JPS6041468B2 - Manufacturing method of gate turn-off thyristor - Google Patents
Manufacturing method of gate turn-off thyristorInfo
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- JPS6041468B2 JPS6041468B2 JP54154305A JP15430579A JPS6041468B2 JP S6041468 B2 JPS6041468 B2 JP S6041468B2 JP 54154305 A JP54154305 A JP 54154305A JP 15430579 A JP15430579 A JP 15430579A JP S6041468 B2 JPS6041468 B2 JP S6041468B2
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明はゲートターンオフサィリスタ(以下GTOと称
する)の製造方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for manufacturing a gate turn-off thyristor (hereinafter referred to as GTO).
一般にGTO等のスイッチング素子は、スイッチングの
速さと共に、熱損失の低減が要求される。In general, switching elements such as GTO are required to have high switching speed and low heat loss.
特に大出力のィンバータが鉄道用のチョッパーに用いら
れる電力用のスイッチング素子には、装置の小型化、大
容量化の為に上記特性の他の大電流、高耐圧であること
を要求される。これらの性能は素子の内部の構成でさま
ることが多く、それらの性能の間には各々トレードオフ
の関係がある。例えば高耐圧化はベース層となる中間層
の幅を広くする必要があるが、幅を広くするとオン電圧
が増加して熱損失の増加を招き、さらに中間層の容積増
加のためにスイッチオフ時の過剰キャリア消滅に時間を
要し、スイッチング動作が遅くなるというように性能の
間に各々トレードオフの関係がある。そこで実際、電力
量のスイッチング素子を得る場合は用途に応じて各特性
間のトレードオフ点の最適化を行なっている。しかし素
子のパラメータの中にはトレードオフ関係外のものもあ
り、例えば制御電極を有する半導体層内の少数キャリア
ライフタイムは、高ければ高い程この層をベースとする
トランジスタの鰭流増幅率が増加し、スイッチング性能
が向上すると共にオン電圧が低くなり、さらにリーク電
流も減少するというように素子性能がほとんど改善され
る。In particular, power switching elements used in high-output inverters for railway choppers are required to have large current and high voltage resistance in addition to the above-mentioned characteristics in order to miniaturize the device and increase capacity. These performances are often determined by the internal configuration of the element, and there is a trade-off relationship between these performances. For example, increasing the withstand voltage requires widening the width of the intermediate layer that serves as the base layer, but increasing the width increases the on-voltage and increases heat loss, and furthermore, the volume of the intermediate layer increases, which increases the width of the intermediate layer that serves as the base layer. There is a trade-off relationship between performance, such that it takes time for excess carriers to disappear and the switching operation becomes slow. In practice, therefore, when obtaining a switching element with low power consumption, the trade-off point between each characteristic is optimized depending on the application. However, some device parameters are outside the trade-off relationship; for example, the higher the minority carrier lifetime in the semiconductor layer containing the control electrode, the higher the fin flow amplification factor of the transistor based on this layer. However, the switching performance is improved, the on-voltage is lowered, and the leakage current is also reduced, so that the device performance is almost improved.
従ってスイッチング素子においては一般にライフタイム
キラー原子例えば金(Au)原子を拡散する前の半導体
基体のキャリアライフタイムをできる限り高くすること
が望ましい。しかしながら実際の製造プロセスでは半導
体基体に不純物を導入するために、拡散等の1000o
o以上の高温熱処理が行われることによって、熱処理中
に容器から混入する重金属や熱処理によって半導体基体
に生ずる熱ひずみにより、キャリアのトラップ準位が作
られ、キャリアライフタイムを低くしている。Therefore, in a switching element, it is generally desirable to make the carrier lifetime of a semiconductor substrate as high as possible before diffusing lifetime killer atoms, such as gold (Au) atoms. However, in the actual manufacturing process, in order to introduce impurities into the semiconductor substrate, it is necessary to introduce impurities into the semiconductor substrate.
When heat treatment is performed at a high temperature of 100 yen or more, carrier trap levels are created by heavy metals mixed in from the container during the heat treatment and thermal strain caused in the semiconductor substrate by the heat treatment, reducing the carrier lifetime.
