JPH01112764A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH01112764A
JPH01112764A JP62272216A JP27221687A JPH01112764A JP H01112764 A JPH01112764 A JP H01112764A JP 62272216 A JP62272216 A JP 62272216A JP 27221687 A JP27221687 A JP 27221687A JP H01112764 A JPH01112764 A JP H01112764A
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JP
Japan
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type
igbt
epitaxial layer
substrate
layer
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JP62272216A
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English (en)
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Akio Tanaka
昭生 田中
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D84/00Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers
    • H10D84/40Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers characterised by the integration of at least one component covered by groups H10D12/00 or H10D30/00 with at least one component covered by groups H10D10/00 or H10D18/00, e.g. integration of IGFETs with BJTs
    • H10D84/401Combinations of FETs or IGBTs with BJTs
    • H10D84/403Combinations of FETs or IGBTs with BJTs and with one or more of diodes, resistors or capacitors
    • H10D84/406Combinations of FETs or IGBTs with vertical BJTs and with one or more of diodes, resistors or capacitors
    • 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]
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D84/00Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers
    • H10D84/101Integrated devices comprising main components and built-in components, e.g. IGBT having built-in freewheel diode
    • H10D84/161IGBT having built-in components

Landscapes

  • Bipolar Transistors (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Bipolar Integrated Circuits (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置に関し、特に絶縁ゲートノ<イポー
ラトランジスタ(以後IGBTと称す)に関する。
〔従来の技術〕
従来、この種のIGBTは、例えば同一基板上に容易に
実績化できる横型IGBTについて第3図にその一例を
示す様に、二重拡散MO3)ランジスタ(いわゆるDM
O8)ランジスタ)のN型半導体基板301中にドレイ
ンP+層305を作る構造になっていた。ゲート電極3
08に正のゲート電圧を与え、ゲートをオンさせるとゲ
ート酸化膜306直下のPベース302にはnチャネル
が形成されるため、ソースN”304からN型半導体基
板301に電子が流れ込む。このようにして流入した電
子によってN型半導体基板301のポテンシャルが低下
しドレインP”305とN型半導体基板301とのPN
接合が順バイアスされる結果ドレインP”305から大
量のホールがN型半導体基板301に注入され、N型半
導体基[301の抵抗はホールの注入ンこよって大幅し
こ下ケラレる。通常のDMO8)ランジスタでは大きな
抵抗となっていたN型半導体基板301が、このホール
の注入によって導電率変調を受け、オン抵抗を下げる事
