region due to laser irradiation, and there is a region where the crystal defect due to ion implantation remains, the activation rate is low, and the activation rate is less than 5%. Since crystal defects remain, this region C is a region with a short carrier lifetime, and this region C corresponds to the low lifetime region 106. From this figure, it can be seen that the low lifetime region (region C) is located away from the cathode n layer (region A). In this configuration, crystal defects are separated from the high-concentration n layer, which is effective in improving the breakdown voltage.
また、2.7μm以上の領域Dは、n型不純物のイオン注入がされない領域であり、n-ドリフト層101に相当する。 A region D of 2.7 μm or more is a region where n-type impurity ions are not implanted, and corresponds to the n − drift layer 101.
ここで、低ライフタイム領域106について定義する。低ライフタイム領域106は、前記したように図9に示したプロファイルに基づいて定めることができる。このときに、低ライフタイム領域106は、リカバリー損失を低減するために活性化率が10%以下であることが望ましい。 Here, the low lifetime region 106 is defined. As described above, the low lifetime region 106 can be determined based on the profile shown in FIG. At this time, it is desirable that the low lifetime region 106 has an activation rate of 10% or less in order to reduce recovery loss.
図9に示した例では、カソードバッファn層105の形成のためにイオン注入したn型不純物のピーク濃度の深さは1.2μm程度である。また、結晶欠陥の量のピーク深さは、n型不純物としてリンを720keVのエネルギーでイオン注入した場合にはn型不純物のピーク濃度の深さよりも10%程度浅くなるので、1.1μm程度となる。 In the example shown in FIG. 9, the depth of the peak concentration of the n-type impurity ion-implanted for forming the cathode buffer n layer 105 is about 1.2 μm. In addition, the peak depth of the amount of crystal defects is about 1.1 μm because phosphorus is ion-implanted at an energy of 720 keV as an n-type impurity and is about 10% shallower than the peak concentration of the n-type impurity. Become.
活性化率は不純物ドーズ量、イオン注入エネルギー、レーザ照射量、レーザ波長などで制御することが可能である。図1の実施例では、不純物ドーズ量を増加することにより低ライフタイム領域106を形成している。 The activation rate can be controlled by the impurity dose, ion implantation energy, laser irradiation amount, laser wavelength, and the like. In the embodiment of FIG. 1, the low lifetime region 106 is formed by increasing the impurity dose.
結晶欠陥の分布を深くするためには、イオン注入するn型不純物として、より軽い元素を用いるか、イオン注入のエネルギーを高くする。イオン注入する元素としてプロトン(水素)やヘリウムを用いると、イオン注入の飛程が大きくなり過ぎるため、イオン注入の深さ方向の幅が大きくなり過ぎてしまい、かつ、大掛かりなサイクロトロンの粒子線照射装置を必要としてしまう。また、パターン形成のために、阻止能力の高い材料でマスクを形成する必要があるが、パターン精度の確保や微細化が難しくなるとともに、パターンの合せ精度を劣化する。従って、LSI(大規模集積回路)の製造において、n型不純物層を形成するのに用いられるn型不純物元素の中で最も軽いリンを用いホトプロセスでパターン形成するのが最も望ましい。 In order to deepen the distribution of crystal defects, a lighter element is used as the n-type impurity for ion implantation, or the energy for ion implantation is increased. When proton (hydrogen) or helium is used as an ion implantation element, the ion implantation range becomes too large, resulting in an excessively large width in the ion implantation depth, and large cyclotron particle beam irradiation. Requires equipment. Further, in order to form a pattern, it is necessary to form a mask with a material having a high blocking ability. However, it becomes difficult to ensure and miniaturize the pattern accuracy and deteriorate the pattern alignment accuracy. Therefore, in the manufacture of LSI (Large Scale Integrated Circuit), it is most desirable to pattern by a photo process using the lightest phosphorus among n-type impurity elements used to form an n-type impurity layer.
また、レーザの波長に関しては、図9に示した例では、波長532nmのYLFレーザの第2高調波を用いたが、更に波長の短い波長308nmのXeClエキシマレーザ、波長248nmのKrFエキシマレーザを用いることで、更にn型不純物が活性化を制御することもできる。 As for the wavelength of the laser, in the example shown in FIG. 9, the second harmonic of the YLF laser having a wavelength of 532 nm is used, but an XeCl excimer laser having a shorter wavelength of 308 nm and a KrF excimer laser having a wavelength of 248 nm are used. Thus, the activation of n-type impurities can also be controlled.
[比較実験]
次に、図1、図17、及び図18を参照して、図1に示した本発明の第1の実施形態である実施例1に係るダイオード1と図17に示した比較例とを比較するために発明者らが行った実験について説明する。
[Comparison experiment]
Next, referring to FIG. 1, FIG. 17, and FIG. 18, the diode 1 according to Example 1, which is the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1, is compared with the comparative example shown in FIG. An experiment conducted by the inventors for this purpose will be described.