この現象は、ライフタイムキラー原子の拡散のような意
識的なライフタイム制御と異なり、素子性能の劣化や素
子製造の再現性の低下を引き起す主因となってきた。こ
の問題の解決法の一つとしてリンゲッタ一法が良く知ら
れている。This phenomenon, unlike intentional lifetime control such as the diffusion of lifetime killer atoms, has been the main cause of deterioration of device performance and reproducibility of device manufacturing. The Ringetta method is well known as one of the solutions to this problem.
これはリン化合物を半導体基体上に形成(デポジション
)ち、リン化合物のリンを半導体基体中に拡散する時に
、半導体基体中に含まれるFe,Cuなどの重金属が熱
によって拡散し、半導体基体上のリン化合物層に吸着さ
れ、その結果半導体基体中の重金属量が減少し、ライフ
タイムが高くなるという効果を利用したものである。こ
のリンゲツター効果を利用して方法を、第1図a〜dを
参照して具体的に説明する。この第1図a〜dに示すの
はスイッチング素子の一つサィリスタの製造工程の一例
である。まずn型Si基板1 1の両側より例えばGa
を拡散してアノード層となるp型層12と後にゲート電
極が形成されpベース層となるp型層13とを形成して
p−n−p構造のSi基体11を得る(第1図a)。次
にpベース層となるp型層13上にリンガラス層14を
形成(デポジション)する(第1図b)。このリンガラ
ス層14形成時に、Si基体体中に含む重金属及び外部
にある重金属がリンガラス層14に吸着する。この後リ
ンガラス層14を除去し、Si基体11表面近傍に含む
リンを拡散してカソード層となるn型届15を形成する
(第1図c)。なおこの工程でリンガラス層14を除去
した後にリンを拡散するのはカソード層となるn型層の
表面濃度、深さを制御する為である。しかる後アノード
層となるp型層12側よりライフタイムキラー原子(図
中点々で示)を拡散する(第1図d)。最後に図示して
ないが、アノード層となるp型層12にアノード電極、
pベース層となるP型層13にゲート電極、カソード層
となるn型層15にカソード電極を形成してサィリスタ
素子が得られる。このようにして得られたサィリスタ素
子は、リンゲッター効果を利用している為、Si基体1
1中の重金属の量が減少しライフタイムが向上する。This is because a phosphorus compound is formed (deposited) on a semiconductor substrate, and when the phosphorus in the phosphorus compound is diffused into the semiconductor substrate, heavy metals such as Fe and Cu contained in the semiconductor substrate are diffused by heat, and the phosphorus in the phosphorus compound is diffused into the semiconductor substrate. This method takes advantage of the effect that heavy metals are adsorbed on the phosphorus compound layer of the semiconductor substrate, resulting in a decrease in the amount of heavy metals in the semiconductor substrate and an increase in lifetime. A method using this Ringetter effect will be specifically explained with reference to FIGS. 1a to 1d. What is shown in FIGS. 1A to 1D is an example of the manufacturing process of a thyristor, which is one of the switching elements. First, from both sides of the n-type Si substrate 11, for example, Ga
is diffused to form a p-type layer 12 that will become an anode layer, and a p-type layer 13 that will later become a p-base layer on which a gate electrode will be formed to obtain a Si substrate 11 with a p-n-p structure (see Fig. 1a). ). Next, a phosphorous glass layer 14 is formed (deposited) on the p-type layer 13 which will become the p-base layer (FIG. 1b). When this phosphorus glass layer 14 is formed, heavy metals contained in the Si substrate and heavy metals present outside are adsorbed to the phosphorus glass layer 14 . Thereafter, the phosphorus glass layer 14 is removed, and the phosphorus contained near the surface of the Si substrate 11 is diffused to form an n-type layer 15 that becomes a cathode layer (FIG. 1c). Note that the reason why phosphorus is diffused after removing the phosphorus glass layer 14 in this step is to control the surface concentration and depth of the n-type layer that will become the cathode layer. Thereafter, lifetime killer atoms (indicated by dots in the figure) are diffused from the side of the p-type layer 12, which will become the anode layer (FIG. 1d). Finally, although not shown, an anode electrode is provided on the p-type layer 12 which becomes an anode layer.
A thyristor element is obtained by forming a gate electrode on the P-type layer 13, which becomes a p-base layer, and a cathode electrode on the n-type layer 15, which becomes a cathode layer. Since the thyristor element obtained in this way utilizes the ring getter effect, the Si substrate 1
The amount of heavy metals in 1 is reduced and the life time is improved.
