JPH02237162A - 絶縁ゲートバイポーラトランジスタ - Google Patents

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】 この発明は半導体装置に関し、かつより特定的には、改
良されたターン・オフの速度を有する絶縁ゲートトラン
ジスタの形のパワースイッチング装置に関する。

絶縁ゲートトランジスタは、エミッタ電極およびコレク
タ電極の間に置かれる交互の導電型半導体材料の４つの
層または領域を含む。ゲート電極はコレクタ電極の近隣
に位置づけられるが半導体材料の本体から絶縁される。

２つの中間領域は絶縁ゲートの下で半導体本体の表面へ
延在し、かっこの表．面により近い中間層はコレクタ電
極へ延在する。適切な電位がゲート電極に与えられると
き、作られる電界は、その中間領域の近くのゾーンから
多数キャリアをおいやりかつそこへ少数キャリアを引く
ように働き、こうしてそこを介して電荷キャリアが近隣
の領域の間を通過し得る反転チャネルを作る。装置はこ
うしてオンに切換えられ、かつ電流がエミッタおよびコ
レクタ電極の間を流れる。

しかしながら、この絶縁ゲートトランジスタはゲート電
位が除去されるときのターン・オフが遅い。これはなぜ
ならば、ターン・オフで、大きな数の電荷キャリアがベ
ース領域（エミッタ領域に隣接の領域）内に存在し、か
つこれらが散ると電流が減衰するからである。ターン・
オフ速度は、ベース領域内にいわゆるライフタイムキラ
ーまたは再結合中心を設けることによって改良され得る
。

そのような再結合中心は、侵入形不純物（たとえば金）
でのドーピングまたは放射線損傷のいずれかによって導
入され得るが、これらの技術の各々は高価である。さら
に、再結合中心を設けることは２つの他の問題を導入し
、それらは第１には装置が漏れやすいことであり（すな
わち、装置が“オフ”のとき、コレクタおよびエミッタ
の間で相対的に高い漏れ電流が流れる）、かつ第２には
崩壊された格子に起因して装置が相対的に高いオン状態
電圧降下を示すことである。さらに、再結合中心を伴な
ってさえ、ターン・オフはそれでも相対的に遅い。

我々は今、これらの問題を克服して再結合中心を必要と
することなく改良されたターン・オフ速度を有する装置
を提供する、絶縁ゲートトランジスタを工夫した。

この発明に従えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ
が提供され、それは、エミッタおよびコレクタ電極の間
に置かれる交互の導電性型の４つの層を有する半導体材
料の本体と、さらに、エミッタ領域に隣接の装置のベー
ス領域への電荷キャリアの流れを確立するための絶縁ゲ
ートとを含み、その装置はさらに電荷キャリアがターン
・オフでエミッタ領域からベース領域へ流れることを可
能とする導電性経路を含む。

主要電流経路が半導体材料の本体を介して本体の対置す
る表面上のエミッタおよびコレクタ電極の間に延在する
という点において、装置はこうして縦型装置である。好
ましくは、導電性経路は少なくとも部分的に半導体材料
の本体の外側表面にわたって延在する。導電性経路は相
対的に簡単に半導体本体の外側表面上に設けられ、それ
でもべ一ス領域内の電荷キャリアがターン・オフで再結
合することを効率的に確実にする。装置はベース領域内
の再結合中心の必要性を避ける。

好ましくは装置のベース領域はエミッタ領域を形成する
サブストレート上に成長したエビタキシャル層である。

導電性経路は装置の上部表面上またはそれの端縁表面上
に置かれてもよい。

１つの実施例において、ｎ型ベース領域とともに、装置
の上部表面においてベース領域内にｎ＋サブ領域が形成
され、かつ導電性短絡がｐ＋リンクへとこの表面上に設
けられ、それは装置のエビタキシャル層を介してｐ＋サ
ブストレートまたはエミッタ領域へ走る。

別の実施例において、ｎ＋サブ領域はそれのｐ＋サブス
トレートとの接合でのｎ型ベース領域内に形成されるグ
リッドを含む。サブ領域はグリッドから装置の上部表面
へ延在するリンクを含み、かつ導電性短絡がｐ＋リンク
へこの表面上に設けられて、それは装置のエビタキシャ
ル層を介してｐ＋サブストレートへ走る。

