(57)【要約】【課題】オン電圧の上昇を抑えながらスイッチング速度の高速化を実現した半導体装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】アノード領域１、カソード領域２、及びアノード領域１とカソード領域２との間に形成された低濃度領域３から構成されるダイオードにおいて、アノード領域１と低濃度領域３との接合近傍領域、およびカソード領域２の内部に結晶欠陥を形成する。これらの結晶欠陥は、共に、カソード領域２側から荷電粒子を照射することにより形成される。【選択図】  図１
2004221193.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード領域、カソード領域、および上記アノード領域とカソード領域との間に形成された低不純物濃度領域を有する半導体装置を製造する方法であって、
上記カソード領域側から上記アノード領域と上記低不純物濃度領域との接合近傍領域に荷電粒子を照射する工程と、
上記カソード領域側からそのカソード領域に荷電粒子を照射する工程、
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の製造方法であって、
上記カソード領域に荷電粒子を照射する工程において、上記アノード領域の表面近傍の不純物濃度と同程度の不純物濃度の領域に荷電粒子を照射することを特徴とする。
【請求項３】
請求項１または２に記載の製造方法であって、
上記荷電粒子は、３Ｈｅである。
【請求項４】
アノード領域、カソード領域、および上記アノード領域とカソード領域との間に形成された低不純物濃度領域を有する半導体装置であって、
上記アノード領域と上記低不純物濃度領域との接合近傍領域に荷電粒子が照射されており、
上記カソード領域内であってその不純物濃度が上記アノード領域の表面近傍の不純物濃度と同程度である領域に荷電粒子が照射されている
ことを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ライフタイム制御が施された半導体装置およびライフタイム制御処理を含む半導体装置の製造方法に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
ダイオード、トランジスタ、サイリスタ等の半導体装置は、そのスイッチング速度の高速化を図るために、必要に応じてライフタイム制御が行われる。
ライフタイム制御は、半導体装置を構成する半導体領域内に再結合中心となるエネルギー準位を意図的に導入し、この準位を利用して蓄積キャリアを再結合により消滅させることでスイッチング速度を向上させる技術である。ここで、再結合中心の生成は、従来は、Ａｕ、Ｐｔ等の重金属を拡散させる手法が主流であったが、近年では、電子、プロトン、ヘリウムイオン等の荷電粒子を照射する方法が広まっている。また、ライフタイム制御は、スイッチング速度の高速化に寄与する一方で、再結合中心の形成によりオフ状態の漏れ電流を増大させてしまう。また、半導体装置がオン状態のときはキャリアを捕獲してしまうので、オン電圧（または、オン抵抗）の上昇を引き起こすことになる。したがって、ライフタイム制御は、一般に、スイッチング速度、漏れ電流、オン電圧のバランスを考慮した条件で行われる。
【０００３】
そして、従来の技術としては、ｐｎ−ｎ＋構成のダイオードにおいて、ｐ領域とｎ−領域との接合近傍領域、およびｎ−領域のｎ＋領域との接合近傍領域のライフタイム制御を行うことにより、導通時特性を損ねることなくターンオフを高速化し、低損失化を図ったものが知られている。（例えば、特許文献１）
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−１０２５４５号公報（図１、段落０００７〜０００９）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特許文献１に記載のライフタイム制御は、プロトンの両面照射またはプロトンおよび電子線の二重照射により行われている。ここで、プロトンの両面照射は、ダイオードのアノード表面を通してプロトンを照射する工程、およびカソード表面を通してプロトンを照射する工程を含む。このため、製造工程に手間がかかることになる。また、アノード表面を通してプロトンを照射すると、その表面近傍領域がダメージを受けるので、漏れ電流が増大することになる。
【０００６】
さらに、特許文献１に記載の方法においては、ｎ−領域のｎ＋領域との接合近傍領域のライフタイム制御が行われるので、ダイオードの導通時にその領域でキャリアが捕獲されることになり、アノードからのホール注入量を増加させるためにダイオードのオン電圧が上昇する。
【０００７】
本発明の目的は、ライフタイム制御処理を含む半導体装置の製造方法を簡単にすることである。また、本発明の他の目的は、オン電圧の上昇を抑えながらスイッチング速度の高速化を実現した半導体装置およびその製造方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体装置の製造方法は、アノード領域、カソード領域、および上記アノード領域とカソード領域との間に形成された低不純物濃度領域を有する半導体装置を製造する方法であって、上記カソード領域側から上記アノード領域と上記低不純物濃度領域との接合近傍領域に荷電粒子を照射する工程と、上記カソード領域側からそのカソード領域に荷電粒子を照射する工程、を有する。
