(57)【要約】緩慢回復ダイオードは、先ず、Ｐ／Ｎ接合より下の位置までダイ（１０）にヘリウムを注入し、次に注入物を焼きなますことによって製造される。続いてウェハ（１０）全体にＥビーム放射プロセスが施され、同様に焼きなましされる。ダイオードは、重金属のドーピングを必要とすることなく、極めて緩慢な回復特性を有している。
2004503933.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）薄膜シリコンウェハの最表面（ｔｏｐ ｓｕｒｆａｃｅ）に近接してＰ／Ｎ接合を形成するステップと、
（ｂ）前記Ｐ／Ｎ接合の底部より下で且つ前記Ｐ／Ｎ接合の底部に近接するピーク深さに故意欠陥（ｉｎｔｅｎｔｉｏｎａｌ ｄｅｆｅｃｔｓ）を生成するために、前記ピーク深さまで前記ウェハ中にヘリウムを注入するステップと、
（ｃ）前記ウェハの全深さにわたって欠陥を生成するために、前記ウェハ全体に電子ビームを照射するステップと
を備え、
（ｄ）前記ウェハには、重金属ライフタイム消滅（ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ｌｉｆｅｔｉｍｅ ｋｉｌｌｉｎｇ）がないこと
を特徴とする緩慢回復ダイオードを製造するための方法。
【請求項２】
前記ヘリウム注入ステップおよび前記照射ステップの各々は、各ステップに続きアニールされることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記Ｐ／Ｎ接合が、前記ウェハの前記最表面上を横方向に遮断され、陽極コンタクトが前記ウェハの上部表面の全面を覆うことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ヘリウムが、５Ｅ９から２Ｅ１１／ｃｍ２の範囲のドーズ量で、前記デバイスの陽極表面から１０から３０ミクロンまでの深さに注入されることを特徴とする請求項１、２、または３に記載の方法。
【請求項５】
一方導電型のシリコンウェハと、
前記ウェハの最表面中に間隔を隔てて拡散した、他方導電型の複数の拡散物と、
前記拡散物および前記拡散物間の空間中のシリコンを覆い且つ接触した陽極コンタクトと、
前記ウェハの底部表面上の陰極コンタクトと、
間隔を隔てた前記複数の拡散物の真下に位置付けされたピークを有し、その領域中の少数キャリアの寿命を短縮する欠陥を生成するためのヘリウム注入物と、
前記ウェハの全体積にわたって一様に分布したＥビーム誘導欠陥と
を備え、
前記ウェハには、故意重金属ライフタイム消滅原子（ｉｎｔｅｎｔｉｏｎａｌ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ｌｉｆｅｔｉｍｅ ｋｉｌｌｉｎｇ ａｔｏｍｓ）がないことを特徴とする超緩慢回復ダイオード。
【請求項６】
一方導電型のシリコンウェハと、
前記ウェハの最表面の一部に形成された、他方導電型の少なくとも１つの拡散物と、
前記ウェハの上に形成され、前記拡散物と前記一方導電型の前記ウェハの一部の両方に接触した第１の主コンタクトと、
前記ウェハの底部表面上の第２の主コンタクトと、
前記少なくとも１つの拡散物の真下に位置するピークを有し、少数キャリア・ライフタイムを短縮する欠陥を生成するためのヘリウム注入物と、
前記ウェハの全体積にわたって一様に分布したビーム誘導欠陥と
を備え、
前記ウェハには、故意重金属ライフタイム消滅原子（ｉｎｔｅｎｔｉｏｎａｌ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ｌｉｆｅｔｉｍｅ ｋｉｌｌｉｎｇ ａｔｏｍｓ）がないことを特徴とするダイオード。
【請求項７】