ができる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上述した従来の横型IGBTで相補型IGBTを製作し
ようとした場合、第3図のNチャネル型IGBTはN型
基板を必要とし、第3図のPとNを逆転させたPチャネ
ル型IGBTは、P型基板を必要とするため、同一基板
上に集積化する事が困難であった。
モータをパルス幅変調(PWM)で制御する場合、ソー
ス側、シンク側共低抵抗で高速なプッシュプル回路が必
要となる。従来この種の回路は集積化が難しく、ゴ別(
ディスクリート)部品で構成していたため、価格低下、
省スペース化を妨げていた。
又、ソレノイドの駆動やデイスプレィドライバーでは、
低抵抗のオープンドレイン出力が要求される用途もある
。従来の横型IGBTでは、基板がドレインとほぼ同電
位になり、MOS)ランジスタの様な自己分離ができな
いため、集積化する場合オープンドレインでも接合分離
等による素子分離が必要となっていた。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明によれば、一導電型の半導体層内に設けられた他
の導電型の第1の半導体領域と、該第1の半導体領域に
接続して設けられた第1の電極と、ゲート電極をはさん
で前記第1の半導体領域の反対側の前記半導体層内に設
けられた前記他の導電型の第2の半導体領域と、該第2
の半導体領域に接して前記ゲート電極とは反対側の前記
半導体層内に設けられた前記他の導電型の第3の半導体
領域と、該第3の半導体領域内に設けられた前記一導電
型の第4の半導体領域と、該第4の半導体領域に接続し
て設けられた第2の電極とを有する半導体装置が得られ
る。
本発明の横型IGBTはPチャネル型の場合N型基板を
用いるため、従来のN型基板を用いたNチャネル型と接
合分離技術を用いて組み合わせは、容易に相補型IGB
Tを同一基板上に集積化できる。また、第2の半導体領
域の存在によって本発明の横型IGBTはオフセット構
造になっており高耐圧で低オン抵抗の動作が得られる。
また本発明の横型IGBTは構造上自己分離型であり、
同一導電型のいくつかのオープンドレイン出力を集積化
する場合でも、接合分離の必要はない。
〔実施例〕
次に、本発明について図面を参照して説明する。
第1図(a)は本発明の一実施例の縦断面図である。P
型半導体基板101中に接合分離技術を使ってN型エピ
タキシャル層102の島を作る。
左のN型エピタキシャル層102の島には図の様に従来
技術のNチャネル型IGBTを形成し、右のN型エピタ
キシャル層102の島には本実施例のPチャネル型IG
BTを形成し、それぞれのゲート同士及びドレイン同士
を接続する。各層ヲマ通常のリニアICのプロセスを若
干変更するだけで、容易に製作可能である。耐圧はN型
エピタキシャル層102の比抵抗、オフセラ)P−10
7の層抵抗及びはり出し長さ、ゲート酸化膜109の膜
厚で決定され、それぞれを調節する事で容易に高耐圧化
が可能である。第1図の(b)は、第1図(a)の等何
回路を示したものであるが、この回路は、外から見た動
作は通常の0MO3と同じであるが、ソース側シンク側
共IGBTを用いている事で極めてオン抵抗の小さいプ
ッシュプル回路を実現できる。
本発明のIGBTの動作原理は次の通りである。
ゲートをソースに対して負電位に引くとソースP”10
6とオフセラ)P−107間のチャネルがオンし、ソー
スP”106からPベース104に正孔が流れ込みPベ
ース府104のポテンシャルが上昇し、ドレインN”1
08とPベース104のPN接合を順バイアスする。こ
れによってドレインN+108からPベース104にキ
ャリアの注入が起り、N型エピタキシャル層102.P
ベース104.ドレインN+108によって構成される
NPN)ランジスタがオンする。バイポーラは飽和領域
では、基板に導電率変調を起して極めてオン抵抗が小さ
くなるため、IGBTとしてのオン抵抗も同様に小さく
なる。
なお、MOS)ランジスタの閾値電圧を大きくするには
、ゲート電極直下のN型エピタキシャル層102の不純
物濃度を高くすればよいが、このN型エピタキシャル層
102の不純物濃度を高くすると、Pイー3層104と
の耐圧が小さくなってしまうため、不純物濃度はあまり
高くすることができない。そこで、このN型エピタキシ
ャル層102の不純物濃度より、例えば約1桁高い不純
物濃度を有するNウェル103をソースP+106に接
して設けることにより、N型エピタキシャル層102の
不純物濃度を小さくLPベースとの耐圧を保ったまま、
MOS)ランジスタの閾値電圧を大きくすることができ
る。これは、低濃度のN型エピタキシャル層102によ
り構成されるチャンネル形成領域は閾値電圧が小さく、
高濃度のNウェル103により構成されるチャンネル形
成領域は閾値電圧が大きいため、結局MO8)ランジス
タの閾値電圧は、Nウェル103により構成されるチャ
ネル形成領域の閾値電圧により決定されるからである。
また、Nウェル103を設けることによって、2重拡散
MO3)ランジスタ(DMO8)ランジスタ)のように
、実効的なチャンネル長をNウェル103により構成さ
hるチャンネル形成領域の長さとすることができる。こ
のように実効的なチャンネル長が短くなることによりM
OS)ランジスタの相互フンダクタンスgmを改善する
ことができる。実効的にチャンネル長を短くできるのは
、N型エピタキシャル102により構成されるチャンネ