しかしながらライフタイムが向上するのは、わずかであ
って、結果的にリンゲツター効果を利用しない方法のサ
イリス夕とほとんど変りがない。この理由として考えら
れることは、リンを拡散する時にリンガラス層14が形
成されていない為、Si基体11表面付近に吸引された
重金属が、リンを拡散する時に再拡散され、Si基体1
1中に侵入する為である。このようにリンガラス層の形
成(デポジション)時に一度ライフタイムを上げて置き
ながら、リンの拡散時にキャリアライフタイムを下げる
という製造工程における致命的な欠点があつた。本発明
は上記した欠点に鑑みなされたもので、キャリアライフ
タイムを高くスイッチング特性を良くしたスイッチング
素子の製造方法を提供するものである。However, the improvement in lifetime is only slight, and as a result, it is almost the same as a method that does not utilize the Ringetter effect. A possible reason for this is that since the phosphorus glass layer 14 is not formed when phosphorus is diffused, heavy metals that have been sucked into the vicinity of the surface of the Si substrate 11 are re-diffused during the diffusion of phosphorus,
This is to infiltrate into 1. As described above, there was a fatal flaw in the manufacturing process in that while the lifetime was once increased during the formation (deposition) of the phosphorus glass layer, the carrier lifetime was lowered during the diffusion of phosphorus. The present invention was made in view of the above-mentioned drawbacks, and provides a method for manufacturing a switching element that has a high carrier lifetime and improved switching characteristics.
即ち本発明は半導体基体中にリン(n型不純物)を拡散
してn型層(nェミッタ層)を形成した後再びリンを含
む層を半導体基体表面に形成して、n型層形成温度より
低く且つAu拡散温度より高い900qo〜1100q
oの温度でリンゲッターを行い。That is, the present invention diffuses phosphorus (n-type impurity) into a semiconductor substrate to form an n-type layer (n-emitter layer), then forms a layer containing phosphorus on the surface of the semiconductor substrate again, and lowers the n-type layer formation temperature. 900qo~1100q lower and higher than Au diffusion temperature
Perform ring etching at a temperature of o.
再びライフタイムを向上せしめるCTOの製造方法であ
る。以下図面を参照して本発明の一実施例を説明する。This is a CTO manufacturing method that once again improves the lifetime. An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第2図a〜fは本発明の一実施例であって、第1図に対
応させたGTOの製造工程を示す工程断面図である。こ
の第2図のa〜c迄は第1図のa〜cと同様である。即
ちまずn型Si基板11の両側よりGaを拡散してアノ
ード層となるp型届12と後にゲート電極が形成れpベ
ース層とるp型層13とを形成してp−n−p構造のS
i基体11を得る(第2図a)。次にpベース層となる
p型層13上にリンガラス層14を形成(デポジション
)する(第2図b)。この時アノード層となるp型層1
2側をSi02膜等で被覆して置くか、或いは後の工程
のリンガラス除去時にアノード層となるp型層12表面
をエッチング除去し、p型層12表面にn型層が形成さ
れるのをなくす。このリンガラス層14形成時に、Si
基体中に含む重金属及び外部にある重金属がリンガラス
層14に吸着する。従ってこの工程でSi基体特にpベ
ース層となるp型層のライフタイムは、後に説明する如
く数十倍向上する。この後リンガラス層14を除去し、
Si基体1 1に含むリンを120000位の温度で5
時間位拡散してカソード層となるn型層15を形成する
(第2図c)。このリンを拡散する工程で、従来例で述
べた如くSi基体表面近傍に吸引されていた重金属がS
i基体中に再拡散され、Si基体特にpベース層となる
p型層13のライフタイムが下がり、後に説明(第3図
)する如く元の値にもどってしまう。ここ迄が従来即ち
第1図と同様な方法である。この後、カソード層となる
n型届15をメサヱッチングにより複数に分割15a,
5b,15c,15d,15eし所調るマルチヱミッタ
構造とする(第2図d)。次の工程が本発明の重要な工
程である。即ちn型層15を複数に分割した後、その分
割したn型層15表面に再びリンガラス層26を形成(
デポジション)する(第2図e)工程である。このリン
ガラス層26の形成時のソース源としてはPOC13を
用い、しかもその形成時の温度則ちリンゲッター温度は
100000&である。このように再びリンガラス層2
6を形成すると、リンの拡散工程で下がたライフタイム
が再び向上し、後に説明(ダ3図)する如くリンの拡散
直後の数十倍向上する。しかる後アノード層となるp型
層12側よりライフタイムキラー原子であるAu原子(
図中点々で示す)を拡散する(第2図f)。このAu原
子の拡散工程は80000の温度で3び分9幼時間位行
うが、リンゲツター温度より低い温度で且つ短かし、時
間(第2図cの工程)の為、重金属の再拡散が少ない。
またこのAu原子の拡散工程時に、リンガラス層26を
必ずしも除去する必要がない。この理由としては、上記
の説明と同様にAu原子の拡散がリンゲッタ−温度より
低く且つ短時間である為、リンの拡散が生じなく、最初
の不純物(リン)濃度の状態でしかも深さもほとんど変
化しないからである。最後に図示してないが従来例と同
様アノード層となるp型層12にアノード電極、pベー
ス層となるP型層13にゲート電極、カソード層となる
n型層15にカソード電極を形成してゲートターンオフ
サィリスタ素子が得られる。このようにして得られたゲ
ートターンオフサィリスタ素子は、従釆ゲートターンオ
フサィリスタ素子に比べ、Si基体特にpベース層とな