(作製条件)
実施例1のダイオード1は、Si基板100としてn型Siウエハを用い、カソードバッファn層105を形成するためのn型不純物としてリンを、エネルギー720keV、オフ角0°、ドース2×1011cm-2で注入する。また、カソードn層104のn型不純物としてリンを、エネルギー60keV、オフ角7°、ドース1×1015cm-2で注入する。さらに、低ライフタイム領域106を形成するため、レジストパターンを形成し、リンをエネルギー720keV、オフ角0°、ドース4×1012cm-2で注入する。その後、レジスト除去後、注入したn型不純物を活性化させるためのレーザアニールとして、波長532nmのYLFレーザの第2高調波を1.5J/cm2のエネルギーで照射した。
(Production conditions)
The diode 1 of Example 1 uses an n-type Si wafer as the Si substrate 100, phosphorus as an n-type impurity for forming the cathode buffer n layer 105, an energy of 720 keV, an off angle of 0 °, and a dose of 2 × 10 11 cm. Inject at -2 . Further, phosphorus is implanted as an n-type impurity of the cathode n layer 104 at an energy of 60 keV, an off angle of 7 °, and a dose of 1 × 10 15 cm −2 . Further, in order to form the low lifetime region 106, a resist pattern is formed, and phosphorus is implanted at an energy of 720 keV, an off angle of 0 °, and a dose of 4 × 10 12 cm −2 . Thereafter, after removing the resist, as laser annealing for activating the implanted n-type impurity, a second harmonic of a YLF laser having a wavelength of 532 nm was irradiated with an energy of 1.5 J / cm 2 .
また、比較例として、図17に示すダイオード1Gを作成した。このダイオードでは低ライフタイム領域106をパターニングしていないため、前面にリンをエネルギー720keV、オフ角0°、ドース1×1012cm-2で注入する。ついで、イオン注入したn型不純物を活性化させるためのレーザアニールとして、レーザ照射エネルギーを1.5J/cm2と高くしてダイオードを作製した。なお、比較例におけるその他の条件は、実施例1における条件と同じである。 Moreover, the diode 1G shown in FIG. 17 was created as a comparative example. Since the low lifetime region 106 is not patterned in this diode, phosphorus is implanted into the front surface at an energy of 720 keV, an off angle of 0 °, and a dose of 1 × 10 12 cm −2 . Next, as laser annealing for activating the ion-implanted n-type impurity, the laser irradiation energy was increased to 1.5 J / cm 2 to produce a diode. Other conditions in the comparative example are the same as those in the first embodiment.
実施例1では、ダイオードのオン電圧を揃えるために、低ライフタイム領域106の面積比率を調整した。その結果、オン電圧が2.7Vと揃えることができた。定格動作時のリカバリ損失が、比較例においては1.43Jであるのに対して、実施例においては1.42Jとほぼ同等かそれ以下の値となることがわかった。 In Example 1, the area ratio of the low lifetime region 106 was adjusted in order to make the on-voltages of the diodes uniform. As a result, the on-voltage could be aligned with 2.7V. It was found that the recovery loss at the rated operation was 1.43 J in the comparative example, whereas it was almost equal to or less than 1.42 J in the example.
(リカバリ時の電流・電圧波形)
図18に、実施例1(実線)及び比較例(破線)それぞれのダイオード1及び1Gの、室温における小電流(定格電流X1/10)リカバリ特性の電流波形及び電圧波形を示す。
(Current / voltage waveforms during recovery)
FIG. 18 shows a current waveform and a voltage waveform of a small current (rated current X1 / 10) recovery characteristic at room temperature of each of the diodes 1 and 1G of Example 1 (solid line) and the comparative example (broken line).
この図から、比較例の波形で振動が観測されるのに対して、実施例1の波形では振動が観測されないことがわかる。 From this figure, it can be seen that vibration is observed in the waveform of the comparative example, whereas no vibration is observed in the waveform of Example 1.
この結果から、本発明のダイオードの低ライフタイム領域106をアクティブ領域に複数配置した構成が低ノイズ化に極めて有効であることが確認できた。このダイオードを電力変換システムに適用して、後述する実施例8に係る電力変換システムを構成することで、電力変換システムにおける信頼性の向上、並びにEMI低減を図ることができる。 From this result, it was confirmed that a configuration in which a plurality of low lifetime regions 106 of the diode of the present invention are arranged in the active region is extremely effective for reducing noise. By applying this diode to a power conversion system and configuring a power conversion system according to Example 8 to be described later, it is possible to improve reliability and reduce EMI in the power conversion system.
次に、図10を参照して、本発明の第2の実施形態である実施例2に係るダイオードの構成について説明する。なお、図10は、第2実施形態に係るダイオード1Aのアクティブ領域の模式的断面図である。ターミネーション領域については記載を省略しているが、第1実施形態と同様に、p型ウェルと電極とをリング状に配置したFLR型等の従来のターミネーション構造が用いられる。 Next, with reference to FIG. 10, the structure of the diode which concerns on Example 2 which is the 2nd Embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of the active region of the diode 1A according to the second embodiment. Although the description of the termination region is omitted, a conventional termination structure such as an FLR type in which a p-type well and an electrode are arranged in a ring shape is used as in the first embodiment.
図10に示すように、第2実施形態に係るダイオード1Aは、図1に示した第1実施形態に係るダイオード1に対して、アノードp層102がウェル構造を有さず、またアノードp-層103を設けずに、アノード側のアクティブ領域の全面にアノードp層(第2半導体層)102を形成していることが異なる。他の構成については、第1実施形態と同様であるから説明は省略する。 As shown in FIG. 10, the diode 1A according to the second embodiment is different from the diode 1 according to the first embodiment shown in FIG. 1 in that the anode p layer 102 does not have a well structure and the anode p − The difference is that the anode p layer (second semiconductor layer) 102 is formed on the entire surface of the active region on the anode side without providing the layer 103. Since other configurations are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted.