【０００９】
この方法においては、いずれの工程も荷電粒子をカソード領域側から照射することにより行われるので、照射条件を変えるだけで双方の工程を実現できる。また、アノード領域側からは荷電粒子を照射しないので、アノード領域および低不純物濃度領域表面近傍領域がダメージを受けることはなく、漏れ電流の増大を低減できる。
【００１０】
なお、上記カソード領域に荷電粒子を照射する工程において、上記アノード領域の表面近傍の不純物濃度と同程度の不純物濃度の領域に荷電粒子を照射するようにしてもよい。上記ダイオードの導通時には、アノード領域から注入されるホールは、カソード領域においてアノード領域の表面近傍と同程度の不純物濃度になっている領域にまで到達する。したがって、上述の領域に荷電粒子を照射することによって再結合中心を生成すれば、ダイオードのターンオフ時にカソード領域内のホールが効率的に消滅するので、スイッチング速度の高速化が図れる。また、低不純物濃度領域には荷電粒子を照射しないので、オン電圧の上昇を抑えることができる。
【００１１】
また、荷電粒子として、３Ｈｅを照射するようにしてもよい。この方法によれば、意図しない領域に結晶欠陥が形成されることが抑えられると共に、狙った領域に正確に結晶欠陥を形成できる。
本発明の半導体装置は、アノード領域、カソード領域、および上記アノード領域とカソード領域との間に形成された低不純物濃度領域を有する半導体装置であって、上記アノード領域と上記低不純物濃度領域との接合近傍領域に荷電粒子が照射されており、上記カソード領域内であってその不純物濃度が上記アノード領域の表面近傍の不純物濃度と同程度である領域に荷電粒子が照射されている。この構成によりオン電圧の上昇の抑制およびスイッチング速度の高速化が図れることは、上述した通りである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、実施形態の半導体装置の構造を示す図である。なお、以下では、本発明に係わる半導体装置の一例として、ダイオードを採り上げて説明をする。
【００１３】
実施形態のダイオードは、アノード領域１、カソード領域２、およびアノード領域１とカソード領域２との間に形成された低濃度領域（低不純物濃度領域）３から構成されている。アノード領域１は、その表面近傍領域のｐ型不純物の濃度が、例えば、１０１６／ｃｍ３程度になるように形成されている。また、カソード領域２は、その表面近傍領域のｎ型不純物の濃度が、例えば、１０２０／ｃｍ３程度であり、その表面から離れるにしたがってその不純物濃度が徐々に低下していくように形成されている。さらに、低濃度領域３には、ｎ型の不純物が低濃度に注入されている。
【００１４】
上記ダイオードは、更に、アノード領域１と低濃度領域３との接合近傍領域、およびカソード領域２の内部に、ライフタイム制御のための再結合中心としての結晶欠陥が形成されている。ここで、これらの結晶欠陥は、それぞれ、カソード領域２の表面を通過するようにして荷電粒子を照射することにより形成される。具体的には、荷電粒子がアノード領域１と低濃度領域３との接合近傍領域に到達するような条件（照射エネルギー等）でカソード領域２側から荷電粒子を照射する工程、および荷電粒子がカソード領域２内の所定領域に到達するような条件でカソード領域２側から荷電粒子を照射する工程により結晶欠陥を形成する。このとき、これら２つの工程を行う順番は、特に限定されるものではない。即ち、いずれの工程を先に行ってもよい。また、これら２つの工程は、照射エネルギー等が異なるだけなので、同一の設備で行うことができる。
【００１５】
照射すべき荷電粒子は、特に限定されるものではないが、例えば、プロトン、３Ｈｅ、４Ｈｅである。ただし、プロトンは分布が広がるため、狙った領域に結晶欠陥を集中させることが困難である。また、４Ｈｅは飛程が短く、結晶欠陥を形成できる領域が限定される。したがって、照射すべき荷電粒子としては、３Ｈｅが好適であると考えられる。
【００１６】
なお、荷電粒子の照射によるライフタイム制御においては、再結合中心としての結晶欠陥を形成すべき領域（深さ）に対応する照射エネルギーで荷電粒子を照射するが、この場合、狙った領域だけでなく、その周辺の領域にも再結合中心が形成されてしまう。ただし、この照射により形成される再結合中心の密度は、狙った領域において局所的に高くなる。したがって、この明細書において、「所定の領域に荷電粒子を照射すること」は、その所定の領域の再結合中心の密度を局所的に高くすることを言うものとする。
【００１７】