るp型層のライフタイムが高く良好なスイッチング特性
を有するようになる。FIGS. 2a to 2f are cross-sectional views illustrating the manufacturing process of a GTO according to an embodiment of the present invention, which corresponds to FIG. 1. The steps a to c in FIG. 2 are the same as a to c in FIG. 1. That is, first, Ga is diffused from both sides of an n-type Si substrate 11 to form a p-type layer 12 which will become an anode layer, and a p-type layer 13 which will later form a gate electrode and a p-base layer to form a p-n-p structure. S
i A substrate 11 is obtained (FIG. 2a). Next, a phosphorus glass layer 14 is formed (deposited) on the p-type layer 13 which will become the p-base layer (FIG. 2b). At this time, p-type layer 1 which becomes an anode layer
Either the second side is covered with a Si02 film or the like, or the surface of the p-type layer 12, which will become the anode layer, is etched away during the subsequent process of removing phosphorus glass, and an n-type layer is formed on the surface of the p-type layer 12. Eliminate. When forming this phosphor glass layer 14, Si
Heavy metals contained in the substrate and heavy metals present outside are adsorbed to the phosphor glass layer 14. Therefore, in this step, the lifetime of the Si substrate, especially the p-type layer which becomes the p-base layer, is improved several tens of times as will be explained later. After that, the phosphorus glass layer 14 is removed,
Si substrate 1 The phosphorus contained in 1 is heated to 5 at a temperature of about 120,000
An n-type layer 15 which becomes a cathode layer is formed by diffusion for a certain period of time (FIG. 2c). In this process of diffusing phosphorus, the heavy metals that had been attracted near the surface of the Si substrate as described in the conventional example are removed by S
It is re-diffused into the i-substrate, and the lifetime of the Si substrate, particularly the p-type layer 13 which becomes the p-base layer, decreases and returns to its original value as will be explained later (FIG. 3). The process up to this point is the same as the conventional method, that is, the method shown in FIG. After this, the n-type layer 15, which will become the cathode layer, is divided into multiple parts 15a,
5b, 15c, 15d, and 15e have a suitable multi-emitter structure (FIG. 2d). The following step is an important step of the present invention. That is, after dividing the n-type layer 15 into a plurality of parts, the phosphor glass layer 26 is again formed on the surface of the divided n-type layer 15 (
Deposition) (Fig. 2e). POC13 is used as a source when forming the phosphor glass layer 26, and the temperature during the formation, that is, the ring getter temperature, is 100,000 &. In this way, the phosphorus glass layer 2
6, the lifetime, which had been lowered during the phosphorus diffusion process, is improved again, and as will be explained later (see Figure 3), the lifetime is improved several tens of times after the phosphorus diffusion process. After that, Au atoms (
(shown as dots in the figure) (Fig. 2 f). This Au atom diffusion process is carried out at a temperature of 80,000 °C for about 3 to 9 hours, but because the temperature is lower than the Ringetster temperature and the time is shorter (step c in Figure 2), there is little re-diffusion of heavy metals. .