本実施形態に係るダイオード1Aは、アノード電極107側のアクティブ領域上の全面にアノードp層102を形成するため、アノードp層102を局所的に形成するためのフォトリソグラフィ工程が不要となり、アノードp-層103を形成するためのイオン注入の工程も省略できるため、製造コストを低減できる。他の工程については、第1実施形態と同様であるから説明は省略する。 In the diode 1A according to the present embodiment, the anode p layer 102 is formed on the entire surface of the active region on the anode electrode 107 side, so that a photolithography process for locally forming the anode p layer 102 is not required. - since the ion implantation process for forming the layer 103 can be omitted, the manufacturing cost can be reduced. The other steps are the same as those in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.
次に、図11を参照して、本発明の第3の実施形態である実施例3に係るダイオードの構成について説明する。なお、図11は、第3実施形態に係るダイオード1Bのアクティブ領域の模式的断面図である。ターミネーション領域については記載を省略しているが、第1実施形態と同様に、p型ウェルと電極とを配置したFLR型等の従来のターミネーション構造が用いられる。 Next, with reference to FIG. 11, the structure of the diode which concerns on Example 3 which is the 3rd Embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of the active region of the diode 1B according to the third embodiment. Although the description of the termination region is omitted, a conventional termination structure such as an FLR type in which a p-type well and an electrode are arranged is used as in the first embodiment.
図11に示すように、第2実施形態に係るダイオード1Bは、図1に示した第1実施形態に係るダイオード1に対して、低ライフタイム領域106がカソードn層103に接して形成されている構成となっている。 As shown in FIG. 11, the diode 1 </ b> B according to the second embodiment is formed such that the low lifetime region 106 is in contact with the cathode n layer 103 compared to the diode 1 according to the first embodiment shown in FIG. 1. It is the composition which is.
本実施形態に係るダイオード1Bは、実施例1と同様に、カソードバッファn層105及びカソードn層104を形成するためのn型不純物のイオン注入を順次に実施しレジストパターンを形成した後、低ライフタイム領域106を形成するためにn型不純物をイオン注入している。このとき、不純物ドーズ量を、カソードバッファn層105を形成するためのn型不純物のイオン注入と比較し大きくしている。またイオン注入エネルギーも大きくしている。 As in Example 1, the diode 1B according to the present embodiment performs n-type impurity ion implantation for forming the cathode buffer n layer 105 and the cathode n layer 104 in order, and forms a resist pattern. In order to form the lifetime region 106, n-type impurities are ion-implanted. At this time, the impurity dose is set larger than the ion implantation of the n-type impurity for forming the cathode buffer n layer 105. The ion implantation energy is also increased.
ついで、レジストを除去し、レーザアニールすることでカソードバッファn層105及びカソードn層104の不純物を活性化すると同時に、低ライフタイム領域106を形成した。ここでレーザ照射量を調整することでカソードバッファn層105の結晶欠陥を減小しつつ低ライフタイム領域106をカソードn層104に接する領域まで形成するようにした。他の工程については、第1実施形態と同様であるから説明は省略する。この構成においても、カソードn層104中に結晶欠陥を生じないため耐圧を確保することが可能となる。 Subsequently, the resist was removed, and laser annealing was performed to activate impurities in the cathode buffer n layer 105 and the cathode n layer 104, and at the same time, a low lifetime region 106 was formed. Here, by adjusting the laser irradiation amount, the low lifetime region 106 is formed up to the region in contact with the cathode n layer 104 while reducing crystal defects in the cathode buffer n layer 105. The other steps are the same as those in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted. Even in this configuration, since a crystal defect does not occur in the cathode n layer 104, a breakdown voltage can be secured.
次に、図12を参照して、本発明の第4の実施形態である実施例4に係るダイオードの構成について説明する。なお、図12は、第4実施形態に係るダイオード1Cのアクティブ領域の模式的断面図である。ターミネーション領域については記載を省略しているが、第1実施形態と同様に、p型ウェルと電極とをリング状に配置したFLR型等の従来のターミネーション構造が用いられる。 Next, with reference to FIG. 12, the structure of the diode which concerns on Example 4 which is the 4th Embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of the active region of the diode 1C according to the fourth embodiment. Although the description of the termination region is omitted, a conventional termination structure such as an FLR type in which a p-type well and an electrode are arranged in a ring shape is used as in the first embodiment.
図12に示すように、第2実施形態に係るダイオード1Cは、図1に示した第1実施形態に係るダイオード1に対して、低ライフタイム領域106がn−ドリフト層101中に形成されている構成となっている。 As shown in FIG. 12, the diode 1 </ b> C according to the second embodiment has a low lifetime region 106 formed in the n− drift layer 101 compared to the diode 1 according to the first embodiment shown in FIG. 1. It is the composition which is.