さらなる実施例において、ｎ＋サブ領域が、サブストレ
ートとのそれの接合においてベース領域内にかつ装置の
端縁に隣接して形成される。導電性短絡はこのｎ＋サブ
領域およびｐ＋サブストレートの間に装置の端縁にわた
って設けられる。この実施例の修正において、ｎ＋サブ
領域はベース領域内にグリッドを含み、それはサブスト
レートまたはエミッタ領域とのそれの接合においてであ
る。

この発明の実施例は今、例としてのみかつ添付の図面を
参照して説明されるであろう。

図面の第１図を参照すると、ｐ＋サブストレートまたは
エミッタ領域１０を含むシリコン絶縁ゲートトランジス
タが示され、その上には相対的に薄いエビタキシャルｎ
−ベース層１２が成長している。エミッタまたはアノー
ド電極１１が装置の下方の表面、すなわちエミッタ領域
の外側表面へ与えられる。環状のｐ十領域１４が、拡散
によって装置の上部表面においてベース層１２内に形成
され、かつ環状ｎ十領域１６がイオン注入によってまた
は拡散によって上部表面において領域１４内に形成され
る。環状コレクタまたはカソード電極１８はｐ＋および
ｎ十領域の間の接合にわたって装置の上部表面に与えら
れる。ゲート電極２０は装置の上部表面に与えられるが
、絶縁層２２によってそこから絶縁され、それは、ベー
ス領域１２の中央ゾーンを覆いかつベース領域の中央ゾ
ーンおよびｎ十領域１６の間のｐ一領域１５の狭い環に
わたって延在する。

これまでに説明された構造は絶縁ゲートトランジスタの
ものである。使用において、カソード電極１８に与えら
れる電位よりもより正であるアノード電極１１に与えら
れる電位で、そのとき正電位がゲート電極２０に与えら
れて装置をオンにし得る。特定的には、ゲート電極の周
囲に作られた電界が、ベースの中央ゾーンおよびｎ十領
域１６の間のｐ一領域１５の狭い環から多数電荷キャリ
アを追出しかつ少数キャリアを引き、そうしてこの狭い
環を介する反転チャネルを作る。キャリアはそれからこ
のチャネルに沿ってｎ十領域１６からベースへ流れ、そ
の効果は、アノードおよびカソード電極の間の電流の流
れに対して装置をオンにすることである。装置をオフに
するために、電位がゲート電極２０から除去され、かつ
反転チャネルが消えて電荷キャリアがベース領域内にさ
らに流れることを防ぐ。しかしながら、アノードおよび
カソード電極の間の電流の流れを迅速に終了するために
、ベース領域１２内の電荷キャリアが迅速に再結合する
必要がある。

この発明に従えば、ベース領域内の再結合中心の使用が
避けられる。代わりに、導電性経路がベース領域１２か
らエミッタ領域またはサブストレート１０へ設けられる
。示される例において、この導電性経路が部分的にベー
ス領域の外側表面にわたって延在し、かつ部分的にベー
ス領域内へのまたはそこを介する拡散を含み、かつそれ
ゆえ設けるのが簡単である。。

第１図に示される装置において、この導電性経路は以下
のように設けられる。ｐ＋領域またはリンク２４は装置
の端縁表面に近い周囲のあたりにベース領域１２を介す
る拡散によって形成され、この領域２４は装置の上部表
面からサブストレート１０へ延在する。環状ｎ十領域２
６もまた、ｐ＋リンク領域２４に隣接して、装置の上部
表面においてベース領域内への拡散によって形成される
。

導電性短絡２８（たとえば金属層）が装置の上部表面に
与えられ、領域２６および２４をブリッジする。使用に
おいて、装置がオフにされるとき、ベース領域１２内に
残っている少数電荷キャリアが、エミッタ領域１０から
導電性経路を介して導入されるキャリアと迅速に再結合
できる。

第２図を参照すると、この発明に従う絶縁ゲートトラン
ジスタの別の実施例が示される。この装置は第１図に示
される装置に基本的に類似であり、かつ同じ部分に同じ
参照番号が与えられる。しかしながら、第２図の装置に
おいて、ｎ＋グリッド３０がエミッタ領域またはサブス
トレート１０とのそれの接合においてベース領域１２内
に形成される。ｐ＋リンク領域２４はなお装置のベース
領域を介して設けられ、かつ上部表面からサブストレー
ト１０へ延在するが、グリッド３０の周囲のエレメント
は装置の上部表面へ延在し、かつｐ＋リンク領域２４に
隣接してある。導電性短絡２８はなお装置の上部表面に
与えられ、ｎ＋グリッドのエレメント３２およびｐ＋リ
ンク領域２４をブリッジする。この装置において、ター
ン・オフで、ベース領域ｌ２内の電荷キャリアが、埋め
込みグリッド３０の近くのエレメントへ導電性経路をわ
たって導入されたキャリアと迅速に再結合し得る。

薄いｎ十層がグリッド３０に置換わってもよい。

図面の第３図を参照すると、さらなる実施例が示され、
それは、ｐ＋サブストレート１０、アノード電極１１、
エビタキシャルｎ−ベース領域１２および第１図の装置
に類似の、ゲートおよびカソード構造を含む。しかしな
がら、第３図の装置において、ベース領域１２からサブ
ストレート１０への導電性経路が以下のように設けられ
る。ｎ十領域３６は装置の周囲のあたりでベース領域１
２内にかつベース領域１２とサブストレート１０との接
合において形成される。導電性の、たとえば金属層３８
が、ｎ十領域３６をわたって、ベース領域１２をわたっ
てかつサブストレー１・１０の上部部分をわたって装置
の端縁へ与えられる。この装置において、ターン・オフ
で、ベース領域１２内に残余の電荷キャリアが導電性経
路を介して導入されるキャリアと迅速に再結合する。

第４図に示される修正された装置において、ｎ＋領域３
６がそれのサブストレートとの接合においてベース領域
１２内の埋め込みグリッドの周囲部分として形成される
。ターン・オフにおいてベース領域内に残余の電荷キャ
リアが導電性経路および埋め込みグリッドの近くのエレ
メントを介して導入されたキャリアと迅速に再結合する
。このｎ十領域の中央部分３６ａはグリッドの代わりに
薄い層を含んでもよい。

第５図および第６図に示される装置は、付加的に、逆阻
止能力を有する。第５図の装置は第１の装置の修正であ
り、そこにおいてｐ＋リンク領域２４は装置の上部表面
での層２５の傍らに延在させられ、それはコレクタに向
かって内側へ延在し、かつｎ十領域２６はこの層２５を
介してディスクリートな位置に形成される。導電性短絡
２８は層２５およびリンク２４の上部および領域２６の
ディスクリートなエレメントを覆う。第６図の装置は第
３図の装置の修正であり、そこにおいて複数個のディス
クリートなｐ十領域３７がベース１２を介して装置の上
部からエミッタ領域１０へ形成され、領域３７は互いか
ら間隔をあけられておりかつｎ十領域３６およびコレク
タの間に位置づけられる。第５図または第６図の装置が
逆バイアスされるとき、空乏層がベース領域１２内にか
っｎ＋領域２６または３６を横切って作られ、それゆえ
エミッタ領域１０およびベース領域１２の間の導電性短
絡２８または３８を介する導電性経路をさえぎる。

第５図および第６図の点線はそれらの装置に含まれても
よいさらなる特徴を示し、かつそれらは第１図および第
３図の装置に含まれてもよい。こうして、ｎ十導電型の
グリッドまたは薄い層２９がエミッタ領域１０とのそれ
の接合においてべ−ス領域１２内に形成されてもよい。

環状形でありかつｎ十導電性であるグリッドまたは薄い
層３１がまたグリッドまたは層２９から、コレクタの周
囲で、装置の上Ｈ表面へ延在してもよい。グリッドまた
は薄い層３１はベース領域１２の中央部分およびｎ十領
域２６または３６の近隣のベース領域の部分の間の抵抗
を減じる。

説明された装置がｐ型サブストレートを有する一方で、
それらは代わりにｎ型サブストレートを含んでもよい（
その場合、すべての他の領域が、示されるそれらとは反
対の導電性型のものであろう）。

或る領域が環状であると説明されたが、代替の閉ループ
型、たとえは四角形または矩形のものが用いられてもよ
いということが理解されるであろう。

説明された導電性短絡を有する装置は、ターン・オフで
の電荷キャリアの流れのためのベース領域およびサブス
トレートの間に設けられる導電性経路のために、改良さ
れたスイッチング速度を示す。これらの装置のオフ状態
の漏れはバイポーラトランジスタと比較できる。装置は
高温に対する改良された耐性および先行技術の絶縁ゲー
トトランジスタに比較して低いオン状態抵抗を有する。

第５図および第６図の装置は付加的に逆阻止能力を有す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に従う絶縁ゲートトランジスタの実施
例を介する図表的断面を示す図であり、第２図はこの発
明に従う絶縁ゲートトランジスタの別の実施例を介する
類似の断面を示す図であり、 第３図はこの発明に従う絶縁ゲートトランジスタのさら
なる実施例を介する類似の断面を示す図であり、 第４図はこの発明に従う絶縁ゲートトランジスタのなお
さらなる実施例を介する類似の断面を示す図であり、 第５図は第１図の装置の修正物を介する断面でありかつ
それの部分の斜視図を含む図であり、さらに、 第６図は第３図の装置の修正物を介する断面でありかつ
それの部分の斜視図を含む図である。 図において、１０はエミッタ領域であり、１１はエミッ
タ電極であり、１２はベース領域であり、１８はコレク
タ電極であり、２０はゲート電極であり、２２は絶縁層
であり、２４．２５および２６はサブ領域であり、２８
は導電性短絡である。 図面の浄書（内容に変更なし） ＦＩＧ　１ ＦＩＧ．　３ ＦＩＧ．　２ ＦＩＧ．４ ６．補正の対象 図而全図 ７．補正の内容 別紙の通り。 なお図面の内容には変更なし 以 １．事件の表示 平成２年特許願第１１６７３号 ２，発明の名称 絶縁ゲートバイポーラトランジスタ ３．補正をする者 事件との関係　特許出願人 住　所　イギリス、ビー・１９　２・エックス・エフ、
バーミンガムグレート・キング・ストリート（番地ない
名　称　ルーカス・インダストリーズ・パブリック・リ
ミテッド・カンパニー 代表者　ステファン・ロックウッド ４．代理人

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁ゲートバイポーラトランジスタであって、エ
   ミッタおよびコレクタ電極（１１、１８）の間に置かれ
   る交互の導電型の４つの層を有する半導体材料の本体と
   、エミッタ領域（１０）に隣接の装置のベース領域（１
   ２）への電荷キャリアの流れを確立するための絶縁ゲー
   ト（２０、２２）とを含み、装置はさらに、電荷キャリ
   アがターン・オフでエミッタ領域（１０）からベース領
   域（１２）へ流れることを可能とする導電性経路（たと
   えば２４、２８、２６）を含む、絶縁ゲートバイポーラ
   トランジスタ。
2. （２）前記導電性経路が半導体材料の前記本体の外側表
   面にわたって延在する、請求項１に記載の絶縁ゲートバ
   イポーラトランジスタ。
3. （３）前記導電性経路が拡散によって前記ベース領域内
   に形成される１つまたはそれ以上の領域（たとえば２４
   、２６）を含む、請求項１または２に記載の絶縁ゲート
   バイポーラトランジスタ。
4. （４）ベース領域（１２）が同じ導電型のサブ領域（２
   ６）を有し、しかしより高い不純物濃度を有して形成さ
   れ、そのサブ領域は半導体材料の本体の表面へ延在し、
   かつ導電性短絡（２８）が前記表面にわたって前記サブ
   領域（２６）からエミッタ領域へ延在する、請求項１に
   記載の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ。
5. （５）ベース領域（１２）が、それを介してエミッタ領
   域（１０）から第１のサブ領域（２６）に隣接の前記表
   面へ延在する第２のサブ領域（２４）を有して形成され
   、第２のサブ領域はエミッタ領域（１０）と同じ導電型
   のものであり、かつ導電性短絡（２８）は前記表面をわ
   たって延在して第１および第２のサブ領域をブリッジす
   る、請求項４に記載の絶縁ゲートバイポーラトランジス
   タ。
6. （６）第１のサブ領域の一部（３０）がベース領域およ
   びエミッタ領域の間の接合でのグリッドまたは薄い層を
   含む、請求項４または５に記載の絶縁ゲートバイポーラ
   トランジスタ。
7. （７）ベース領域がエミッタ領域と同じ導電性型のサブ
   領域（２５）を有して形成され、それは、装置が逆バイ
   アスされるとき、ベース領域内でかつ前記第１のサブ領
   域を横切って空乏層を延在させるように、前記導電性短
   絡を介するエミッタ領域およびベース領域の間の前記導
   電性経路をさえぎるように配置される、請求項４ないし
   ６のいずれか１つに記載の絶縁ゲートバイポーラトラン
   ジスタ。