JPH01265569A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH01265569A
JPH01265569A JP63093916A JP9391688A JPH01265569A JP H01265569 A JPH01265569 A JP H01265569A JP 63093916 A JP63093916 A JP 63093916A JP 9391688 A JP9391688 A JP 9391688A JP H01265569 A JPH01265569 A JP H01265569A
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igbt
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Hiroyasu Hagino
萩野 浩靖
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Mitsubishi Electric Corp
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    • 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
    • H10D62/124Shapes, relative sizes or dispositions of the regions of semiconductor bodies or of junctions between the regions
    • H10D62/126Top-view geometrical layouts of the regions or the junctions
    • H10D62/127Top-view geometrical layouts of the regions or the junctions of cellular field-effect devices, e.g. multicellular DMOS transistors or IGBTs

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  • Bipolar Transistors (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〕 この発明は、半導体装置、特に、IGBTに関し、さら
に詳しくは、IGBTでのラッチアップ耐量の改善に係
るものである。
〔従来の技術〕
従来例によるこの種のIGBTの基本的な構成を第6図
ないし第8図に示す。
すなわち、第6図に示す従来例でのIGBTの構成にお
いて、符号lはp形ドレイン層を示し、また、2はこの
p形ドレイン層l上に形成されたn形ボディ層、3はこ
のn形ボディ層2上に選択的に形成されたp形つェル層
、4はこのP形つェル層3内に選択的に形成されたn形
ソース層である。さらに、5はゲート酸化膜、6,7.
および8はそれぞれにドレイン′rrt、極、ソース電
極、およびゲート電極である。
なお、このIGBTにおいても、よく知られている通り
、パワーMOSFETにおけるのと同様に、単位ユニッ
トセルの複数個を並列接続した構造からなっている。
〔発明が解決しようとする課雇〕
しかして、この従来例構成によるIGBTにあっては、
縦型MO3FETのp形ドレイン層l側から、高抵抗領
域のn形ボディ層2にホールが注入され、これによって
同n形ボディ層2の伝導度を変調させ、その抵抗値を下
げて用いるようにしているために、通常のMOSFET
に比較してオン状態での電圧降下を低くできると云う利
点があり、かつこのようにオン抵抗(オン状態での抵抗
値)を下げ得ることから、そのチップ面積を小さくでき
るもので、これは、特にn形ボディ層2の抵抗値を高く
する必要のある高耐圧装置品の場合に顕著であって、例
えば、tooovクラスの装置構成では、そのチップサ
イズを1716程度の面積にまで縮少可能である。
また一方で、このIGBTには、第6図に見られるよう
に、n形ソース層4.p形つェル層3.n形ボディ層2
.およびp形ドレイン層lの4層からなる寄生サイリス
タが存在しており、この寄生サイリスタがターンオンす
ることによって、本来のIGBTの機能が失なわれるた
め、この寄生効果を抑制する必要がある。
そして、このための最も望ましい手段は、前記n形ソー
ス層4の直下でのp形ベース領域部分の横方向抵抗Rを
低くすることであって、従来の場合、この横方向抵抗R
を低くするため、第7図に示すように、同n形ソース層
4の直下に高濃度p形つェル層31を設ける構成(特開
昭60−196974号公報)とか、第8図に示すよう
に、同n形ソース層4の一部を取り除いて、その部分を
バイパス領域41とする構成(特開昭60−25465
8号公報)などが提案されているが、しかし、やはり最
も効果的な手段は、このIGBTでの単位ユニットセル
を微細化してトータル的な横方向抵抗1(を低下させる
構成である。