本実施形態に係るダイオード1Cは、実施例1と同様に、カソードバッファn層105及びカソードn層104を形成するためのn型不純物のイオン注入を順次に実施しレジストパターンを形成した後、低ライフタイム領域106を形成するためにn型不純物をイオン注入している。このとき、イオンエネルギーを、カソードバッファn層105を形成するためのn型不純物のイオン注入と比較し、イオンエネルギーを大きくし深くまで不純物を注入した。 Similarly to Example 1, the diode 1C according to the present embodiment performs n-type impurity ion implantation for forming the cathode buffer n layer 105 and the cathode n layer 104 in order, and forms a resist pattern. In order to form the lifetime region 106, n-type impurities are ion-implanted. At this time, the ion energy was compared with the ion implantation of the n-type impurity for forming the cathode buffer n layer 105, and the ion energy was increased and the impurity was implanted deeply.
ついで、レジストを除去し、レーザアニールすることでカソードバッファn層105及びカソードn層104の不純物を活性化すると同時に、低ライフタイム領域106を形成した。他の工程については、第1実施形態と同様であるから説明は省略する。 Subsequently, the resist was removed, and laser annealing was performed to activate impurities in the cathode buffer n layer 105 and the cathode n layer 104, and at the same time, a low lifetime region 106 was formed. The other steps are the same as those in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.
次に、図13を参照して、本発明の第5の実施形態である実施例5に係るダイオードの構成について説明する。なお、図13は、第5実施形態に係るダイオード1Dのアクティブ領域の模式的断面図である。ターミネーション領域については記載を省略しているが、第1実施形態と同様に、p型ウェルと電極とをリング状に配置したFLR型等の従来のターミネーション構造が用いられる。 Next, with reference to FIG. 13, the structure of the diode which concerns on Example 5 which is the 5th Embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of the active region of the diode 1D according to the fifth embodiment. Although the description of the termination region is omitted, a conventional termination structure such as an FLR type in which a p-type well and an electrode are arranged in a ring shape is used as in the first embodiment.
図13に示すように、第5実施形態に係るダイオード1Dは、図1に示した第1実施形態に係るダイオード1に対して、低ライフタイム領域106がカソードバッファn層105中に形成されている構成となっている。低ライフタイム領域のアノード側は、この領域よりキャリアのライフタイムの長いカソードバッファn層105に接している。 As shown in FIG. 13, the diode 1D according to the fifth embodiment has a low lifetime region 106 formed in the cathode buffer n layer 105 compared to the diode 1 according to the first embodiment shown in FIG. It is the composition which is. The anode side of the low lifetime region is in contact with the cathode buffer n layer 105 having a longer carrier lifetime than this region.
本実施形態に係るダイオード1Dは、まず、カソード側にPなどのn型不純物をイオン注入した後、熱処理で拡散し活性化しカソードバッファn層105を形成する。その後、実施例1と同様に、アノードp-層103、アノードp層102を形成する。ついで、カソードn層104を形成するためのn型不純物のイオン注入し、レジストパターンを形成した後、低ライフタイム領域106を形成するためにn型不純物をイオン注入する。 In the diode 1D according to this embodiment, first, an n-type impurity such as P is ion-implanted on the cathode side, and then diffused and activated by heat treatment to form the cathode buffer n layer 105. Thereafter, similarly to Example 1, an anode p − layer 103 and an anode p layer 102 are formed. Next, n-type impurities are ion-implanted to form the cathode n-layer 104, a resist pattern is formed, and then n-type impurities are ion-implanted to form the low lifetime region 106.
ついで、レジストを除去し、レーザアニールすることでカソードn層104の不純物を活性化すると同時に、低ライフタイム領域106を形成した。他の工程については、第1実施形態と同様であるから説明は省略する。 Next, the resist was removed and laser annealing was performed to activate impurities in the cathode n layer 104, and at the same time, a low lifetime region 106 was formed. The other steps are the same as those in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.
次に、図14を参照して、本発明の第6の実施形態である実施例6に係るダイオードの構成について説明する。なお、図14は、第6実施形態に係るダイオード1Eのアクティブ領域及びターミネーション領域の模式的断面図である。ターミネーション領域については、p型ウェル(111)とフィールドプレート電極(114)とをリング状に配置したFLR型のターミネーション構造を用いた。FLRの本数は図示した本数に限定されるものではない。また、ターミネーション構造としてはFLR以外にJTE(Junction Termination Extension)などの構造も適用できる。 Next, with reference to FIG. 14, the structure of the diode according to Example 6 which is the sixth embodiment of the present invention will be described. FIG. 14 is a schematic cross-sectional view of the active region and the termination region of the diode 1E according to the sixth embodiment. For the termination region, an FLR type termination structure in which a p-type well (111) and a field plate electrode (114) are arranged in a ring shape is used. The number of FLRs is not limited to the number shown. As the termination structure, a structure such as JTE (Junction Termination Extension) can be applied in addition to the FLR.
図14に示すように、第6実施形態に係るダイオード1Eは、図12に示した第4実施形態に係るダイオード1Cをアクティブ領域に適用し、ターミネーション領域にも低ライフタイム領域106を設けた構造となっている。 As shown in FIG. 14, the diode 1E according to the sixth embodiment has a structure in which the diode 1C according to the fourth embodiment shown in FIG. 12 is applied to the active region, and the low lifetime region 106 is also provided in the termination region. It has become.