前記ヘリウム注入物のドーズ量が５Ｅ９から２Ｅ１１／ｃｍ２までであり、前記ウェハの前記陽極表面からの注入深さが１０から３０ミクロンまでであることを特徴とする請求項５または６に記載のダイオード。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は半導体ダイオードに関し、より詳細には、超緩慢ターンオフ特性を備えた新規な高速回復ダイオード（ＦＲＤ）に関する。
【０００２】
（発明の背景）
高速回復ダイオードは、モータ制御および誘導負荷を有する電源回路に頻繁に使用されている。このようなＦＲＤは、「緩慢」回復特性を有していること、つまり、誘導負荷回路中における高電圧スパイクの発生を低減するために、ターンオフの間、そのｄｉ／ｄｔが制限されることが望ましい。
【０００３】
１９９８年５月５日付けの米国特許第５，７４７，８７２号に、緩慢回復特性を備えたＦＲＤが記載されている。これらのデバイスには、半導体ダイ（ｄｉｅ）の選択領域のライフタイムを短くするために、半導体ダイの選択領域に典型的な重金属ドーピング、例えば金あるいは白金ドーピングが使用されている。
【０００４】
重金属ドーピングは、複雑な処理ステップを導入し、また、そのドーピングは良好に制御されていない。また、重金属ドーピングを使用したデバイスは、その負の温度係数が大きいため、デバイスを容易に並列接続することができない。さらに、ウェハ製造設備における重金属の使用は、設備の他の部分における処理操作に悪影響を及ぼすことがある。
【０００５】
重金属ドーピングを必要とすることなく、ダイの選択領域のライフタイムが制限される超緩慢回復ＦＲＤダイオードが製造されることが望ましい。
【０００６】
（発明の簡単な説明）
本発明により、プロセスから重金属を排除し、ヘリウム注入およびＥビーム照射のみをプロセスに使用した、少数キャリアの所望のライフタイム勾配がシリコン中に生成される新規な超緩慢ＦＲＤデバイスおよびその製造方法が提供される。
【０００７】
詳細には、ダイ（または複数のダイを含むウェハ）の最表面（ｔｏｐ ｓｕｒｆａｃｅ）の形成後、ダイの表側表面（ｆｒｏｎｔ ｓｕｒｆａｃｅ）の所定の深さにヘリウムが注入され、その深さは好ましくは約２０ミクロンとされる。この注入に引き続いて約３５０℃で焼きなましされ、続いて（「テール」特性を制御するために）表面全体にＥビームが照射され、さらに引き続いて約３００℃で焼きなましされる。
【０００８】
ヘリウムの注入量の範囲は、約５Ｅ９から２Ｅ１１／ｃｍ２である。ヘリウムの注入量は、好ましくは約９Ｅ１０イオン／ｃｍ２であり、局所する空孔が、シリコン中に一定の深さで、好ましくはデバイスのＰ／Ｎ接合から僅かに離れて形成されることが好ましい。続いて、約３２ｋグレイ（Ｇｒａｙ）のＥビームが照射される。
【０００９】
最終デバイスの定格は、典型的には、１２００ボルト阻止（ｂｌｏｃｋｉｎｇ）にて５から１００アンペアである。デバイスは、極めて緩慢な回復特性を有し、モータ制御回路への使用に理想的である。
【００１０】
（図面の詳細な説明）
先ず図１を参照すると、セルラ（ｃｅｌｌｕｌａｒ）ＦＲＤデバイスの細部の横断面が示されており、シリコンダイ１０は、Ｎ＋ボディ１２の上に形成されたＮ−エピタキシャル層１１を有している。Ｎ＋層１２は、必要に応じて拡散層にすることもできる。間隔を隔てた複数のＰ拡散物（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）１３、１４、１５および１６が多角形のトポロジーで設けられているが、これらの拡散物を並列に隔て、細長いストライプにすることもできる。
【００１１】
層１１の上部表面に頂部アルミニウム陽極コンタクト２０がスパッタされ、あるいは形成されており、そのＰ領域１３から１６との接触部がそれぞれＰ／Ｎダイオードを形成する一方、Ｐ拡散物間のＮ−シリコン表面との接触部がショットキーダイオードを形成している。
【００１２】
