JPH053205A - 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
- JPH053205A JPH053205A JP3275843A JP27584391A JPH053205A JP H053205 A JPH053205 A JP H053205A JP 3275843 A JP3275843 A JP 3275843A JP 27584391 A JP27584391 A JP 27584391A JP H053205 A JPH053205 A JP H053205A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- collector
- region
- conductivity type
- buffer layer
- 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
Links
Landscapes
- Bipolar Transistors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】コレクタショート型ＩＧＢＴにおいてオン時に
バッファ層から逆導電型のコレクタ層に流れ込むキャリ
アが減少することにより、Ｉ−Ｖ特性に負性抵抗が発生
し、損失がふえる問題を解決する。 【構成】コレクタショート領域をコレクタ層面内に分散
せず、コレクタ電極に接触し第二導電型のコレクタ層を
貫通する第一導電型の、例えば柱状の領域を複数のセル
について１個設けて、オン時にバッファ層からのキャリ
アを集中して流れ込ませることにより、伝導度変調を促
進する。あるいはさらにコレクタ電極と第一導電型の領
域との間にショットキーバリアを形成する。また、バッ
ファ層とコレクタ層をエピタキシャル法で形成する。
バッファ層から逆導電型のコレクタ層に流れ込むキャリ
アが減少することにより、Ｉ−Ｖ特性に負性抵抗が発生
し、損失がふえる問題を解決する。 【構成】コレクタショート領域をコレクタ層面内に分散
せず、コレクタ電極に接触し第二導電型のコレクタ層を
貫通する第一導電型の、例えば柱状の領域を複数のセル
について１個設けて、オン時にバッファ層からのキャリ
アを集中して流れ込ませることにより、伝導度変調を促
進する。あるいはさらにコレクタ電極と第一導電型の領
域との間にショットキーバリアを形成する。また、バッ
ファ層とコレクタ層をエピタキシャル法で形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はバイポーラトランジスタ
の表面部にＭＯＳ構造を有し、電圧駆動のスイッチング
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) に関する。
の表面部にＭＯＳ構造を有し、電圧駆動のスイッチング
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) に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年スイッチング素子として伝導度変調
を利用したＭＯＳＦＥＴ、いわゆるＩＧＢＴが注目され
ている。ＩＧＢＴはＭＯＳＦＥＴ同様に入力インピーダ
ンスが高く、またバイポーラトランジスタと同様にオン
抵抗が低くできる。ＩＧＢＴのスイッチング速度を高め
るために、コレクタショート構造を採用することも行わ
れている。図３はｎバッファ領域とコレクタショート構
造を有するＩＧＢＴの基本構造を示す。この構造におい
ては、ｎ- 基板１の表面層内にｐベース領域２、さらに
その表面層内にｎ+ エミッタ領域３とがそれぞれ選択的
に形成されている。ｐベース領域２のｎ- 基板１とｎ+
エミッタ領域３ではさまれた表面部分はチャネル領域４
となる部分で、その上にゲート酸化膜５を介して、ゲー