ターミネーション領域のpウェル(111)はアクティブ領域のアノードp層(102)と同時に形成した。また、チャネルストッパ層(112)は、この部分を開口したレジストパターン越しにBなどのp型不純物をイオン打込みして形成した。さらに、フィールドプレート電極(114)はアノード電極(107)と同時に形成した。 The termination region p-well (111) was formed simultaneously with the active region anode p-layer (102). The channel stopper layer (112) was formed by ion implantation of p-type impurities such as B through a resist pattern having an opening in this portion. Further, the field plate electrode (114) was formed simultaneously with the anode electrode (107).
低ライフタイム領域106を形成する際、ターミネーション領域のレジストパターンを開口することにより、アクティブと同時にターミネーション領域にも低ライフタイム領域106を形成することができる。 When the low lifetime region 106 is formed, by opening the resist pattern in the termination region, the low lifetime region 106 can be formed in the termination region simultaneously with the active.
本実施形態に係るダイオード1Cは、ターミネーション領域へのキャリア注入を抑制することができる。このため、リカバリー耐量の優れたダイオードを提供することが可能となる。 The diode 1 </ b> C according to this embodiment can suppress carrier injection into the termination region. For this reason, it is possible to provide a diode with excellent recovery tolerance.
次に、図15を参照して、本発明の第7の実施形態である実施例7に係るダイオードの構成について説明する。なお、図15は、第7実施形態に係るダイオード1Fのアクティブ領域及びターミネーション領域の模式的断面図である。第6実施形態と同様に、ターミネーション領域については、p型ウェル(111)とフィールドプレート電極(114)とをリング状に配置したFLR型のターミネーション構造を用いた。FLRの本数は図示した本数に限定されるものではない。また、ターミネーション構造としてはFLR以外にJTE(Junction Termination Extension)などの構造も適用できる。 Next, with reference to FIG. 15, the structure of the diode according to Example 7 which is the seventh embodiment of the present invention will be described. FIG. 15 is a schematic cross-sectional view of the active region and the termination region of the diode 1F according to the seventh embodiment. As in the sixth embodiment, for the termination region, an FLR type termination structure in which a p-type well (111) and a field plate electrode (114) are arranged in a ring shape is used. The number of FLRs is not limited to the number shown. As the termination structure, a structure such as JTE (Junction Termination Extension) can be applied in addition to the FLR.
図15に示すように、第7実施形態に係るダイオード1Fは、図14に示した第6実施形態に係るダイオード1Eと比較し、カソードn層104がアクティブ領域にのみ形成されている構造となっている。 As shown in FIG. 15, the diode 1F according to the seventh embodiment has a structure in which the cathode n layer 104 is formed only in the active region, compared to the diode 1E according to the sixth embodiment shown in FIG. ing.
この構造は、カソードn層を形成する際、アクティブ領域を開口したレジストパターン適用しイオン注入することにより形成することができる。ついで、低ライフタイム領域106を形成する際、ターミネーション領域のレジストパターンを開口することにより、アクティブと同時にターミネーション領域にも低ライフタイム領域106を形成する。 This structure can be formed by applying a resist pattern having an opening in the active region and implanting ions when forming the cathode n layer. Next, when the low lifetime region 106 is formed, the low lifetime region 106 is formed in the termination region simultaneously with the active by opening a resist pattern in the termination region.
本実施形態に係るダイオード1Fは、ターミネーション領域へのキャリア注入を抑制することができる。このため、リカバリー耐量の優れたダイオードを提供することが可能となる。 The diode 1F according to the present embodiment can suppress carrier injection into the termination region. For this reason, it is possible to provide a diode with excellent recovery tolerance.
次に、図16を参照して、本発明の第8の実施形態である実施例8に係る電力変換システムについて説明する。図16に示す第8実施形態に係る電力変換システム10は、本発明によるダイオードを用いた電力変換システムである。 Next, with reference to FIG. 16, the power conversion system which concerns on Example 8 which is the 8th Embodiment of this invention is demonstrated. A power conversion system 10 according to the eighth embodiment shown in FIG. 16 is a power conversion system using a diode according to the present invention.
図16に示すように、本実施形態に係る電力変換システム10は、モータ駆動用の3相インバータ回路を備えるものである。半導体スイッチング素子であるIGBT200a〜200fには、それぞれ本発明によるダイオード201a〜201fが逆並列に接続されている。すなわち、ダイオード201a〜201fはフリーホイールダイオードとして動作する。これらのダイオード201a〜201fとしては、前記した何れかの実施形態又はその変形例に係るダイオードが用いられる。IGBT(第1半導体スイッチング素子)200a〜200cとIGBT(第2半導体スイッチング素子)200d〜200fとが、それぞれ1個ずつ組み合わされて2個直列に接続され、従って、IGBTとダイオードとの逆並列回路が2個直列に接続されて、それぞれ1相分のハーフブリッジ回路が構成されている。 As shown in FIG. 16, the power conversion system 10 according to the present embodiment includes a three-phase inverter circuit for driving a motor. Diodes 201a to 201f according to the present invention are connected in antiparallel to the IGBTs 200a to 200f, which are semiconductor switching elements. That is, the diodes 201a to 201f operate as freewheeling diodes. As these diodes 201a to 201f, the diodes according to any of the above-described embodiments or modifications thereof are used. IGBTs (first semiconductor switching elements) 200a to 200c and IGBTs (second semiconductor switching elements) 200d to 200f are combined one by one and connected in series. Accordingly, an anti-parallel circuit of an IGBT and a diode Are connected in series to form a half-bridge circuit for one phase.