Furthermore, it is not necessarily necessary to remove the phosphor glass layer 26 during this Au atom diffusion step. The reason for this is that, as explained above, the diffusion of Au atoms is lower than the ring getter temperature and for a short time, so phosphorus does not diffuse and the initial impurity (phosphorus) concentration is maintained and the depth hardly changes. Because they don't. Finally, although not shown, as in the conventional example, an anode electrode is formed on the p-type layer 12 that becomes the anode layer, a gate electrode is formed on the p-type layer 13 that becomes the p-base layer, and a cathode electrode is formed on the n-type layer 15 that becomes the cathode layer. A gate turn-off thyristor element is obtained. The gate turn-off thyristor element thus obtained has a longer lifetime of the Si substrate, particularly the p-type layer serving as the p-base layer, and has better switching characteristics than a subordinate gate turn-off thyristor element.
次に、上記実施例の如く得られたゲートターンオフサィ
リス夕素子のSi基体則ちpベース層となるp型層13
のライフタイムが、従来ゲートターンオフサィリスタ素
子のpベース層となるp型層13のライフタイムより、
具体的にどの程度良好であるかを第3図を参照して説明
する。Next, the p-type layer 13 which becomes the Si substrate, ie, the p-base layer, of the gate turn-off silicate element obtained as in the above embodiment is prepared.
The lifetime of the p-type layer 13, which is the p-base layer of the conventional gate turn-off thyristor element, is
How good it is will be specifically explained with reference to FIG.
この第3図は従釆が点線、本発明一実施例が実線で、a
がp型層形成時、bが第1回目のりンガラス層形成時、
cはリンの拡散時、eが2回目のりンガラス層形成時(
本発明一実施例のみ)、fは金拡散時のゲートターンオ
フサィリスタ素子のnベース層となるn型層11のライ
フタイム(ムsec)を示した曲線図である。この第3
図から明らかのように、従釆の場合はSi基体のnベー
ス層となるn型層のライフタイムが0.6〜1.1山s
ec位で、一方本発明の一実施例の場合はn型層のライ
フタイムが1.1〜1.3山sec.位であった。即ち
従釆の場合は目標値の1.2山sec.にみたないもの
が多く且つバラツキが大きかった。これに対し本発明の
一実施例の場合は目標値の値にほとんど到達し且つバラ
ツキも少なかった。このようにライフタイムが目標値に
ほとんど到達し且つバラッキも少なく(再現性が良い)
なった理由としては、上述した如くリンを拡散した後に
再びリンガラス層26を形成(デポジション)している
為である。即ちリンを拡散した後にリンガラス層26を
デポジションすることによって、Si基体中に再拡散さ
れた重金属及び外部の重金属が再びリンガラス層26に
吸着され、この後80000位の温度で金拡散を施して
も、リンを拡散する直後のSi基体中の重金属が少なく
なる為である。なお第3図におけるライフタイムの測定
はダイオード電圧降下法によって行ったもので、又この
第3図に示すのは90000以上の熱処理工程を有する
所のライフタイムの変化である。このようにnベース層
となるn型層のライフタイムはほぼ目標値になるが、p
ベース層となるp型層13のライフタイムは残念ながら
直接測定する手段が現在のところ見当らないが、n型層
のライフタイムから計算により求める方法や素子特性か
ら類推する方法により十分に判る。よく用いられる計算
式は7PB(n)=州BNC毒をで、TPB(X)はp
型層の深さの関数であるライフタイム、7NBはn型層
11のライフタイム、CN8はn型層11の不純物濃度
、CPB(x)はp型層13の深さの関数である不純物
濃度を各々表わす。In FIG. 3, the dotted line indicates the subordinate column, the solid line indicates the embodiment of the present invention, and a
is when the p-type layer is formed, b is when the first phosphorus glass layer is formed,
c is when phosphorus diffuses, e is when the second phosphorus glass layer is formed (
In one embodiment of the present invention only), f is a curve diagram showing the lifetime (msec) of the n-type layer 11 which becomes the n-base layer of the gate turn-off thyristor element when gold is diffused. This third
As is clear from the figure, in the case of a secondary structure, the lifetime of the n-type layer, which is the n-base layer of the Si substrate, is 0.6 to 1.1 peaks.