このように、実施形態のダイオードは、アノード領域１と低濃度領域３との接合近傍領域、およびカソード領域２の内部に結晶欠陥が形成されているが、これらの結晶欠陥は、いずれもカソード領域２側から荷電粒子を照射することにより形成される。このため、この荷電粒子の照射によってアノード領域１の低濃度領域３の表面における接合近傍領域がダメージを受けることはない。したがって、ダイオードのオフ状態の漏れ電流の増大を抑えることができる。
【００１８】
なお、カソード領域２側から荷電粒子を照射すると、そのカソード領域２の表面近傍領域等の結晶がダメージを受けるので、そこに不要な結晶欠陥が形成されることになる。しかし、この領域は、不純物濃度が極めて高く（実施例では、１０２０／ｃｍ３程度）、十分なキャリアが存在するため、オン抵抗の上昇を招くことはない。すなわち、実施形態の方法でカソード領域２側から荷電粒子を照射してもオン電圧はほとんど上昇しない。
【００１９】
また、実施形態のダイオードは、アノード領域１と低濃度領域３との接合近傍領域、およびカソード領域２の内部に結晶欠陥が形成されているので、オン電圧の上昇を抑えながらスイッチング速度の高速化を図ることができる。すなわち、アノード領域１と低濃度領域３との接合近傍領域に結晶欠陥が形成されているので、ｐｎ接合近傍領域に存在するキャリアのライフタイムが短くなり、スイッチング速度の高速化が実現される。また、実施形態のダイオードは、上述した特許文献１に記載の半導体装置とは異なり、低濃度領域３に結晶欠陥が形成されないので、その領域のオン抵抗が上昇することはなく、オン電圧の上昇を招くことはない。
【００２０】
ところで、実施形態のダイオードの導通時（順方向バイアス時）は、両端の高濃度領域（アノード領域１、カソード領域２）から低濃度領域３にキャリアが注入され、その領域の抵抗が非常に小さくなる（導電率変調）。そして、これに伴って、アノード領域１から注入されるホールは、低濃度領域３を通り抜けて、カソード領域２に注入される。このとき、このホールは、カソード領域２において、アノード領域１の表面近傍領域の不純物濃度と同程度の不純物濃度となっている領域まで到達することになる。そこで、実施形態のダイオードにおいては、図１に示すように、アノード領域１の表面近傍の不純物濃度と同程度の不純物濃度になっているカソード領域２内の領域に荷電粒子を照射し、その領域に再結合中心としての結晶欠陥を形成している。そして、この領域に形成された結晶欠陥により、カソード領域２に注入されたホールのライフタイムを短縮するようにしている。
【００２１】
なお、カソード領域２内に結晶欠陥を形成する場合であっても、アノード領域１の表面近傍よりも不純物濃度の低い領域に結晶欠陥を形成するのでは、低濃度領域３に結晶欠陥を形成する場合と同様に、オン抵抗の上昇を招くことになる。一方、カソード領域２内のアノード領域１の表面近傍よりも不純物濃度の高い領域は、ダイオードの導通時にもホールが到達していないので、そこに結晶欠陥を形成することはキャリアライフタイムの短縮化には効果的ではない。そこで、実施形態のダイオードでは、アノード領域１から注入されるホールが到達する限界領域（すなわち、カソード領域２において、アノード領域１の表面近傍の不純物濃度と同程度の不純物濃度になっている領域）に結晶欠陥を形成し、ダイオードのターンオフ時に、カソード領域２に存在するホールを効率的に消滅させるようにしている。
【００２２】
このように、実施形態のダイオードは、低濃度領域３に荷電粒子を照射するのではなく、アノード領域１と低濃度領域３との接合近傍領域、およびカソード領域２内の所定領域に荷電粒子を照射することにより、オン電圧の上昇の抑制およびスイッチング速度の高速化の双方をバランスよく実現することができる。
【００２３】
ちなみに、カソード領域２の内部に荷電粒子を照射しなくても、ｐｎ接合近傍領域（実施形態では、アノード領域１と低濃度領域３との接合近傍領域に相当する）のみに荷電粒子を照射することによって、実施形態のダイオードと同等の高速化を図ることは可能である。しかし、この場合は、ｐｎ接合近傍領域に形成すべき結晶欠陥の量を増やす必要があるので、順方向電圧の増大が著しい。また、この構成で高速スイッチングを実現しようとすると、ターンオフサージまたはリンギングが大きくなる。
【００２４】
なお、上述の実施例では、ｐｎ−ｎ＋構成のダイオードを採り上げて説明をしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、ｐｉｎダイオードにも適用可能である。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、荷電粒子の照射が、すべて、カソード領域側から行われるので、製造工程が簡単になると共に、アノード領域の抵抗が大きくなることが回避される。また、アノード領域と低不純物濃度領域との接合近傍領域、およびカソード領域の内部に荷電粒子が照射されるので、オン電圧の上昇の抑制およびスイッチング速度の高速化の双方をバランスよく実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の半導体装置の構造を示す図である。
【符号の説明】
１  アノード領域
２  カソード領域
３  低濃度領域
【図１】
2004221193.tif 000003