ハーフブリッジ回路は交流の相数分、本実施形態では3相分備えられている。2個のIGBT200aとIGBT200dとの直列接続点、すなわち2個の逆並列回路の直列接続点より、交流出力が出ており、U相の交流出力として誘導機や同期機などのモータ206と接続されている。他のハーフブリッジ回路も同様に、2個のIGBTの直列接続点から、それぞれV相及びW相の交流出力が出ており、モータ206と接続されている。 Half bridge circuits are provided for the number of alternating phases, that is, for three phases in this embodiment. An AC output is output from a series connection point of two IGBTs 200a and 200d, that is, a series connection point of two anti-parallel circuits, and is connected to a motor 206 such as an induction machine or a synchronous machine as a U-phase AC output. ing. Similarly, the other half-bridge circuits output V-phase and W-phase AC outputs from the series connection points of the two IGBTs, and are connected to the motor 206.
上アーム側のIGBT200a〜200cのコレクタは共通接続され、整流回路203の直流高電位側と接続されている。また、下アーム側のIGBT200d〜200fのエミッタは共通接続され、整流回路203のアース側と接続されている。整流回路203は、交流電源202の交流を直流に変換する。IGBT200a〜200fは、オン・オフスイッチングすることにより、整流回路203から受電した直流を交流に変換してモータ206を駆動する。上アーム駆動回路204及び下アーム駆動回路205は、それぞれ上アーム側のIGBT200a〜200c及び下アーム側のIGBT200d〜200fのゲートに駆動信号を与え、IGBT200a〜200fをオン・オフ動作させる。 The collectors of the IGBTs 200 a to 200 c on the upper arm side are connected in common and connected to the DC high potential side of the rectifier circuit 203. Further, the emitters of the IGBTs 200d to 200f on the lower arm side are connected in common and connected to the ground side of the rectifier circuit 203. The rectifier circuit 203 converts alternating current from the alternating current power source 202 into direct current. The IGBTs 200a to 200f perform on / off switching to convert direct current received from the rectifier circuit 203 into alternating current and drive the motor 206. The upper arm drive circuit 204 and the lower arm drive circuit 205 supply drive signals to the gates of the upper arm IGBTs 200a to 200c and the lower arm IGBTs 200d to 200f, respectively, to turn on / off the IGBTs 200a to 200f.
本実施形態によれば、本発明によるダイオードをフリーホイールダイオードとしてIGBT200a〜200fに逆並列に接続したので、スイッチング時のリカバリ損失を低減できる。これにより、電力変換システム10全体のエネルギー効率を向上させることができる。また、本発明のダイオードが低ノイズであるため、スイッチング動作が安定するとともに、EMI(Electromagnetic Interference)を低減することができる。 According to this embodiment, since the diode according to the present invention is connected in reverse parallel to the IGBTs 200a to 200f as a free wheel diode, recovery loss during switching can be reduced. Thereby, the energy efficiency of the whole power conversion system 10 can be improved. In addition, since the diode of the present invention has low noise, the switching operation is stabilized and EMI (Electromagnetic Interference) can be reduced.
本発明の実施形態は前記したものに限定されず、本発明の技術的思想の範囲内において、種々の実施形態が可能である。たとえば、逆導通型の半導体スイッチング素子に内蔵されたダイオードに本発明を適用してもよい。また、図15に示した電力変換システム10におけるIGBT200a〜200fに代えて、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)、接合型バイポーラトランジスタ、接合型FET、静電誘導型トランジスタ、GTOサイリスタ(Gate Turn Off Thyristor)などの半導体スイッチング素子を用いることができる。 Embodiments of the present invention are not limited to those described above, and various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention. For example, the present invention may be applied to a diode built in a reverse conducting semiconductor switching element. Further, instead of the IGBTs 200a to 200f in the power conversion system 10 shown in FIG. 15, a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), a junction bipolar transistor, a junction FET, a static induction transistor, a GTO thyristor (Gate Turn Off) A semiconductor switching element such as Thyristor can be used.
