JPH06104443A - Semiconductor device - Google Patents
Semiconductor deviceInfo
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- JPH06104443A JPH06104443A JP25175592A JP25175592A JPH06104443A JP H06104443 A JPH06104443 A JP H06104443A JP 25175592 A JP25175592 A JP 25175592A JP 25175592 A JP25175592 A JP 25175592A JP H06104443 A JPH06104443 A JP H06104443A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】エピタキシャルウエーハを用いて作られるLS
Iに集積する横型IGBTのスイッチング速度を高め
る。
【構成】低抵抗基板上に同一導電形の高抵抗エピタキシ
ャル層を成長させたウエーハを用い、横型IGBTはそ
のエピ層の表面層に選択的に形成された拡散ウエル領域
内および表面上に構成する。そして基板の裏面電極を横
型IGBTのエミッタ電極に短絡すれば、IGBTのオ
フ時にエピタキシャル層に蓄積された少数キャリアを裏
面電極からエミッタ電極に流出させることができるの
で、高速スイッチングが可能になる。
(57) [Abstract] [Purpose] LS made by using epitaxial wafer
The switching speed of the lateral IGBT integrated in I is increased. [Structure] Using a wafer in which a high resistance epitaxial layer of the same conductivity type is grown on a low resistance substrate, a lateral IGBT is formed in and on a diffusion well region selectively formed in the surface layer of the epi layer. . When the back surface electrode of the substrate is short-circuited to the emitter electrode of the lateral IGBT, the minority carriers accumulated in the epitaxial layer when the IGBT is off can be made to flow out from the back surface electrode to the emitter electrode, which enables high-speed switching.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、高速スイッチング特性
を有する絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(以下IG
BTと記す) と制御部とが同一半導体素体に集積される
ことのできる半導体装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to an insulated gate bipolar transistor (hereinafter referred to as IG) having a high speed switching characteristic.
BT) and the control unit can be integrated in the same semiconductor element body.
【0002】[0002]
【従来の技術】スイッチング電源用として、数100kHzの
高速スイッチングが可能なIGBTを高耐圧出力素子と
し、制御部を同一半導体素体に集積して使用を容易にし
たLSIが開発されている。IGBTは横型構造にさ
れ、図2に示すようにLSI内に形成される。すなわ
ち、p基板21上にpベース層の直下となる部分にp+ 埋
込領域22を形成後、nエピタキシャル層23を成長させた
エピタキシャルウエーハを用い、このウエーハの表面か
ら不純物を導入してp+ 分離層24を形成して素子分離を
行う。この分離された領域に、pベース層4、pコレク
タ層5が形成され、表面上にゲート絶縁膜6を介してゲ
ート電極7が設けられている。さらに、pベース層4に
p+ コンタクト領域8、n+ コンタクト領域9、pコレ
クタ層5にp+コンタクト領域10、またnエピタキシャ
ル層23の露出部にn+ コンタクト領域11が形成されてお
り、p+ コンタクト領域8およびn+ コンタクト領域9
とp+ コンタクト領域10およびn+ コンタクト領域11と
にそれぞれエミッタ電極12、コンタクト電極13が共通に
接触している。2. Description of the Related Art As a switching power supply, an LSI has been developed in which an IGBT capable of high-speed switching at several 100 kHz is used as a high breakdown voltage output element, and a control unit is integrated in the same semiconductor body to facilitate use. The IGBT has a lateral structure and is formed in the LSI as shown in FIG. That is, an p + buried region 22 is formed on the p substrate 21 immediately below the p base layer, and then an epitaxial wafer in which an n epitaxial layer 23 is grown is used. Impurities are introduced from the surface of this wafer to p. + Isolation layer 24 is formed to perform element isolation. A p base layer 4 and a p collector layer 5 are formed in the separated regions, and a gate electrode 7 is provided on the surface with a gate insulating film 6 interposed therebetween. Furthermore, a n + contact region 11 on the exposed portion of the p base layer 4 to the p + contact region 8, n + contact region 9, the p collector layer 5 p + contact region 10, and n epitaxial layer 23 is formed, p + contact region 8 and n + contact region 9
An emitter electrode 12 and a contact electrode 13 are in common contact with the p + contact region 10 and the n + contact region 11, respectively.