さらに、他方、このIGBTは、一般に主としてインバ
ータ装置などに使用されることが多く、このインバータ
装置などが短絡した場合にも、装置に破壊を生じないこ
とが要求されていて、それだけの短絡耐量を必要として
おり、この短絡耐量は、装置に与えられる電流、電圧9
時間の積によって決定され、特に、この種のIGBTの
場合には、そのチップ面積が比較的小さいことから、こ
の短絡耐量がきびしくなる。
そして、この短絡耐量を決定する電圧1時間については
、基本的に装置条件で決められ、また、電流に関しては
、幸いに短絡によって飽和状態に入るために、自己制御
機能をもつことになるもので、この飽和電流ICE (
sat)を低く設定させることによって短絡耐量を向上
できるが、このIGBTでの飽和電流IcE(sat)
は、次式(1)。
1   (sat)=%(:ox、W、VL(Vas−
Vas(th))”(+)但し、W二単位面積毎のチャ
ネル巾 vシ:ラッチアップ電圧 によって決定されるため、前記微細化構造にするときは
、相対的にチャネル巾Wが大きくなり、従って、飽和電
流Ic+=(sat)も大きくなって了うもの゛であっ
た。
この発明は、従来のこのような問題点を解消するために
なされたものであって、その目的とするところは、装置
構成を微細化してラッチアップ耐量の向上、ひいては、
寄生効果の抑制を果し、かつこれに伴って飽和電流1c
E(sat)を大きくさせないようにした。この種の半
導体装置、こSでは、IGETを提供することである。
〔課題を解決するための手段〕
前記の目的を達成するために、この発明に係る半導体装
置は、第1導電形のドレイン層、このドレイン層上に形
成された第2導?=形のボディ層。
このボディ層上に選択的に形成された第1導電形のウェ
ル層、このウェル層内に選択的に形成された第2導電形
のソース層をそれぞれに設けて、複数の単位ユニットセ
ルを構成させたIGBTにおいて、1)η記ソース層の
直下におけるウェル層部分でのウェル長とチャネル巾と
の比を5X 1O−6crn”程度以下に微細化したこ
とを特徴とするものである。
〔作   用〕 従って、この発明装置においては、IGBTでの単位ユ
ニットセルを微細化し、かつバイパス領域を最適化する
ことにより、寄生サイリスタのラッチアップ耐量を向上
させると共に、飽和電流の増加を抑制でき、この結果、
短絡耐量が改善されて、例えば、 150℃を越える高
温度においても安定した動作を行なうことのできるIG
BTが得られる。
〔実 施 例〕
以下、この発明に係る半導体装置、こ\では、IGBT
の実施例につき、第1図ないし第5図を参照して詳細に
説明する。
第1図はこの発明の一実施例装置を適用したIGBTの
概要構成を模式的に示す断面斜視図であって、この第1
図実hN例構成において、首記第8図従来例構成と同一
符号は同一または相当部分を表わしている。
すなわち、こ5でも、第1図に示す実施例装置によるI
GBTの構成において、符号1はp形ドレイン層を示し
、2は館記p形ドレイン層l上に形成されたn形ボディ
層、3はこのn形ボディ層2上に選択的に形成されたp
形つェル層、4はこのp形つェル層3内に選択的に形成
されたn形ソース層、5はゲート酸化膜、6,7.gよ
び8はそわぞれにドレイン電極、ソース電極、およびゲ
ート電極であり、41は前記n形ソース層4の一部を取
り除いた領域、つまり、バイパス領域であって、このI
GBTにおいても、パワーMOS F ETの場合と同
様に、単位ユニットセルの複数個を並列接続した構造か
らなっている。
また、第2図は、この一実施例での装置構成におけるウ
ェル長a/チャネル巾Wと、単位面積毎の飽和電流1c
、(sat)と、ラッチアップ電流ILとの関係を表わ
したグラフである。
つまり、この第2図から明らかなように、ウェル長a/
チャネル巾胃の値が局程度になると、そのラッチアップ
電流ILが2倍程度まで増加するのに対して、飽和電流
ICE (sat)は2倍程度しか増加しないことを示
している。また、ラッチアップ電流[1,に関しては、
その25℃の動作温度での値に対して、これが125℃
の動作温度では、約172.5程度になり、一方、飽和
電流rcE(sat)については、その25℃の動作温
度での値に対して、 125℃の動作温度では、約77
1O程度になる。そしてまた、ウェル長a/チャネル巾
胃〈5においては、ラッチアップ電流rt、(動作温度
150℃)〉飽和電流Ice(Sat)(動作温度15
0℃)でノンラッチ形となって、こ工では、このa/w
の値が小さければ小さい程、IL(動作温度150℃)
−IcF:(sat) (動作温度150℃)の差が大
きくなるが、しかし、このa/wの値が小さくなり過ぎ
ると、ICE(sat)の値が短絡限界を越えて、その
破壊が問題となる。
また、第3図は、同上装置構成におけるバイパス巾Z/
チャネル巾Wを変えたときのウェル長a/チャネルrl
1wと、飽和電流lct、 (sat)との関係を示す
グラフである。
こSでも、この第3図から明らかなように、たとえ、ウ
ェル長a/チャネル巾Wが小さくても、バイパス巾Z/
チャネル巾Wを大きくすることで、飽和電流tcg(s
at)が下がるために短絡限界にかさらなくなる。また
、一方、バイパス巾27チヤネル巾Wを大きくすること
は、n形ソース層4の直下のp形つェル層4を流れる電
流の−・部が、バイパス領域41を通って流れるために
、このn形ソース層4の直下のp形つェル層4を流れる
電流が、実効的に減少されてラッチアップ耐量を向上さ
せる効果があり、バイパス層41がない、 z/w=0
の場合にあっては、 3.5X 10−’ crn”<
a/w < 5X 1O−6crn’が要求され、かつ
また、z/wJ、75にすれば、a/wは、 1.sx
 to−gCrr+”まで可能で、z/w−0,5にす
れば、a/wは、 1.5X In−’ Cばまで下げ
ることができ、そして、z/w−0,5にしても、a/
wが4倍の値のときとそのチャネル巾Wが変わらないた
め、基本的にVce(sat)などが変わることはなく
、こSでは、ウェル長a/チャネルrl−] wを5x
lO−6cd程度以下に微細化することが好ましい。
また、第4図はこの発明装置の他の実施例を通用したI
GBTの概要構成を模式的に示す断面斜視図であり、こ
の第4図実施例装置は、p形トレイン層lとn形ボディ
層2との間に、p形ドレイン層Iからの正孔の注入を抑
制するためのn形バッファ層21を設けた構成であって
、前記第1図実施例装置と同様な作用効果が得られる。
なお、餌記第1図、および第4図に示す各実施例装置に
おいては、IGBTでの単位ユニットセルを、それぞれ
にストライブ構造にした場合について述べたが、第5図
(a) 、 (b) 、 (c)に示されているように
、同各単位ユニットセルを正方形、多角形1円形などの
各態様構造にした場合にも適用できることは勿論であり
、また、こ工ではnチャネル形IGBTについて説明し
たが、すべての層が反対の導電形のpチャネル形I G
BTであっても同様である。
(発明の効果) 以上詳述したように、この発明によれば、第1導電形の
ドレイン層、このトレイン層上に形成された第2導電形
のボディ層、このボディ層上に選択的に形成された第1
導電形のウェル層、このウェル層内に選択的に形成され
た第2導電形のソース層をそれぞれに設けて、複数の単
位ユニットセルを構成させたIGBTにおいて、ソース
層の直下におけるウェル層部分でのウェル長とチャネル
巾との比が、sx to−a Crrl’程度以下にな
るように微細化させたので、このIGBTでの単位ユニ
ットセルの微細化と、そのバイパス領域の最適化とによ
って、寄生サイリスタのラッチアップ耐量を効果的に向
上させ得ると共に、飽和電流の増加を十分に抑制でき、
この結果として、IGBTでの短絡耐量が格段に改みさ
れ、高温度においても安定した動作を行なうことのでき
るIGBTを実現し得るのである。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明装置の一実施例を適用したIGBTの
概要構成を模式的に示す断面斜視図、第2図、および第
3図は同上第1図実施例装置における飽和電流rcg 
(sat) 、ラッチアップ電流11.と、ウェル長a
/チャネル巾Wとの関係を示すグラフ。 およびバイパス巾Z/チャネル巾Wをパラメータとした
飽和電流1c、、(sat、)と、ウェル長a/チャネ
ル巾Wとの関係を示すグラフ、第4図は同上装置の他の
実施例を適用したIGBTの概要構成を模式的に示す断
面斜視図、第5図(a)ないしくC)はこれらの各実施
例装置での部分構成例を示すそれぞれに説明図であり、
また、第6図、ないし第8図は従来の各別個によるIG
BTの概要構成を模式的に示すそれぞれに断面図である
。 !・・・・n形ドレイン層、2・・・・n形ボディ層、
3・・・・p形つェル層、4・・・・n形ソース層、4
1・・・・バイパス領域、5・・・・ゲート酸化膜、6
・・・・ドレイ電極、7・・・・ソース電極、8・・・
・ゲート電極代理人   大   岩   増   雑
業1図 1 ;nうL−=シイ/層 6 ; ト・・νA /宅ノL 7:ソースを坐 8;が’−L ’E、& 9; ドレイン叱見ヒ 第2 因 第3図 ”IH(Cm2)    X10−6 第4図 第5図 第5図 (b) (C) 第7図 手続補正帯(自発)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  第1導電形のドレイン層、このドレイン層上に形成さ
    れた第2導電形のボディ層、このボディ層上に選択的に
    形成された第1導電形のウェル層、このウェル層内に選
    択的に形成された第2導電形のソース層をそれぞれに設
    けて、複数の単位ユニットセルを構成させたIGBTに
    おいて、前記ソース層の直下におけるウェル層部分での
    ウェル長とチャネル巾との比を5×10^−^6cm^
    2程度以下に微細化したことを特徴とする半導体装置。
JP63093916A 1988-04-15 1988-04-15 半導体装置 Expired - Lifetime JPH0783117B2 (ja)

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