1,1A,1B,1C,1D,1E,1F,1G ダイオード
10 電力変換システム
100 Si基板
101 n-ドリフト層(第1半導体層)
102 アノードp層(第2半導体層)
103 アノードp-層
104 カソードn層(第3半導体層)
105 カソードバッファn層(第5半導体層)
106 低ライフタイム領域(第4半導体層)
107 アノード電極(第1電極)
108 カソード電極(第2電極)
109 インプラスルー酸化膜
110 レジスト
111 pウェル
112 チャネルストッパ層
113 絶縁層
114 フィールドプレート電極
200a〜200c IGBT(第1半導体スイッチング素子)
200d〜200f IGBT(第2半導体スイッチング素子)
201a〜201f ダイオード
202 交流電源
203 整流回路
204 上アーム駆動回路
205 下アーム駆動回路
206 モータ
1, 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F, 1G Diode 10 Power conversion system 100 Si substrate 101 n − drift layer (first semiconductor layer)
102 Anode p layer (second semiconductor layer)
103 Anode p − layer 104 Cathode n layer (third semiconductor layer)
105 Cathode buffer n layer (fifth semiconductor layer)
106 Low lifetime region (4th semiconductor layer)
107 Anode electrode (first electrode)
108 Cathode electrode (second electrode)
109 Implant Through Oxide Film 110 Resist 111 P Well 112 Channel Stopper Layer 113 Insulating Layer 114 Field Plate Electrode 200a-200c IGBT (First Semiconductor Switching Element)
200d to 200f IGBT (second semiconductor switching element)
201a to 201f Diode 202 AC power supply 203 Rectifier circuit 204 Upper arm drive circuit 205 Lower arm drive circuit 206 Motor
Claims (14)
前記第1半導体層に隣接して設けられる平面視でストライプ状の第2導電型の第2半導体層と、
前記第1半導体層に対して、前記第2半導体層が設けられた側と反対側に設けられ、前記第1半導体層よりも前記第1導電型の不純物の濃度が高い前記第1導電型の第3半導体層と、
前記第2半導体層にオーミック接続する第1電極と、
前記第3半導体層にオーミック接続する第2電極と
を備えたダイオード構成の半導体装置であって、
前記第1半導体層と前記第3半導体層との間であって前記第1半導体層に隣接する位置のアクティブ領域に、前記第3半導体層が含有する前記第1導電型の不純物と同種の不純物を含有し、かつ、前記第1半導体層よりもキャリアのライフタイムが短く、かつ、前記第2半導体層に直交する、複数の平面視でストライプ状の第4半導体層を更に備え、
前記第4半導体層の層に水平方向に隣接する領域のライフタイムが前記第4半導体層のライフタイムより長い
ことを特徴とする半導体装置。 A first semiconductor layer of a first conductivity type;
A second semiconductor layer of a second conductivity type stripe shape in plan view which is provided adjacent to the first semiconductor layer,
The first conductivity type is provided on a side opposite to the side on which the second semiconductor layer is provided with respect to the first semiconductor layer, and the concentration of the first conductivity type impurity is higher than that of the first semiconductor layer. A third semiconductor layer;
A first electrode ohmically connected to the second semiconductor layer;
A diode-configured semiconductor device comprising a second electrode that is ohmically connected to the third semiconductor layer,
Impurities of the same type as the first conductivity type impurities contained in the third semiconductor layer in an active region located between the first semiconductor layer and the third semiconductor layer and adjacent to the first semiconductor layer contains, and the short lifetime of carriers than the first semiconductor layer, and perpendicular to the second semiconductor layer, further comprising a fourth semiconductor layer-shaped stripe in the plurality of planar view,
A semiconductor device, wherein a lifetime of a region adjacent to the fourth semiconductor layer in a horizontal direction is longer than a lifetime of the fourth semiconductor layer.
前記第4半導体層は、前記第1半導体層に隣接する位置で前記第4半導体層の部分と前記第4半導体層以外の部分とが周期的に繰り返して現れるように配置される
ことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
Before SL fourth semiconductor layer, characterized in that the portion and the fourth portion other than the semiconductor layer of the fourth semiconductor layer at a position adjacent to the first semiconductor layer is arranged to appear repeatedly periodically A semiconductor device.
前記第4半導体層の平面上の面積は、前記アクティブ領域の面積の5%以上かつ50%以下である
ことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
Before Symbol a planar area of the fourth semiconductor layer, wherein a said more than 5% of the area of the active region and 50% or less.
前記第3半導体層と前記第4半導体層との間の領域に、前記第3半導体層よりも前記第1導電型の不純物の濃度が低い前記第1導電型の第5半導体層を更に備え、
前記第5半導体層の一部は前記第4半導体層間の領域まで延在して前記第1半導体層と隣接し、
前記第4半導体層におけるキャリアのライフタイムは、前記第5半導体層におけるキャリアのライフタイムよりも短い
ことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
A fifth conductive layer of the first conductivity type having a lower concentration of the first conductivity type impurity than the third semiconductor layer in a region between the third semiconductor layer and the fourth semiconductor layer;
Some of the fifth semiconductor layer extends to a region before Symbol fourth semiconductor layers adjacent to the first semiconductor layer,
A semiconductor device characterized in that a carrier lifetime in the fourth semiconductor layer is shorter than a carrier lifetime in the fifth semiconductor layer.
前記第4半導体層は前記第3半導体層から隔離された位置に配置される
ことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
The semiconductor device, wherein the fourth semiconductor layer is disposed at a position isolated from the third semiconductor layer.
二次イオン質量分析法で求められる前記第1導電型の不純物の濃度に対する、拡がり抵抗の測定に基づいて求められるキャリア濃度の比である活性化率は、前記第4半導体層における活性化率のほうが、前記第3半導体層における活性化率よりも小さい
ことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
The activation rate, which is the ratio of the carrier concentration obtained based on the measurement of the spreading resistance to the concentration of the first conductivity type impurity obtained by secondary ion mass spectrometry, is the activation rate of the fourth semiconductor layer. The semiconductor device is characterized by being smaller than the activation rate in the third semiconductor layer.
前記第4半導体層は、前記活性化率が10%以下の領域を有する
ことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 6.
The fourth semiconductor layer has a region where the activation rate is 10% or less.
前記第4半導体層が結晶欠陥を含む
ことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
The semiconductor device, wherein the fourth semiconductor layer includes a crystal defect.
前記結晶欠陥は、前記第1導電型の不純物のイオン注入により生成されたものである
ことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 8,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the crystal defect is generated by ion implantation of the first conductivity type impurity.