十分に広い領域および冷却を使用し、また、Ｎ−の濃度および厚さを適切に調整することにより、通常、順方向電流が最大１００アンペア、全順方向電流時の順方向電圧降下が約２ボルト未満のデバイスにすることができる。このデバイスは、逆阻止（ｒｅｖｅｒｓｅ ｂｌｏｃｋｉｎｇ）方向においては、通常、約１２００ボルトに耐えることができる。これらの特性は、通常、モータへの出力を制御するために使用される電力ＭＯＳＦＥＴあるいはＩＧＢＴと並列にデバイスが接続されるモータ制御回路用として有用である。しかし、このようなデバイスは、ターンオフの間のｄＩｒｅｖｅｒｓｅ／ｄｔが大きいため、ダイオードがターンオフしている間、誘導性回路中に高電圧スパイクが誘導されることがある。
【００１３】
本発明によれば、Ｐ／Ｎ接合の下側および近傍のシリコンのライフタイムが短縮され、それにより、図３に示すように、超緩慢ターンオフ特性が生成される。図３の実線は、図１のダイオードがターンオフしている間の電流を示している。図に示すように、電流Ｉは、時間Ｔ１においてゼロを通過して反転し、ゼロ電流を介して、誘導性回路中に高電圧スパイクを誘導するｄＩｒｅｃ／ｄｔの大きい鋭い勾配（すなわちスナップバック）を有している。
【００１４】
本発明によれば、ダイオードの回復特性は、図３の点線で示すように、超緩慢な特性になるように作られている。この特性のｄＩｒｅｃ／ｄｔは極めて小さいため、誘導性回路に誘導される電圧は、極めて微小である。また、この特性は、重金属ライフタイム消滅（ｌｉｆｅｔｉｍｅ ｋｉｌｌｉｎｇ）プロセスを使用することなく実現されている。
【００１５】
より詳細には、図２に示すように、チップの頂部からの深さに対するドナー／レセプタ原子の数をプロットしたＰ＋領域１３およびＮ＋領域１２が示されている。
【００１６】
ヘリウムを注入するための最初のヘリウム注入は、図の点線で示すように実施されている。この注入物は、約１０から３０ミクロンの深さにわたって分布し、そのピークは、約１５ミクロンから２５ミクロンまでの深さに位置している。ピークの位置は、ダイ１０の頂部表面から２０ミクロンであり、かつ、拡散物１３から１６（これらの深さは、約６ミクロンである）の下側にあることが好ましい。ヘリウムの注入量は、約５Ｅ９から２Ｅ１１原子／ｃｍ２であり、シリコン表面の下側１０μから３０μ、好ましくは２０μの深さに対して約９Ｅ１０であることが好ましい。この注入物は、次に３０から６０分の間、３５０℃で焼きなましされる。
【００１７】
このヘリウム注入により、シリコン格子中に欠陥が生成され、臨界領域におけるライフタイムが短縮される。
【００１８】
次にＥビーム放射ステップが、約３２ｋグレイから６４ｋグレイで実行され、シリコンの全体積にわたって、さらに欠陥が生成され、一様に分布される。
【００１９】
このＥビーム放射ステップは次に、３０−８０分の間、３００℃で焼きなましされる。
【００２０】
最終ダイオードは、図３に示すように、極めて緩慢な逆回復特性を有している。また、重金属を避けることにより、より制御可能なプロセスになっている。デバイスは、負の温度係数を有していないため、同一のデバイスを容易に並列に接続することができる。
【００２１】
以上、本発明について、特定の実施形態に関連して説明したが、当分野の技術者には、他の多くの変形形態および改変、および他の用途が明らかになるであろう。したがって、本発明は、本明細書における特定の開示によって制限されることはなく、添付の特許請求の範囲の各クレームによってのみ制限されることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】
ＦＲＤ構造の能動領域の細部の横断面図である。
【図２】
本発明による、図１のデバイス中のドーピング濃度および欠陥位置を示す線図である。
【図３】
本発明によって生成される緩慢回復特性を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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