【0003】この横型IGBTは、エミッタ電極12に対
してしきい値電圧以上の電圧をゲート電極7に印加する
ことにより、エミッタ電極12からn+ 領域8、pベース
層4の表面部25に生じたチャネルを通じて電子がn層23
に注入され、n+ 領域11を通ってコレクタ電極13へ電子
電流が流れる。これによりpコレクタ層5とn層23との
間のPN接合は順バイアスとなり、コレクタ層5からn
層23へ正孔が注入され、その結果、n層23に伝導度変調
が誘起され、pコレクタ層5、n層23、pベース層4か
らなるPNPトランジスタが低いオン抵抗で導通する。This lateral IGBT is generated from the emitter electrode 12 to the n + region 8 and the surface portion 25 of the p base layer 4 by applying a voltage higher than the threshold voltage to the gate electrode 7 with respect to the emitter electrode 12. N through the channel
, And an electron current flows through the n + region 11 to the collector electrode 13. As a result, the PN junction between the p collector layer 5 and the n layer 23 becomes a forward bias, and the
Holes are injected into the layer 23, and as a result, conductivity modulation is induced in the n layer 23, so that the PNP transistor including the p collector layer 5, the n layer 23, and the p base layer 4 conducts with low on-resistance.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】図2に示す従来構造で
は、IGBTをオンにしたとき、n層23に正孔が注入さ
れるため、pコレクタ層5、nエピタキシャル層23、p
基板21からなるPNPトランジスタが飽和状態となり、
n層23内に正孔が充満するのに加え、p基板21内にも電
子が蓄積される。従って、ゲート電極7への印加電圧を
しゃ断したとき、n層23内の正孔はn+ コンタクト領域
11を通りコレクタ電極13へ短時間で流出するが、p基板
21に蓄積された電子は、高抵抗のp基板21を通り埋込領
域22へ流出するか、あるいは寿命により正孔と再結合し
て消滅することになる。そのため素子しゃ断時間が長く
なるという欠点がある。In the conventional structure shown in FIG. 2, when the IGBT is turned on, holes are injected into the n layer 23, so that the p collector layer 5, the n epitaxial layer 23, and the p layer are formed.
The PNP transistor made of the substrate 21 becomes saturated,
In addition to the holes being filled in the n layer 23, electrons are also stored in the p substrate 21. Therefore, when the voltage applied to the gate electrode 7 is cut off, the holes in the n-layer 23 become n + contact region.
It flows out to the collector electrode 13 through 11 in a short time, but it is a p substrate
The electrons accumulated in 21 flow out to the buried region 22 through the p substrate 21 having a high resistance, or recombine with holes and disappear due to the lifetime. Therefore, there is a drawback that the element cutoff time becomes long.
【0005】本発明の目的は、上述の欠点を除去し、エ
ピタキシャル層のサブストレートである基板に蓄積した
少数キャリアをオフ時に短時間で引き抜くことのでき
る、高速スイッチング可能なIGBTを含む半導体装置
を提供することにある。An object of the present invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks and to provide a semiconductor device including an IGBT capable of high-speed switching, in which minority carriers accumulated on a substrate which is a substrate of an epitaxial layer can be extracted in a short time when turned off. To provide.
【0006】[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、本発明の半導体装置は、第一導電形で高不純物濃
度の基板の一面上に積層された第一導電形で低不純物濃
度のエピタキシャル層の表面層に選択的に第二導電形の
ウエル領域が設けられ、そのウエル領域内およびその表
面上にチャネルが第一導電形の横型IGBTが形成さ
れ、さらに基板の他面に接触する電極が横型IGBTの
エミッタ電極と短絡されたものとする。そして、同一半
導体素体に横型IGBTの制御部が集積されたことが有
効である。また、横型IGBTのコレクタ電極がウエル
領域にもオーム性接触することが有効である。In order to achieve the above object, a semiconductor device of the present invention has a first conductivity type and a low impurity concentration of one conductivity type laminated on one surface of a substrate of the first conductivity type and a high impurity concentration. A well region of the second conductivity type is selectively provided in the surface layer of the epitaxial layer, and a lateral IGBT having a channel of the first conductivity type is formed in the well region and on the surface thereof, and further contacts the other surface of the substrate. The electrode to be turned on is short-circuited with the emitter electrode of the lateral IGBT. Further, it is effective that the control unit of the lateral IGBT is integrated in the same semiconductor element body. Further, it is effective that the collector electrode of the lateral IGBT also makes ohmic contact with the well region.
【0007】[0007]
【作用】チャネルが第一導電形の横型IGBTの形成さ
れる第二導電形の層にエピタキシャル層を用いないで、
第一導電形の低不純物濃度のエピタキシャル層に形成さ
れた第二導電形のウエル領域を用い、エピタキシャル層
の基板を第一導電形で高不純物濃度とする。これによ
り、IGBTオン時に低不純物濃度のエピタキシャル層
に蓄積された少数キャリアを、高不純物濃度の基板を通
じてエミッタ電極と短絡される裏面電極ヘ流出させるこ
とができるので、高速スイッチングができる。With the use of the epitaxial layer as the second conductivity type layer in which the lateral IGBT having the first conductivity type channel is formed,
The well region of the second conductivity type is formed in the low impurity concentration epitaxial layer of the first conductivity type, and the substrate of the epitaxial layer has the first conductivity type and the high impurity concentration. As a result, minority carriers accumulated in the epitaxial layer having a low impurity concentration when the IGBT is turned on can be made to flow out to the back surface electrode short-circuited with the emitter electrode through the substrate having a high impurity concentration, so that high speed switching can be performed.
【0008】[0008]
【実施例】図1は本発明の一実施例のLSIの横型IG
BT部を示し、図2と共通の部分には同一の符号が付さ
れている。このLSIに用いられるシリコンウエーハ
は、抵抗率が1〜30Ω・cm、すなわち不純物濃度1015〜
1016cm-3のp+ 基板1の上に、抵抗率80〜120 Ω・cm、
すなわち不純物濃度が1014cm-3の高抵抗pエピタキシャ
ル層2を50〜100 μmの厚さに成長させたものを用い
る。このpエピタキシャル層2の表面からのイオン注入
と拡散により表面不純物濃度1×1016cm-3、深さ5〜6
μmのnウエル3を形成する。そのあとは、図2のn層
23に形成されたと同様のpベース層4およびpコレクタ
層5、表面上のゲート絶縁膜6およびゲート電極7、p
ベース層4内のp+ コンタクト領域8およびn+ コンタ
クト領域9、pコレクタ層5内のp+ コンタクト領域10
ならびにn層2内のn+ コンタクト領域11を形成する。
この結果、横型IGBT構造ができ上がるが、表面上の
エミッタ電極12、コレクタ電極13のほかに、本発明によ
り裏面にもp+ 基板1に接触する電極14が形成され、エ
ミッタ電極12と配線15によって接続されている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows a lateral IG of an LSI according to an embodiment of the present invention.
The BT part is shown, and the same parts as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals. The silicon wafer used for this LSI has a resistivity of 1 to 30 Ω · cm, that is, an impurity concentration of 10 15 to
On the p + substrate 1 of 10 16 cm -3 , the resistivity is 80 to 120 Ωcm,
That is, a high resistance p epitaxial layer 2 having an impurity concentration of 10 14 cm -3 grown to a thickness of 50 to 100 μm is used. By the ion implantation and diffusion from the surface of the p epitaxial layer 2, the surface impurity concentration is 1 × 10 16 cm -3 and the depth is 5-6.
A μm n-well 3 is formed. After that, the n layer in FIG.
23, the same p base layer 4 and p collector layer 5, the gate insulating film 6 and gate electrode 7, p formed on the surface
P + contact region 8 and n + contact region 9 in the base layer 4, and p + contact region 10 in the p collector layer 5
And an n + contact region 11 in the n layer 2 is formed.
As a result, a lateral IGBT structure is completed. In addition to the emitter electrode 12 and the collector electrode 13 on the front surface, the electrode 14 in contact with the p + substrate 1 is also formed on the back surface according to the present invention. It is connected.
【0009】このような構造では、nウエル3をp層2
の表面層に選択的に形成することにより素子分離が行わ
れ、分離領域24を形成する必要がない。また、オン時に
pエピタキシャル層2に蓄積された電子は、nウエル3
直下全面に存在するp+ 基板1を経由して裏面電極14に
流出し高速スイッチングが実現できる。このため、電子
のエミッタ電極12への径路としてのp+ 埋込領域22を作
る必要がなく、マスク枚数が減少し、製造コストが低減
する。なお、n+ コンタクト領域11にコレクタ電極13が
接触していることによりコレクタ短絡構造が形成されて
いることも、スイッチング速度の向上に役立っている。In such a structure, the n well 3 is replaced by the p layer 2
The element isolation is performed by selectively forming the isolation layer 24 on the surface layer, and it is not necessary to form the isolation region 24. In addition, the electrons accumulated in the p epitaxial layer 2 at the time of turning on are transferred to the n well 3
High-speed switching can be realized by flowing out to the back surface electrode 14 via the p + substrate 1 existing directly under the entire surface. Therefore, it is not necessary to form the p + buried region 22 as a path for the electrons to the emitter electrode 12, the number of masks is reduced, and the manufacturing cost is reduced. The collector short circuit structure formed by the contact of the collector electrode 13 with the n + contact region 11 also contributes to the improvement of the switching speed.
【0010】[0010]
【発明の効果】本発明によれば、横型IGBTをエピタ
キシャルウエーハに形成する際に、異なる導電形の基板
上の高抵抗のエピタキシャル層に形成しないで、低抵抗
の基板と同一導電形のエピタキシャル層に形成された異
なる導電形のウエル領域内およびその表面上に構成する
ことにより、IGBTのオフ時に低抵抗の基板を通じて
エピタキシャル層の蓄積キャリアを流出させることがで
きるので、高速スイッチングをさせることができ、エピ
タキシャルウエーハが用いられるLSIへの横型IGB
Tの集積に極めて有効である。According to the present invention, when a lateral IGBT is formed on an epitaxial wafer, it is not formed on a high resistance epitaxial layer on a substrate of a different conductivity type, but an epitaxial layer of the same conductivity type as a low resistance substrate. By configuring the well regions of different conductivity types formed in and on the surface of the well regions, accumulated carriers in the epitaxial layer can flow out through the low resistance substrate when the IGBT is turned off, and thus high speed switching can be performed. Lateral IGB for LSI using epitaxial wafer
It is extremely effective in accumulating T.
【図1】本発明の一実施例のLSIにおけるIGBT部
の断面図FIG. 1 is a sectional view of an IGBT portion in an LSI according to an embodiment of the present invention.
【図2】従来のLSIにおけるIGBT部の断面図FIG. 2 is a sectional view of an IGBT portion in a conventional LSI.
1 p+ 基板 2 pエピタキシャル層 3 nウエル 4 pベース層 5 pコレクタ層 6 ゲート絶縁膜 7 ゲート電極 8 p+ コンタクト領域 9 n+ コンタクト領域 10 p+ コンタクト領域 11 n+ コンタクト領域 12 エミッタ電極 13 コレクタ電極 14 裏面電極1 p + substrate 2 p epitaxial layer 3 n well 4 p base layer 5 p collector layer 6 gate insulating film 7 gate electrode 8 p + contact region 9 n + contact region 10 p + contact region 11 n + contact region 12 emitter electrode 13 Collector electrode 14 Back electrode
Claims (3)
に積層された第一導電形で低不純物濃度の表面層に選択
的に第二導電形のウエル領域が設けられ、そのウエル領
域内およびその表面上にチャネルが第一導電形の横型絶
縁ゲートバイポーラトランジスタが形成され、さらに基
板の他面に接触する電極が横型絶縁ゲートバイポーラト
ランジスタのエミッタ電極と短絡されたことを特徴とす
る半導体装置。1. A well region of a second conductivity type is selectively provided in a surface layer of a first conductivity type and a low impurity concentration laminated on one surface of a substrate of the first conductivity type and a high impurity concentration. A lateral insulated gate bipolar transistor having a channel of the first conductivity type is formed in and on the surface of the region, and an electrode contacting the other surface of the substrate is short-circuited with an emitter electrode of the lateral insulated gate bipolar transistor. Semiconductor device.
ラトランジスタの制御部が集積された請求項1記載の半
導体装置。2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a control unit of a lateral insulated gate bipolar transistor is integrated in the same semiconductor body.
コレクタ電極がウエル領域にもオーム性接触している請
求項1あるいは2記載の半導体装置。3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the collector electrode of the lateral insulated gate bipolar transistor is also in ohmic contact with the well region.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25175592A JPH06104443A (en) | 1992-09-22 | 1992-09-22 | Semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25175592A JPH06104443A (en) | 1992-09-22 | 1992-09-22 | Semiconductor device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06104443A true JPH06104443A (en) | 1994-04-15 |
Family
ID=17227446
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP25175592A Pending JPH06104443A (en) | 1992-09-22 | 1992-09-22 | Semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06104443A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4761696B2 (en) * | 2000-09-29 | 2011-08-31 | エフド インダクション エイ.エス. | High output high frequency resonant load inverter |
GB2482479A (en) * | 2010-08-02 | 2012-02-08 | Univ Warwick | Semiconductor device operable as a vertical MOSFET and as a lateral insulated gate bipolar transistor, comprising a Schottky diode in the injector region. |
CN104868890A (en) * | 2014-02-24 | 2015-08-26 | 三垦电气株式会社 | Semiconductor device, AC/DC converter, PFC circuit and motor driver |
-
1992
- 1992-09-22 JP JP25175592A patent/JPH06104443A/en active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4761696B2 (en) * | 2000-09-29 | 2011-08-31 | エフド インダクション エイ.エス. | High output high frequency resonant load inverter |
GB2482479A (en) * | 2010-08-02 | 2012-02-08 | Univ Warwick | Semiconductor device operable as a vertical MOSFET and as a lateral insulated gate bipolar transistor, comprising a Schottky diode in the injector region. |
GB2482479B (en) * | 2010-08-02 | 2015-02-18 | Univ Warwick | Semiconductor device |
CN104868890A (en) * | 2014-02-24 | 2015-08-26 | 三垦电气株式会社 | Semiconductor device, AC/DC converter, PFC circuit and motor driver |
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