前記第3半導体層および前記第4半導体層は、前記第3半導体層を形成するために行われる前記第1導電型の不純物のイオン注入と、前記イオン注入後のレーザ照射とによって形成されたものである
ことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 9.
The third semiconductor layer and the fourth semiconductor layer are formed by ion implantation of the first conductivity type impurity performed to form the third semiconductor layer and laser irradiation after the ion implantation. A semiconductor device characterized by the above.
前記第3半導体層を形成するために前記第1導電型の不純物をイオン注入して生じる結晶欠陥の濃度がピークとなる位置が、前記第4半導体層の中に存在する
ことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 8,
A semiconductor is characterized in that a position where the concentration of crystal defects generated by ion implantation of the first conductivity type impurity in order to form the third semiconductor layer has a peak exists in the fourth semiconductor layer. apparatus.
前記第3半導体層が含有する前記第1導電型の不純物の元素種がリンである
ことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 9.
The semiconductor device, wherein the element type of the first conductivity type impurity contained in the third semiconductor layer is phosphorus.
前記アクティブ領域に形成された前記第4半導体層に相当する半導体層がターミネーション領域に更に形成される
ことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
A semiconductor device, wherein a semiconductor layer corresponding to the fourth semiconductor layer formed in the active region is further formed in a termination region.
前記第1ダイオードおよび第2ダイオードが、請求項1乃至13の何れか一項に記載の半導体装置で構成される
ことを特徴とする電力変換システム。 A first semiconductor switching element and a second semiconductor switching element connected in series with each other; and a first diode and a second diode connected in antiparallel to the first semiconductor switching element and the second semiconductor switching element, respectively.
The power conversion system, wherein the first diode and the second diode are constituted by the semiconductor device according to any one of claims 1 to 13.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014136415A JP6294175B2 (en) | 2014-07-02 | 2014-07-02 | Semiconductor device and power conversion system using the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014136415A JP6294175B2 (en) | 2014-07-02 | 2014-07-02 | Semiconductor device and power conversion system using the same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016015392A JP2016015392A (en) | 2016-01-28 |
JP6294175B2 true JP6294175B2 (en) | 2018-03-14 |
Family
ID=55231395
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014136415A Active JP6294175B2 (en) | 2014-07-02 | 2014-07-02 | Semiconductor device and power conversion system using the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6294175B2 (en) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108701722B (en) * | 2016-02-29 | 2021-06-11 | 三菱电机株式会社 | Semiconductor device with a plurality of semiconductor chips |
JP6846119B2 (en) * | 2016-05-02 | 2021-03-24 | 株式会社 日立パワーデバイス | Diode and power converter using it |
JP6816624B2 (en) * | 2017-04-13 | 2021-01-20 | 株式会社デンソー | Manufacturing method of semiconductor devices |
JP7244306B2 (en) * | 2019-03-08 | 2023-03-22 | 株式会社東芝 | semiconductor equipment |
CN113644137B (en) * | 2020-11-30 | 2024-01-30 | 湖南大学 | High-power fast recovery diode structure |
CN114203830B (en) * | 2021-11-30 | 2023-02-24 | 深圳基本半导体有限公司 | FRD structure and manufacturing method and application thereof |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3488599B2 (en) * | 1996-10-17 | 2004-01-19 | 株式会社東芝 | Semiconductor device |
JP2000332263A (en) * | 1999-05-17 | 2000-11-30 | Fuji Electric Co Ltd | Switching diode |
JP4857948B2 (en) * | 2006-06-26 | 2012-01-18 | 株式会社デンソー | Manufacturing method of semiconductor device |
JP5588270B2 (en) * | 2010-08-19 | 2014-09-10 | 新電元工業株式会社 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
JP6073092B2 (en) * | 2012-09-07 | 2017-02-01 | 株式会社 日立パワーデバイス | Diode, power conversion system, and diode manufacturing method |
-
2014
- 2014-07-02 JP JP2014136415A patent/JP6294175B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2016015392A (en) | 2016-01-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10847608B2 (en) | Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device | |
US11469297B2 (en) | Semiconductor device and method for producing semiconductor device | |
JP5969927B2 (en) | Diode, power converter | |
CN107342329B (en) | Diode and power conversion device using same | |
JP5396689B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP5781291B2 (en) | Fast recovery diode | |
JP5033335B2 (en) | Semiconductor device and inverter device using the same | |
JP6294175B2 (en) | Semiconductor device and power conversion system using the same | |
JP5272299B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
US10176994B2 (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same | |
JP6073092B2 (en) | Diode, power conversion system, and diode manufacturing method | |
WO2013141181A1 (en) | Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method | |
CN107871777B (en) | Semiconductor device, method for manufacturing the same, and power conversion system | |
JP2014090072A (en) | Reverse-blocking mos type semiconductor device and method for manufacturing the same | |
JP6268117B2 (en) | Semiconductor device, manufacturing method thereof, and power conversion system | |
JP2008263217A (en) | Semiconductor device | |
KR101490350B1 (en) | Apparatus and method for manufacturing a power semiconductor device | |
CN104716174B (en) | Semiconductor devices and the method being used for producing the semiconductor devices |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20170116 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20170207 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20170808 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20171006 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20171107 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20171227 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20180116 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20180215 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6294175 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |