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JPH04274368A - 絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ - Google Patents

絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ

Info

Publication number
JPH04274368A
JPH04274368A JP3034857A JP3485791A JPH04274368A JP H04274368 A JPH04274368 A JP H04274368A JP 3034857 A JP3034857 A JP 3034857A JP 3485791 A JP3485791 A JP 3485791A JP H04274368 A JPH04274368 A JP H04274368A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
region
conductivity type
semiconductor substrate
bipolar transistor
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.)
Pending
Application number
JP3034857A
Other languages
English (en)
Inventor
Noriyuki Iwamuro
憲幸 岩室
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Priority to JP3034857A priority Critical patent/JPH04274368A/ja
Priority to EP19920102952 priority patent/EP0501342A3/en
Publication of JPH04274368A publication Critical patent/JPH04274368A/ja
Priority to US08/151,055 priority patent/US6072199A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D12/00Bipolar devices controlled by the field effect, e.g. insulated-gate bipolar transistors [IGBT]
    • H10D12/01Manufacture or treatment
    • H10D12/031Manufacture or treatment of IGBTs
    • H10D12/032Manufacture or treatment of IGBTs of vertical IGBTs
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D12/00Bipolar devices controlled by the field effect, e.g. insulated-gate bipolar transistors [IGBT]
    • H10D12/411Insulated-gate bipolar transistors [IGBT]
    • H10D12/441Vertical IGBTs
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D62/00Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
    • H10D62/10Shapes, relative sizes or dispositions of the regions of the semiconductor bodies; Shapes of the semiconductor bodies
    • H10D62/17Semiconductor regions connected to electrodes not carrying current to be rectified, amplified or switched, e.g. channel regions
    • H10D62/351Substrate regions of field-effect devices
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D62/00Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
    • H10D62/60Impurity distributions or concentrations

Landscapes

  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
  • Bipolar Transistors (AREA)
  • Thyristors (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電力用スイッチング素
子として用いられる絶縁ゲート型バイポーラトランジス
タ (以下IGBTと記す) およびその製造方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】近年、電力用スイッチング素子としてI
GBTが一般に使われ始めているが、これは、例えばn
チャネル縦型MOSFETのドレイン領域のドレイン電
極側にp+ 層を付け加えた構成を有している。すなわ
ち、図2に一つのセルについて示すように、p+ シリ
コン基板1の一面上にエピタキシャル法を用いて低抵抗
のn+ 層2を形成し、その表面上に高抵抗のn− 層
3を積層する。そして、このn−層3の表面部に選択的
にp+ 層4を形成し、さらにこのp+ 層4の表面部
に選択的にn+ 層5を形成する。そしてp+ 層4の
うちのn− 層3とn+ 層5ではさまれた表面領域4
1をチャネル領域として、この上にゲート絶縁膜6を介
してゲート端子Gに接続されるゲート電極7を形成する
。そして、p+ 層4とn+ 層5に共通に接触しソー
ス端子Sに接続されるソース電極8を絶縁膜10を介し
て形成し、他方p+ 基板1の表面にドレイン端子Dに
接続されるドレイン電極9を配置する。
【0003】この素子は、ソース端子Sを接地し、ゲー
ト端子Gとドレイン端子Dに正の電圧を与えると、n+
 層2およびn− 層3, p+ 層4, n+ 層5
ならびにゲート電極7およびソース電極8等から構成さ
れるMOSFETがオンし、前記チャネル41を介して
n− 層3に電子が流れ込む。p+ 基板1からn− 
層3には、n+ 層2を介してその電子流入に対応した
正孔の注入がおこり、n− 層3では伝導度変調が生ず
ることにより、この領域の抵抗が低くなり、低いオン抵
抗が導通する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】最近、IGBTに対し
ては高い周波数での使用のためにターンオフ損失の低減
が要求されている。しかし、ライフタイムキラーの導入
などによりライフタイムが短くなるよう制御してターン
オン損失を低減しようとするとオン電圧が高くなるトレ
ード・オフ特性が存在する。このトレード・オフ特性は
n− 層3の厚さに大きく依存する。図2に示したIG
BTは、n+ 層2を空乏層のストッパとなるのでバッ
ファ層として用いるものでパンチスルー型と呼ばれ、n
− 層を薄くできるので上記のトレード・オフ特性を改
善できることから従来採用されていた。しかしながら、
このIGBTは主にエピタキシャルウエーハを使用しな
ければならないので高価となってしまう。これに対して
FZ法を用いたシリコン単結晶から作成するウエーハの
ような安価なウエーハを用いる場合は、工程中の取扱い
の関係からウエーハ厚を一定以上薄くできず、どうして
もオン電圧−ターンオフ損失トレード・オフ特性を改善
することができなかった。
【0005】本発明の目的は、ウエーハ厚の厚い、言い
換えれば図2の場合にn− 層3が厚い素子において、
低オン電圧と低ターンオフ損失の双方を実現することの
できるIGBTとその製造方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、半導体素体が第一導電型の第一層、そ
の第一層の一面側の表面層内に選択的に形成された第二
導電型の第一領域、その第一領域の表面層内に選択的に
形成された第一導電型の第二領域および第一層の他面側
に形成された第二導電型の第二層を有し、その半導体素
体の第一層と第二領域とにはさまれた第一領域表面上に
絶縁膜を介してゲート電極が設けられ、第一領域表面お
よび第二領域表面に共通にソース電極が、第二層表面に
ドレイン電極がそれぞれ接触するIGBTにおいて、半
導体素体はライフタイム制御処理を施されず、第一層の
不純物濃度が4.0 ×1013/cm3 以上である
ものとする。 そして、第一層と第二層の間に第一層より高不純物濃度
で第一導電型のバッファ層が介在してもよい。そして本
発明のIGBTの製造方法は、ほぼ均一に4.0 ×1
013/cm3 以上の不純物濃度をもつ第一導電型の
半導体基板を用い、その半導体基板の一面上に絶縁膜を
介して形成した導電層をパターニングしてゲート電極を
形成する工程と、半導体基板の一面側からはそのゲート
電極をマスクとして用いて選択的に、他面側からは全面
に不純物を導入する工程と、その不純物の熱拡散により
半導体基板の一面の表面層内に選択的に第二導電型の第
一領域を、他面に第二導電型の第二層をそれぞれ形成す
る工程と、ゲート電極をマスクとして用いて第一領域の
表面から選択的に別の不純物を導入する工程と、その不
純物の熱拡散により第一領域の表面層内に選択的に第一
導電型の第二領域を形成する工程と、半導体基板の一面
の第一, 第二領域表面に共通に接触するソース電極と
他面の第二層に接触するドレイン電極を形成する工程と
を含み、半導体基板のライフタイムを制御する工程を含
まないものとする。
【0007】
【作用】バイポーラトランジスタのベース領域として働
く第一層の不純物濃度を4.0 ×1013/cm3 
以上にすると、例えばインバータ回路においてドレイン
電圧クランプ後、空乏層がほとんど広がることがないた
め、いわゆるテイル電流がほとんど流れない。そのため
、ライフタイム制御を行わなくてもターンオフ損失の低
減が可能である。そして、ライフタイム制御を行ってい
ないのでバッファ層を用いて第一層を薄くすることなく
オン電圧の低減が可能であり、かつ高温でのトレードオ
フ特性劣化を防げる。この結果、薄い第一層が必要でな
くなるため、エピタキシャルウエーハを使用しないで、
ほぼ均一に4.0 ×1013/cm3 以上の不純物
濃度をもつ半導体基板を用いて製造することが可能にな
る。
【0008】
【実施例】図1は本発明の一実施例のIGBTを示し、
図2と共通の部分に同一符号が付されている。このIG
BTは次のような工程により製造した。
【0009】まず、FZ法で作成した単結晶から切り出
したn− シリコン基板の一面上に酸化膜を介して多結
晶シリコンを堆積したのち、フォトリソグラフィ法によ
り多結晶シリコンからなるゲート電極7およびゲート酸
化膜6を形成し、そのゲート電極7をマスクに用いてア
クセプタイオンの注入を行った。そして、基板の他面か
らもアクセプタイオンの注入を行い、熱拡散により同時
にp+ 層1 (第二層) およびp+ 層4 (第一
領域) を形成した。p+ 層が形成されないで残った
n− 基板の部分がn− 層3 (第一層)となる。つ
づいて、ゲート電極7をマスクの一部に用いてドナーイ
オンの注入と熱拡散によりn+ 層5 (第二領域) 
を形成した。このあと、絶縁膜10を介してソース電極
8をp+ 層4およびn+ 層5に接触させ、p+ 層
1にドレイン電極9を接触させることによりこのIGB
Tを完成した。ライフタイムキラーの導入は行わなかっ
た。図に示したのは一つのセルで幅20μmの大きさで
あり、このようなセルが8mm角の基板に多数形成され
る。n− 層3の厚さは220 μm、p+ 層1のx
j は2μm、表面不純物濃度は6.0 ×1015/
cm3である。この場合は、オン電圧はI=50A/c
m2 で2.0 Vである。
【0010】図3はこのようにして製造されたIGBT
のターンオフ損失Eoff のn− 層3比抵抗依存性
を示す。n− 層3の厚さを変えて素子のオン電圧がI
=50A/cm2で3.0 V近傍になるものも製作し
、評価した。いずれの場合もEoff測定はクランプ電
圧600 Vのインバータ回路で行った。
【0011】図3からわかるように、オン電圧が2.0
 Vの素子および3.0 Vの素子において、n− 層
3の不純物濃度が4.0 ×1013/cm3 未満に
なると急激にEoff が増加する。
【0012】次に、2×1014/cm3 の不純物濃
度をもつn− シリコン基板を用い、上記の工程による
ものと、それにライフタイムキラーを導入する工程を加
えたものとで、n− 層3の厚さを変えてそれぞれオン
電圧が2.0 V,2.5V,3.0V近傍の素子を製
作して調べた室温と高温 (125 ℃) でのオン電
圧−Eoff トレードオフ特性図を図4に示す。この
図から明らかなように、ライフタイムキラーを導入した
素子では高温ではライフタイムキラーの効果がなくなる
のでトレードオフ特性が劣化するのに対し、ライフタイ
ムキラーを導入しない素子では高温時でも特性劣化は見
られなかった。
【0013】なお、伝導度変調の制御のためにp+ 層
1とn− 層3の間にn+ バッファ層2を形成しても
よい。 また、以上のnチャネルIGBTにおける実施例のほか
、各層の導電型を逆にしたpチャネルIGBTにおいて
も本発明を実施することができる。
【0014】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
IGBTの低不純物濃度層の不純物濃度を4.0 ×1
013/cm3 以上にすることにより、ライフタイム
制御をしないでターンオフ損失を低くすることができる
ようになり、パンチスルー型にしないで低不純物濃度層
が厚くても低いオン電圧が得られるので、FZ法による
ウエーハのような安価な半導体基板を素材として低オン
電圧, 低オフ損失のIGBTを製造することが可能に
なった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のIGBTの断面図
【図2】
従来のパンチスルー型IGBTの断面図
【図3】図1の
構造のIGBTにおけるオフ損失とn− 層不純物濃度
との関係線図
【図4】図1の構造のIGBTにおけるライフタイム制
御有無の場合の室温および高温でのオフ損失・オン電圧
トレードオフ特性図
【符号の説明】
1    p+ 層(第一層) 3    n− 層(第一層) 4    p+ 層(第一領域) 5    n+ 層(第二領域) 6    ゲート酸化膜 7    ゲート電極 8    ソース電極 9    ドレイン電極

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体素体が第一導電型の第一層、その第
    一層の一面側の表面層内に選択的に形成された第二導電
    型の第一領域、その第一領域の表面層内に選択的に形成
    された第一導電型の第二領域および第一層の他面側に形
    成された第二導電型の第二層を有し、その半導体素体の
    第一層と第二領域にはさまれた第一領域表面上に絶縁膜
    を介してゲート電極が設けられ、第一領域表面および第
    二領域表面に共通にソース電極が、第二層表面にドレイ
    ン電極がそれぞれ接触するものにおいて、半導体素体は
    ライフタイム制御処理を施されず、第一層の不純物濃度
    が4.0 ×1013/cm3 以上であることを特徴
    とする絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ。
  2. 【請求項2】請求項1記載のものにおいて、第一層と第
    二層の間に第一層より高不純物濃度で第一導電型のバッ
    ファ層が介在する絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ
  3. 【請求項3】ほぼ均一に4.0 ×1013/cm3 
    以上の不純物濃度をもつ第一導電型の半導体基板を用い
    、その半導体基板の一面上に絶縁膜を介して形成した導
    電層をパターニングしてゲート電極を形成する工程と、
    半導体基板の一面側からはそのゲート電極をマスクとし
    て用いて選択的に、他面側から全面に不純物を導入する
    工程と、その不純物の熱拡散により半導体基板の一面の
    表面層内に選択的に第二導電型の第一領域を、他面に第
    二導電型の第二層をそれぞれ形成する工程と、ゲート電
    極をマスクとして用いて第一領域の表面から選択的に別
    の不純物を導入する工程と、その不純物の熱拡散により
    第一領域の表面層内に選択的に第一導電型の第二領域を
    形成する工程と、半導体基板の一面の第一, 第二領域
    表面に共通に接触するソース電極および他面の第二層に
    接触するドレイン電極を形成する工程とを含み、半導体
    基板のライフタイムを制御する工程を含まないことを特
    徴とする絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの製造方
    法。
JP3034857A 1991-03-01 1991-03-01 絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ Pending JPH04274368A (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3034857A JPH04274368A (ja) 1991-03-01 1991-03-01 絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ
EP19920102952 EP0501342A3 (en) 1991-03-01 1992-02-21 Insulated gate bipolar transistor and method of producing same
US08/151,055 US6072199A (en) 1991-03-01 1993-11-12 Insulated gate bipolar transistor

Applications Claiming Priority (1)

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JP3034857A JPH04274368A (ja) 1991-03-01 1991-03-01 絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ

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JPH04274368A true JPH04274368A (ja) 1992-09-30

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Family Applications (1)

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JP3034857A Pending JPH04274368A (ja) 1991-03-01 1991-03-01 絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ

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EP (1) EP0501342A3 (ja)
JP (1) JPH04274368A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5559348A (en) * 1994-11-11 1996-09-24 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor device having insulated gate bipolar transistor

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3216315B2 (ja) * 1993-04-02 2001-10-09 株式会社デンソー 絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ
US5719412A (en) * 1993-04-02 1998-02-17 Nippondenso Co., Ltd Insulated gate bipolar transistor
US5466951A (en) * 1993-12-08 1995-11-14 Siemens Aktiengesellschaft Controllable power semiconductor element with buffer zone and method for the manufacture thereof
US5723882A (en) * 1994-03-10 1998-03-03 Nippondenso Co., Ltd. Insulated gate field effect transistor having guard ring regions
US6703671B1 (en) * 1996-08-23 2004-03-09 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Insulated gate semiconductor device and method of manufacturing the same
US6686623B2 (en) 1997-11-18 2004-02-03 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Nonvolatile memory and electronic apparatus
JP4236722B2 (ja) * 1998-02-05 2009-03-11 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置の作製方法
DE10055446B4 (de) * 1999-11-26 2012-08-23 Fuji Electric Co., Ltd. Halbleiterbauelement und Verfahren zu seiner Herstellung
US6482681B1 (en) * 2000-05-05 2002-11-19 International Rectifier Corporation Hydrogen implant for buffer zone of punch-through non epi IGBT
JP2002203965A (ja) * 2000-12-27 2002-07-19 Toshiba Corp 半導体装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4672407A (en) * 1984-05-30 1987-06-09 Kabushiki Kaisha Toshiba Conductivity modulated MOSFET
JPS6445173A (en) * 1987-08-13 1989-02-17 Fuji Electric Co Ltd Conductive modulation type mosfet
DE58909474D1 (de) * 1988-02-24 1995-11-30 Siemens Ag Verfahren zur Herstellung eines durch Feldeffekt steuerbaren Bipolartransistors.
US5237183A (en) * 1989-12-14 1993-08-17 Motorola, Inc. High reverse voltage IGT

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5559348A (en) * 1994-11-11 1996-09-24 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor device having insulated gate bipolar transistor

Also Published As

Publication number Publication date
US6072199A (en) 2000-06-06
EP0501342A3 (en) 1993-03-10
EP0501342A2 (en) 1992-09-02

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