ル形成領域の閾値電圧は小さく、まずこの領域にチャン
ネルが形成され、その後ゲート電圧が大きくなり、Nウ
ェル103より構成されるチャンネル形成領域にチャン
ネルが形成されるようになると、N型エピタキシャル1
02より構成されるチャンネル形成領域はピンチオフ状
態に近くなっており、Nウェル103内に形成されたチ
ャンネルをキャリアがドリフトして、N型エピタキシャ
ル層102に達すると、強い電界で引かれて、高速でオ
フセラ)P−層107に吸収されるからであると考えら
れる。
次に、Pベース104の側に、Pベース104より、例
えば約1桁部製度のオフセラ)P−領域107を設ける
ことによってゲートとPベース104との耐圧を高める
ことができ、このオフセラ)P−領域をPベース104
の周囲に設けることによってPベース104とN型エピ
タキシャル102との間の空乏層の曲率半径を小さくし
、これらの間の耐圧を向上させることができる。
第2図は本発明の他の実施例の断面図であり、本発明の
IGBTを単独で使った場合である。P型半導体基板2
01中にいくつかのNチャネル型IGETを形成する。
本発明のIGBTは通常のMOSトランジスタと同様自
己分離型のため、接合分離を行わずにいくつかのIGE
Tを同一基板上に形成できる。従来技術のIGBTでは
、基板がドレインとほぼ同じ電位であるため、このよう
な自己分離はできなかった。
一般に回路上オープンドレインの用途もあり低オン抵抗
、低価格が望まれている。リニアプロセスの原価におい
て接合分離の部分は20%前後あり、本発明のIGBT
をオーブンドレインで使う場合接合分離を必要としない
ため、大幅な原価低減となる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明の横型IGBTは、今まで
同一基板上に作る事が困難であった相補型IGBTを、
容易に作る事を可能とする。
この相補型IGBTを用いる事でモータのPWM制御に
、集積化された低抵抗のプッシュプル回路を提供するこ
とができ、価格低下、省スペース化が実現できる。
また本発明の横型IGBTは、構造上自己分離型であり
、いくつかのオープンドレイン出力を集積化する場合で
も、接合分離の必要はなく、低価格、低抵抗のドライバ
ーICが実現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)は本発明の一実施例の縦断面図、第1図(
b)は第1図(a)の等価回路図、第2図は本発明の他
の実施例の縦断面図、第3図は従来の横型IGBTの縦
断面図である。 101・・・・・・P型半導体基板、102・・・・・
・N型エピタキシャル層、103・・・・・・Nウェル
、104・・・・・・Pベース、105・・・・・・ソ
ースN+、106 、=−1゜ソースP+、107・・
・・・・オフセットP−1108・・・・・・ドレイン
N+、109・・・・・・ゲート酸化膜、110・・・
・・・Pベース、111・・・・・・ソースP”、11
2・・・・・・ソースN”、113・・・・・・ドレイ
ンP+、201・・・・・・P型半導体基板、202・
・・・・・Pウェル、203・・・・・・Nウェル、2
04・・・・・・ソースP+、205・・・・・・ソー
スN”、206・・・・・・オフセットN−1207・
・・・・・ドレインP+、208・・・・・・ゲート酸
化膜、209・・・・・・ソース電極、210・・・・
・・ゲート電極、211・・・・・・ドレイン電極、3
01・・・・・・N型半導体基板、302・・・・・・
Pベース、303・・・・・・ソースP”、304・・
・・・・ソースN”、305・・・・・・ドレインP+
、306・・・・・・ゲート酸化膜、307・・・・・
・ソース電極、308・・・・・・ゲート電極、309
・・・・・・ドレイン電極。 代理人 弁理士  内 原   晋

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  一導電型の半導体層内に設けられた他の導電型の第1
    の半導体領域と、該第1の半導体領域に接続して設けら
    れた第1の電極と、ゲート電極をはさんで前記第1の半
    導体領域の反対側の前記半導体層内に設けられた前記他
    の導電型の第2の半導体領域と、該第2の半導体領域に
    接して前記ゲート電極とは反対側の前記半導体層内に設
    けられた前記他の導電型の第3の半導体領域と、該第3
    の半導体領域内に設けられた前記一導電型の第4の半導
    体領域と、該第4の半導体領域に接続して設けられた第
    2の電極とを有することを特徴とする半導体装置。
JP62272216A 1987-10-27 1987-10-27 半導体装置 Pending JPH01112764A (ja)

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JP62272216A JPH01112764A (ja) 1987-10-27 1987-10-27 半導体装置
US07/261,708 US4967246A (en) 1987-10-27 1988-10-24 Structure of insulated gate bipolar transistors

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