On the other hand, in the case of one embodiment of the present invention, the lifetime of the n-type layer is about 1.1 to 1.3 sec. It was rank. In other words, in the case of a subordinate, the target value is 1.2 sec. There were many things that I had never seen before, and there were large variations. On the other hand, in the case of one embodiment of the present invention, the target value was almost reached and there was little variation. In this way, the lifetime almost reaches the target value and there is little variation (good reproducibility)
The reason for this is that the phosphorus glass layer 26 is formed (deposited) again after phosphorus is diffused as described above. That is, by depositing the phosphorus glass layer 26 after diffusing phosphorus, the heavy metals rediffused into the Si substrate and external heavy metals are adsorbed again to the phosphorus glass layer 26, and then gold diffusion is performed at a temperature of about 80,000°C. This is because even if the phosphorus is applied, the amount of heavy metals in the Si substrate immediately after phosphorus is diffused will be reduced. Note that the lifetime measurement in FIG. 3 was carried out by the diode voltage drop method, and what is shown in FIG. 3 is the change in lifetime when more than 90,000 heat treatment steps were performed. In this way, the lifetime of the n-type layer, which becomes the n-base layer, is almost the target value, but the p
Unfortunately, there is currently no means to directly measure the lifetime of the p-type layer 13, which serves as the base layer, but it can be sufficiently determined by calculating it from the lifetime of the n-type layer or by inferring it from the device characteristics. The commonly used calculation formula is 7PB(n) = state BNC poison, TPB(X) is p
7NB is the lifetime of the n-type layer 11, CN8 is the impurity concentration of the n-type layer 11, and CPB(x) is the impurity concentration that is a function of the depth of the p-type layer 13. are represented respectively.
p型層の平均的なライフタ仏州ま7PB〜BNき網Mば
簡単に見積れる。It can be easily estimated if the average life size of the p-type layer is 7PB to BN.
ここでCPBはp型層の平均不純物濃度である。第3図
に示した実験に用いた試料はCNB=4×1び3肌‐3
,CPB=4×1び7肌‐3であるから↑pB=↑NB
/100となるから、第3図に示すn型層のライフタイ
ムを1/100にすればP型層のライフタイムが得られ
る。Here, CPB is the average impurity concentration of the p-type layer. The sample used in the experiment shown in Figure 3 is CNB = 4 x 1 and 3 skin - 3
,CPB=4×1bi7skin-3, so ↑pB=↑NB
/100, so if the lifetime of the n-type layer shown in FIG. 3 is reduced to 1/100, the lifetime of the p-type layer can be obtained.
ただし、金拡散工程におけるライフタイムは、上記の関
係式を用いることはできず、選択的に金拡散されるn型
層のライフタイムは前工程より下がるが、金拡散の影響
が殆ど及ばないp型層のライフタイムは前工程の値の殆
ど維持されることになる。従って第3図によれば、本発
明のp型層ライフタイムは従来に比べて約4の音もの大
きさになる。However, the above relational expression cannot be used for the lifetime in the gold diffusion process, and the lifetime of the n-type layer in which gold is selectively diffused is lower than that in the previous process, but the p-type layer, which is hardly affected by gold diffusion, is The lifetime of the mold layer will maintain most of the values from the previous process. According to FIG. 3, therefore, the p-type layer lifetime of the present invention is about 4 tones louder than the conventional one.
なお、リンガラス層の形成にはPOC13などの拡散ソ
−スとした900oo以上のデポジションが効果がある
。CVDによるリンガラスの形成は通常500℃程度の
温度で行なわれるが、半導体中の主な汚染重金属である
銅(C)、鉄(Fe)、金(Au)の拡散定数は、50
0℃でCu、Feは6×10‐9の/secに対して、
900qoでは10‐6の/sec、Auは50020
で10‐11の/secに対して900午0で10‐7
の/secで、いずれも90000の方が2桁から4桁
程大きい。これは本発明の一部であるリンゲッタ−工程
で重要なことで高温程重金属の拡散が促進されて半導体
中の重金属がリンガラス層に吸着されることになる。し
かし、温度があまり高いとリンが半動体中に拡散されて
不純物濃度分布を変えるので、本発明のりンガラス層形
成温度は900〜1100℃の範囲が適当である。この
リンガラス層の形成温度艮0ちリンゲッター温度は第4
図に示す実験事実からも900℃〜1100qoの温度
が良いことが判る。この第4図はリンゲッター温度(横
軸)に対するライフタイム(縦軸)の変化を示すもので
、この図から900qo〜110030のりンゲッタ−
温度ではライフタイムが高く且つそのバラツキも少ない
ことが判り、又リンゲッターの温度上昇に伴ってライフ
タイムが向上することとは限らないということも判る。
さらに上記のIJンガラス層形成温度をシリコン基体に
加えるとりンゲツタ−と同時にアニール効果によりシリ
コン基体中の結晶欠陥が減少する。たとえば1000℃
1時間程度の加熱によって結晶欠陥は加熱前の約1/3
〜1/4に減少しそれに伴いライフタイムは増加する。
CVDによるガラス形成は加熱温度が最高でも600℃
以下でありこのアニール効果はほとんどない。以上説明
した本発明を実施することによって従釆のGTOに比較
し、諸特性が次のように改善された。Note that deposition of 900 OO or more using POC13 or the like as a diffusion source is effective in forming the phosphorus glass layer. Formation of phosphorus glass by CVD is usually performed at a temperature of about 500°C, but the diffusion constant of copper (C), iron (Fe), and gold (Au), which are the main contaminating heavy metals in semiconductors, is 50°C.
At 0℃, Cu and Fe are 6×10-9/sec,
900qo is 10-6/sec, Au is 50020
10-7 at 900 pm for 10-11/sec at
/sec, 90000 is 2 to 4 digits larger in both cases. This is important in the ring getter process which is a part of the present invention; the higher the temperature, the more the diffusion of heavy metals will be promoted, and the heavy metals in the semiconductor will be adsorbed into the phosphor glass layer. However, if the temperature is too high, phosphorus will diffuse into the semi-dynamic body and change the impurity concentration distribution, so the temperature for forming the phosphorus glass layer of the present invention is preferably in the range of 900 to 1100°C. The formation temperature of this phosphorus glass layer is 0, and the phosphor getter temperature is 4th.
It can be seen from the experimental facts shown in the figure that a temperature of 900° C. to 1100 qo is good. This figure 4 shows the change in lifetime (vertical axis) with respect to the ring getter temperature (horizontal axis).
It can be seen that the lifetime is high and its variation is small depending on the temperature, and it is also understood that the lifetime does not necessarily improve as the temperature of the ring getter increases.
Furthermore, crystal defects in the silicon substrate are reduced by the annealing effect at the same time that the above-mentioned IJ glass layer forming temperature is applied to the silicon substrate. For example, 1000℃
After heating for about 1 hour, crystal defects are reduced to about 1/3 of the amount before heating.
It decreases to ~1/4 and the lifetime increases accordingly.
The maximum heating temperature for glass formation by CVD is 600°C.
The annealing effect is almost negligible. By implementing the present invention as described above, various characteristics were improved as follows compared to the conventional GTO.
ゲートターンオフ電流600A、陽極電流60船のGT
Oのオン電圧が3.3Vから2.2Vに、サ‐ジ電流耐
量が300皿から500Mに、ラッチング電流が10A
から泌に、オフ電圧が1500Vから3000Vに改善
された。また本発明の方法は、n型層の複数分割工程と
りンゲッター工程との間に、熱酸化工程、p型拡散工程
、CVD工程等何等かの熱処理工程が介在しても良い。Gate turn-off current 600A, anode current 60V GT
The on-voltage of O is increased from 3.3V to 2.2V, the surge current capacity is increased from 300 to 500M, and the latching current is increased to 10A.
The off-voltage has been improved from 1500V to 3000V. Further, in the method of the present invention, some heat treatment process such as a thermal oxidation process, a p-type diffusion process, a CVD process, etc. may be interposed between the n-type layer plurality division process and the getter process.
第1図a〜dは従来のスイッチング素子の製造方法を説
明するための工程断面図、第2図a〜fは本発明の一実
施例を説明するための工程断面図、第3図は第1図の製
造工程に対応したライフタイムを対比して示した曲線図
、第4図は本発明の効果を説明するための曲線図である
。
11:n型Si基板、11:Si基体、12:アノード
層となるp型層、13:pベース層となるp型層、14
及び26:リンガラス層、15:カソード層となるn型
層。
第1図
第2図
第4図
第3図1A to 1D are process cross-sectional views for explaining a conventional method for manufacturing a switching element, FIGS. 2A to 2F are process cross-sectional views for explaining an embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 1 is a curve diagram showing a comparison of lifetimes corresponding to the manufacturing process, and FIG. 4 is a curve diagram for explaining the effects of the present invention. 11: n-type Si substrate, 11: Si substrate, 12: p-type layer to become an anode layer, 13: p-type layer to become p-base layer, 14
and 26: phosphorus glass layer, 15: n-type layer which becomes a cathode layer. Figure 1 Figure 2 Figure 4 Figure 3
Claims (1)
型層を形成する工程で形成された一方のp型層表面にn
型不純物を含む層を形成する工程と、該工程後に熱処理
して前記n型不純物を拡散してn型層を形成する工程と
、該工程により得られたn型層を複数に分割する工程と
、前記n型層を形成していないp型層表面からライフタ
イムキラー原子を拡散する工程とを具備したゲートター
ンオフサイリスタの製造方法において、前記n型層を複
数に分割する工程と前記ライフタイムキラー原子を拡散
する工程との間に、前記n型層を複数に分割した面にリ
ンを含む層を形成して、前記n型層形成温度より低く且
つ前記ライフタイムキラー原子の拡散温度より高い90
0℃〜1100℃の温度でリンゲツターを行うことを特
徴とするゲートターンオフサイリスタの製造方法。 2 リンを含む層はPOCl_3を拡散源として形成し
たものであることを特徴とする特許請求の範囲第1項記
載のゲートターンオフサイリスタの製造方法。 3 半導体基体の少なくとも一方の面に形成するリンを
含む層を、POCl_3を拡散ソースとして形成するこ
とを特徴とする前記特許請求の範囲第1項記載のゲート
ターンオフサイイリスタの製造方法。[Claims] 1. Diffusing p-type impurities from both sides of an n-type semiconductor substrate to
n on the surface of one p-type layer formed in the process of forming a type layer.
a step of forming a layer containing a type impurity; a step of performing heat treatment after the step to diffuse the n-type impurity to form an n-type layer; and a step of dividing the n-type layer obtained by the step into a plurality of layers. , a method for manufacturing a gate turn-off thyristor comprising the step of diffusing lifetime killer atoms from the surface of the p-type layer on which the n-type layer is not formed, the step of dividing the n-type layer into a plurality of parts; Between the step of diffusing atoms, a layer containing phosphorus is formed on the surface of the n-type layer divided into a plurality of parts, and the temperature is lower than the n-type layer formation temperature and higher than the lifetime killer atom diffusion temperature.
1. A method for manufacturing a gate turn-off thyristor, characterized in that ringettering is performed at a temperature of 0°C to 1100°C. 2. The method for manufacturing a gate turn-off thyristor according to claim 1, wherein the layer containing phosphorus is formed using POCl_3 as a diffusion source. 3. The method for manufacturing a gate turn-off thyristor according to claim 1, characterized in that the layer containing phosphorus formed on at least one surface of the semiconductor substrate is formed using POCl_3 as a diffusion source.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP54154305A JPS6041468B2 (en) | 1979-11-30 | 1979-11-30 | Manufacturing method of gate turn-off thyristor |
| DE3037316A DE3037316C2 (en) | 1979-10-03 | 1980-10-02 | Process for the production of power thyristors |
| US06/213,099 US4370180A (en) | 1979-10-03 | 1980-12-04 | Method for manufacturing power switching devices |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP54154305A JPS6041468B2 (en) | 1979-11-30 | 1979-11-30 | Manufacturing method of gate turn-off thyristor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5678163A JPS5678163A (en) | 1981-06-26 |
| JPS6041468B2 true JPS6041468B2 (en) | 1985-09-17 |
Family
ID=15581208
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP54154305A Expired JPS6041468B2 (en) | 1979-10-03 | 1979-11-30 | Manufacturing method of gate turn-off thyristor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6041468B2 (en) |
-
1979
- 1979-11-30 JP JP54154305A patent/JPS6041468B2/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5678163A (en) | 1981-06-26 |
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