ト電極６が形成され、ゲート端子Ｇに接続されている。
ｎ+ エミッタ領域３の一部にはｐベース領域２と共通に
エミッタ電極７が接触し、エミッタ端子Ｅに接続されて
いる。エミッタ電極７はゲート電極６と絶縁膜50で絶縁
されている。
を利用したＭＯＳＦＥＴ、いわゆるＩＧＢＴが注目され
ている。ＩＧＢＴはＭＯＳＦＥＴ同様に入力インピーダ
ンスが高く、またバイポーラトランジスタと同様にオン
抵抗が低くできる。ＩＧＢＴのスイッチング速度を高め
るために、コレクタショート構造を採用することも行わ
れている。図３はｎバッファ領域とコレクタショート構
造を有するＩＧＢＴの基本構造を示す。この構造におい
ては、ｎ- 基板１の表面層内にｐベース領域２、さらに
その表面層内にｎ+ エミッタ領域３とがそれぞれ選択的
に形成されている。ｐベース領域２のｎ- 基板１とｎ+
エミッタ領域３ではさまれた表面部分はチャネル領域４
となる部分で、その上にゲート酸化膜５を介して、ゲー
ト電極６が形成され、ゲート端子Ｇに接続されている。
ｎ+ エミッタ領域３の一部にはｐベース領域２と共通に
エミッタ電極７が接触し、エミッタ端子Ｅに接続されて
いる。エミッタ電極７はゲート電極６と絶縁膜50で絶縁
されている。
【０００３】ｎ- 基板１の他側には高不純物濃度の熱拡
散法によるｎバッファ層８が設けられ、さらにｎ+ バッ
ファ層８の下面の一部にコレクタ層としてｐ+ コレクタ
領域９がやはり熱拡散法で形成されているが、全面では
なく、一部はバッファ層より高不純物濃度のｎ+ コレク
タショート領域10に代えられている。そしてｐ+ コレク
タ領域９とｎ+ コレクタショート領域10には共通にコレ
クタ端子Ｃに接続されるコレクタ電極11が接触し、コレ
クタショート型構造となっている。このようなコレクタ
ショート型ＩＧＢＴでは、エミッタ電極７を接地し、ゲ
ート電極６に電圧を印加することにより、ｎ+ エミッタ
領域３からチャネル領域４を通ってｎ-基板１に電子電
流が注入され、ｎ+ バッファ層８を通過する。この電子
電流の一部はｎ+ バッファ層８の下面のｐ／ｎ接合近傍
を流れることで電位降下をもたらし、それによってｐ+
コレクタ領域９からｎ+ バッファ層８およびｎ- 基板１
への正孔の注入がおこり、その結果ｎ+ バッファ層８お
よびｎ- 基板１において伝導度変調がおこる。ｎ+ バッ
ファ層８およびｎ- 基板１に注入された正孔電流は、ｐ
ベース領域２のｎ+ エミッタ領域３直下を通りエミッタ
電極７へ抜ける。エミッタ電極７はｐベース領域２とｎ
+ エミッタ領域３を短絡しているので、ｐ+コレクタ領
域９、ｎ+ バッファ層８およびｎ- 基板１、ｐベース領
域２、ｎ+ エミッタ領域３からなるｐｎｐｎ構造のサイ
リスタ動作を阻止し、ゲート・エミッタ間電位をゼロに
することで素子をターンオフすることができる。
散法によるｎバッファ層８が設けられ、さらにｎ+ バッ
ファ層８の下面の一部にコレクタ層としてｐ+ コレクタ
領域９がやはり熱拡散法で形成されているが、全面では
なく、一部はバッファ層より高不純物濃度のｎ+ コレク
タショート領域10に代えられている。そしてｐ+ コレク
タ領域９とｎ+ コレクタショート領域10には共通にコレ
クタ端子Ｃに接続されるコレクタ電極11が接触し、コレ
クタショート型構造となっている。このようなコレクタ
ショート型ＩＧＢＴでは、エミッタ電極７を接地し、ゲ
ート電極６に電圧を印加することにより、ｎ+ エミッタ
領域３からチャネル領域４を通ってｎ-基板１に電子電
流が注入され、ｎ+ バッファ層８を通過する。この電子
電流の一部はｎ+ バッファ層８の下面のｐ／ｎ接合近傍
を流れることで電位降下をもたらし、それによってｐ+
コレクタ領域９からｎ+ バッファ層８およびｎ- 基板１
への正孔の注入がおこり、その結果ｎ+ バッファ層８お
よびｎ- 基板１において伝導度変調がおこる。ｎ+ バッ
ファ層８およびｎ- 基板１に注入された正孔電流は、ｐ
ベース領域２のｎ+ エミッタ領域３直下を通りエミッタ
電極７へ抜ける。エミッタ電極７はｐベース領域２とｎ
+ エミッタ領域３を短絡しているので、ｐ+コレクタ領
域９、ｎ+ バッファ層８およびｎ- 基板１、ｐベース領
域２、ｎ+ エミッタ領域３からなるｐｎｐｎ構造のサイ
リスタ動作を阻止し、ゲート・エミッタ間電位をゼロに
することで素子をターンオフすることができる。
【０００４】ｎ+ コレクタショート領域10は、図４に示
すようにコレクタ電極11の接触する表面12からｎ+ バッ
ファ領域８に達する円柱形で、面内に均一に分散してい
る。あるいは条状のｎ+ コレクタショート領域がコレク
タ層中に縞状に分散して設けられる。このような基本構
造をもつセルの多数個で一つの単位ＩＧＢＴ素子部を形
成しており、ゲート電極６は共通のゲート配線に引き出
される。そして１枚の半導体ウエハにそのような単位素
子部の複数が形成される。
すようにコレクタ電極11の接触する表面12からｎ+ バッ
ファ領域８に達する円柱形で、面内に均一に分散してい
る。あるいは条状のｎ+ コレクタショート領域がコレク
タ層中に縞状に分散して設けられる。このような基本構
造をもつセルの多数個で一つの単位ＩＧＢＴ素子部を形
成しており、ゲート電極６は共通のゲート配線に引き出
される。そして１枚の半導体ウエハにそのような単位素
子部の複数が形成される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このようなｎバッファ
付コレクタショート型ＩＧＢＴでは、前述のように素子
オン時、ｎ+ エミッタ領域３からチャネル領域４を通過
し、ｎ- 基板１に電子電流が注入され、注入された電子
は高不純物濃度のｎバッファ層８を通過するが、ｎ+ コ
レクタショート領域10とｐ+ コレクタ領域９のビルトイ
ン電界でさらに電子電流はｎ+ コレクタショート領域10
へ加速される。従ってｐコレクタ領域９を通過する電子
電流が減少するために、ビルトイン電界の確保が遅くな
る。また素子オン時には、ｎ+ エミッタ領域３、ｎ- 基
板１、ｎ+ バッファ層８、ｎ+ コレクタショート領域10
が同一導電型で電気的に接続されているため、ＭＯＳＦ
ＥＴが形成されていることにより、図５の線51に示すよ
うに素子の電流・電圧特性にＭＯＳＦＥＴの特性である
負性抵抗が発生する。さらに、ｐ+ コレクタ領域10から
正孔の注入が開始されても、ｎ+ バッファ層８により再
結合する割合が大きいために、ｎ+ バッファ層８および
ｎ- 基板１での伝導度変調の割合が小さくなり、飽和電
圧が増加する。このことはオン時の電力損失につなが
り、特に高周波で駆動する場合に大きな問題となる。
付コレクタショート型ＩＧＢＴでは、前述のように素子
オン時、ｎ+ エミッタ領域３からチャネル領域４を通過
し、ｎ- 基板１に電子電流が注入され、注入された電子
は高不純物濃度のｎバッファ層８を通過するが、ｎ+ コ
レクタショート領域10とｐ+ コレクタ領域９のビルトイ
ン電界でさらに電子電流はｎ+ コレクタショート領域10
へ加速される。従ってｐコレクタ領域９を通過する電子
電流が減少するために、ビルトイン電界の確保が遅くな
る。また素子オン時には、ｎ+ エミッタ領域３、ｎ- 基
板１、ｎ+ バッファ層８、ｎ+ コレクタショート領域10
が同一導電型で電気的に接続されているため、ＭＯＳＦ
ＥＴが形成されていることにより、図５の線51に示すよ
うに素子の電流・電圧特性にＭＯＳＦＥＴの特性である
負性抵抗が発生する。さらに、ｐ+ コレクタ領域10から
正孔の注入が開始されても、ｎ+ バッファ層８により再
結合する割合が大きいために、ｎ+ バッファ層８および
ｎ- 基板１での伝導度変調の割合が小さくなり、飽和電
圧が増加する。このことはオン時の電力損失につなが
り、特に高周波で駆動する場合に大きな問題となる。
【０００６】本発明の目的は、上記欠点を除去し、オン
時の負性抵抗成分を消滅させ、飽和電圧を低減させるこ
とで、オン時の電力損失の小さいＩＧＢＴを提供するこ
とにある。
時の負性抵抗成分を消滅させ、飽和電圧を低減させるこ
とで、オン時の電力損失の小さいＩＧＢＴを提供するこ
とにある。
【０００７】
【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、第一導電型の第一層の一側の表面層内
に選択的に第二導電型のベース領域が形成され、そのベ
ース領域の表面層内に選択的に第一層の露出部をはさん
で第一導電型のエミッタ領域が形成され、第一層の他側
に第一導電型で高不純物濃度のバッファ層を介して第二
導電型のコレクタ層が形成され、ベース領域の第一層の
露出部とエミッタ領域にはさまれた部分をチャネル領域
として、その表面上にゲート絶縁膜を介して設けられる
ゲート電極、エミッタ領域およびベース領域に共通に接
触するエミッタ電極ならびにコレクタ層に接触するコレ
クタ電極を備えたセル構造の複数個を一つの半導体素子
内に有するＩＧＢＴにおいて、コレクタ電極に接触し、
コレクタ層を貫通してバッファ層に達する第一導電型の
領域が複数のセル構造について１個設けられたものとす
る。そしてその場合、コレクタ電極が第二導電型の層と
オーム接触をし、第一導電型の領域とショットキー接触
をする金属からなることも有効である。また、コレクタ
層を貫通する第一導電型の領域が断面積0.02mm2 以上の
柱状であること、さらにはそれが円柱状であることが効
果的である。さらに、これらのＩＧＢＴのバッファ層お
よびコレクタ層の不純物濃度が厚み方向にほぼ均一であ
ることが有効であり、それは各層が第一層を基板として
のエピタキシャル成長によって形成された層であること
により実現できる。
めに、本発明は、第一導電型の第一層の一側の表面層内
に選択的に第二導電型のベース領域が形成され、そのベ
ース領域の表面層内に選択的に第一層の露出部をはさん
で第一導電型のエミッタ領域が形成され、第一層の他側
に第一導電型で高不純物濃度のバッファ層を介して第二
導電型のコレクタ層が形成され、ベース領域の第一層の
露出部とエミッタ領域にはさまれた部分をチャネル領域
として、その表面上にゲート絶縁膜を介して設けられる
ゲート電極、エミッタ領域およびベース領域に共通に接
触するエミッタ電極ならびにコレクタ層に接触するコレ
クタ電極を備えたセル構造の複数個を一つの半導体素子
内に有するＩＧＢＴにおいて、コレクタ電極に接触し、
コレクタ層を貫通してバッファ層に達する第一導電型の
領域が複数のセル構造について１個設けられたものとす
る。そしてその場合、コレクタ電極が第二導電型の層と
オーム接触をし、第一導電型の領域とショットキー接触
をする金属からなることも有効である。また、コレクタ
層を貫通する第一導電型の領域が断面積0.02mm2 以上の
柱状であること、さらにはそれが円柱状であることが効
果的である。さらに、これらのＩＧＢＴのバッファ層お
よびコレクタ層の不純物濃度が厚み方向にほぼ均一であ
ることが有効であり、それは各層が第一層を基板として
のエピタキシャル成長によって形成された層であること
により実現できる。
【０００８】
【作用】コレクタ電極とバッファ層とを短絡する第一導
電型のコレクタショート領域が各セルの第二導電型のコ
レクタ層に分散して設けられず、複数のセルについて１
個集中して設けられる結果、素子オン時に表面層のチャ
ネルを通じて注入されるキャリアによる電流がすべて第
二導電型のコレクタ層とコレクタ層を貫通する第一導電
型のコレクタショート領域の間のビルトイン電界により
加速され、コレクタショート領域に集中する。その際、
この電流がコレクタ層近傍を通過する距離が長くなると
共に、電流密度が増加するため、第一導電型のバッファ
層と第二導電型のコレクタ領域の界面での電位降下をも
たらし、これによってコレクタ領域から第一導電型の第
一層への逆極性のキャリアの注入がおこり、その結果第
一層の伝導度変調がおこる。コレクタ領域の面積が従来
のコレクタショート型ＩＧＢＴにおけるより大きいた
め、伝導度変調の正帰還が起こりやすく、オン時の電流
・電圧特性の負性抵抗が消滅する。この場合、コレクタ
電極とバッファ層とを短絡する第一導電型の貫通領域の
直上にあるセルからは電流はその領域に直線的に到達す
るため、第二導電型のコレクタ領域に沿って流れること
がないので上記の電位差の形成に役立たないが、コレク
タ電極が第一導電型貫通領域とショットキー接触をすれ
ば、キャリアがそのバリアによって阻止されて貫通領域
に蓄積される結果、第二導電型のコレクタ領域との間に
ビルトイン電位降下をひきおこしやすくなり、コレクタ
領域からの第一導電型貫通領域直上のセルへの逆キャリ
アの注入が加速される。さらに、コレクタ層とバッファ
層の厚み方向の不純物濃度勾配をなくすことにより、両
層の界面で不純物濃度が、急激に変化し、コレクタ層か
ら第一層へのキャリアのはき出しが促進され、拡散電流
が多くなってオン電圧が低下する。
電型のコレクタショート領域が各セルの第二導電型のコ
レクタ層に分散して設けられず、複数のセルについて１
個集中して設けられる結果、素子オン時に表面層のチャ
ネルを通じて注入されるキャリアによる電流がすべて第
二導電型のコレクタ層とコレクタ層を貫通する第一導電
型のコレクタショート領域の間のビルトイン電界により
加速され、コレクタショート領域に集中する。その際、
この電流がコレクタ層近傍を通過する距離が長くなると
共に、電流密度が増加するため、第一導電型のバッファ
層と第二導電型のコレクタ領域の界面での電位降下をも
たらし、これによってコレクタ領域から第一導電型の第
一層への逆極性のキャリアの注入がおこり、その結果第
一層の伝導度変調がおこる。コレクタ領域の面積が従来
のコレクタショート型ＩＧＢＴにおけるより大きいた
め、伝導度変調の正帰還が起こりやすく、オン時の電流
・電圧特性の負性抵抗が消滅する。この場合、コレクタ
電極とバッファ層とを短絡する第一導電型の貫通領域の
直上にあるセルからは電流はその領域に直線的に到達す
るため、第二導電型のコレクタ領域に沿って流れること
がないので上記の電位差の形成に役立たないが、コレク
タ電極が第一導電型貫通領域とショットキー接触をすれ
ば、キャリアがそのバリアによって阻止されて貫通領域
に蓄積される結果、第二導電型のコレクタ領域との間に
ビルトイン電位降下をひきおこしやすくなり、コレクタ
領域からの第一導電型貫通領域直上のセルへの逆キャリ
アの注入が加速される。さらに、コレクタ層とバッファ
層の厚み方向の不純物濃度勾配をなくすことにより、両
層の界面で不純物濃度が、急激に変化し、コレクタ層か
ら第一層へのキャリアのはき出しが促進され、拡散電流
が多くなってオン電圧が低下する。
【０００９】
【実施例】図１, 図２は本発明の一実施例のＩＧＢＴの
単一セルを示す断面図、およびその半導体素体の下面を
上にした斜視図で、図３, 図４と共通の部分には同一の
符号が付されている。このＩＧＢＴでは、厚さ220μｍ
のｎ- 基板１の表面層内にｐベース領域２が幅40μｍの
ｎ- 基板１の露出部をはさんで形成され、ベース領域の
表面層内にｎ+ エミッタ領域３が形成されている。さら
に幅５μｍのチャネル領域４の上にはゲート酸化膜５を
介してゲート電極６が形成されている。以上の構造は図
３, 図４と同一である。一方、基板１の下面には７〜８
μｍの厚さのｎ+ バッファ層８が設けられ、その下面に
２〜３μｍの厚さのｐ+ コレクタ層９が形成されている
ことも図３, 図４と同様であるが、ｎ+ コレクタショー
ト領域10が多数設けられておらず、図に示すようなセル
の集合体である単位ＩＧＢＴ素子部に１個あるいは複数
個形成されている。ｎ+ コレクタショート領域10はｎ+
バッファ層８より高不純物濃度でｐ+ コレクタ層９を貫
通する円柱状に形成されるが、その直径は200 μｍで0.
0314mm2 の断面積を有する。このＩＧＢＴのゲート・エ
ミッタ間の電圧印加によりｎ+ エミッタ領域３からチャ
ネル領域４に注入された電子電流はｎ+ バッファ層８へ
通過する。各セルのチャネル領域から共通のバッファ層
８へ入った電子電流は、ｎ+ コレクタショート領域10と
ｐ+ コレクタ層９との間のビルトイン電界により、ｎ+
コレクタショート領域10に集中する。このように電子電
流が各チップからｎ+ コレクタショート領域10に集中す
るため、電子電流は図３, 図４に示す構造と違い、ｐ+
領域９の脇を通過する距離が長くなると共にその電流密
度が増加するために電位降下をもたらし、ｐ+ 領域から
の正孔の注入を促して伝導度変調が発生する。さらにｐ
+ 領域９の面積が大きいために伝導度変調の正帰還が起
こり易く、図５の線52に示すように、この素子Ｉ−Ｖ特
性では負性抵抗が消滅し、飽和電圧の低下が図られ、オ
ン時の損失が低減する。なお、コレクタショート領域10
の断面積が小さいと、電子電流が流れ込みにくくなるの
で0.02mm2 以上であることが望ましい。
単一セルを示す断面図、およびその半導体素体の下面を
上にした斜視図で、図３, 図４と共通の部分には同一の
符号が付されている。このＩＧＢＴでは、厚さ220μｍ
のｎ- 基板１の表面層内にｐベース領域２が幅40μｍの
ｎ- 基板１の露出部をはさんで形成され、ベース領域の
表面層内にｎ+ エミッタ領域３が形成されている。さら
に幅５μｍのチャネル領域４の上にはゲート酸化膜５を
介してゲート電極６が形成されている。以上の構造は図
３, 図４と同一である。一方、基板１の下面には７〜８
μｍの厚さのｎ+ バッファ層８が設けられ、その下面に
２〜３μｍの厚さのｐ+ コレクタ層９が形成されている
ことも図３, 図４と同様であるが、ｎ+ コレクタショー
ト領域10が多数設けられておらず、図に示すようなセル
の集合体である単位ＩＧＢＴ素子部に１個あるいは複数
個形成されている。ｎ+ コレクタショート領域10はｎ+
バッファ層８より高不純物濃度でｐ+ コレクタ層９を貫
通する円柱状に形成されるが、その直径は200 μｍで0.
0314mm2 の断面積を有する。このＩＧＢＴのゲート・エ
ミッタ間の電圧印加によりｎ+ エミッタ領域３からチャ
ネル領域４に注入された電子電流はｎ+ バッファ層８へ
通過する。各セルのチャネル領域から共通のバッファ層
８へ入った電子電流は、ｎ+ コレクタショート領域10と
ｐ+ コレクタ層９との間のビルトイン電界により、ｎ+
コレクタショート領域10に集中する。このように電子電
流が各チップからｎ+ コレクタショート領域10に集中す
るため、電子電流は図３, 図４に示す構造と違い、ｐ+
領域９の脇を通過する距離が長くなると共にその電流密
度が増加するために電位降下をもたらし、ｐ+ 領域から
の正孔の注入を促して伝導度変調が発生する。さらにｐ
+ 領域９の面積が大きいために伝導度変調の正帰還が起
こり易く、図５の線52に示すように、この素子Ｉ−Ｖ特
性では負性抵抗が消滅し、飽和電圧の低下が図られ、オ
ン時の損失が低減する。なお、コレクタショート領域10
の断面積が小さいと、電子電流が流れ込みにくくなるの
で0.02mm2 以上であることが望ましい。
【００１０】図６は本発明の別の実施例のＩＧＢＴの単
一セルの断面を示し、ｎ+ バッファ層８が円柱状にｐ+
コレクタ層９中に延び、その表面に薄いｎ+ コレクタシ
ョート領域10が形成されてコレクタ電極11に接触してい
る。
一セルの断面を示し、ｎ+ バッファ層８が円柱状にｐ+
コレクタ層９中に延び、その表面に薄いｎ+ コレクタシ
ョート領域10が形成されてコレクタ電極11に接触してい
る。
【００１１】図７に示すさらに別の実施例は、図６と同
様の構造を有するが、ｐ+ コレクタ層９およびｎ+ コレ
クタショート領域10に接触するコレクタ電極14はｎ+ 領
域10との間にショットキー・バリアを形成している。こ
のようにｎ形Siに対してショットキーバリアを形成する
コレクタ電極13の材料としては、ｎ型Siの電子親和力の
エネルギーより大きい仕事関数をもつ金属が選ばれる。
この実施例ではMoを用いた。このＩＧＢＴのゲート電極
６とエミッタ電極７間に電圧を印加した場合、ｎ+ コレ
クタショート領域10直上のセルからの電子電流は直線的
にそのｎ+ 領域10へ到達するため、ｐ+ コレクタ領域９
の近傍を流れず、ｐ+ コレクタ領域９とｎ+ バッファ領
域８との接合での電位降下の増大には寄与しない。しか
し、コレクタ電極13とｎ+ 領域10との間にショットキー
バリアが存在することで、ｎ+ 領域10に集中した電流は
蓄積される結果、ｎ+ コレクタショート領域10とｐ+ コ
レクタ領域９によるビルトイン電位降下をおこしやすく
なり、ｐ+ 領域からの正孔の注入が加速され、注入量が
増加する。そして、さらに電子の濃度が高くなればバリ
アを越えてコレクタ電極13に電子が流入する。この結
果、図８に示すように、図７の実施例のＩＧＢＴの電流
・電圧特性82では図６の実施例の電流・電圧特性81に比
してさらにオン電圧が低下した。
様の構造を有するが、ｐ+ コレクタ層９およびｎ+ コレ
クタショート領域10に接触するコレクタ電極14はｎ+ 領
域10との間にショットキー・バリアを形成している。こ
のようにｎ形Siに対してショットキーバリアを形成する
コレクタ電極13の材料としては、ｎ型Siの電子親和力の
エネルギーより大きい仕事関数をもつ金属が選ばれる。
この実施例ではMoを用いた。このＩＧＢＴのゲート電極
６とエミッタ電極７間に電圧を印加した場合、ｎ+ コレ
クタショート領域10直上のセルからの電子電流は直線的
にそのｎ+ 領域10へ到達するため、ｐ+ コレクタ領域９
の近傍を流れず、ｐ+ コレクタ領域９とｎ+ バッファ領
域８との接合での電位降下の増大には寄与しない。しか
し、コレクタ電極13とｎ+ 領域10との間にショットキー
バリアが存在することで、ｎ+ 領域10に集中した電流は
蓄積される結果、ｎ+ コレクタショート領域10とｐ+ コ
レクタ領域９によるビルトイン電位降下をおこしやすく
なり、ｐ+ 領域からの正孔の注入が加速され、注入量が
増加する。そして、さらに電子の濃度が高くなればバリ
アを越えてコレクタ電極13に電子が流入する。この結
果、図８に示すように、図７の実施例のＩＧＢＴの電流
・電圧特性82では図６の実施例の電流・電圧特性81に比
してさらにオン電圧が低下した。
【００１２】以上の実施例におけるｐ+ コレクタ層９は
ｎ- 基板の表面から不純物を熱拡散することにより形成
した場合、コレクタ層９の不純物濃度はｎ+ バッファ層
８に近くなるに従い低下する勾配を有する。さらにｎ+
バッファ層８を熱拡散で形成されるため、その層内にも
不純物濃度勾配が生ずる。これらの濃度勾配によって作
られた電界は飽和電圧を高める方向にあり、ｎ+ バッフ
ァ層８とｐ+コレクタ層９との界面でのｐ+ コレクタ層
９の正孔濃度が減少することは、拡散電流を低下させる
ことになる。本発明の別の実施例では、ｎ- 基板１の上
にｎ+ 層を10μｍ以上の厚さにエピタキシャル成長によ
り形成し、コレクタショート領域の形成される円柱状の
部分のみを残して表面層を５μｍ以上除去して５μｍ以
上の厚さのバッファ層８を形成したのち、その除去した
部分にエピタキシャル成長でｐ+コレクタ層９を形成す
る。そのコレクタ層９の中に露出しているｎ+ バッファ
層８の表面層には不純物拡散によりｎ+ コレクタショー
ト領域10を形成する。このようにして、ｎ+ バッファ層
８およびｐ+ コレクタ層９の厚み方向の不純物濃度勾配
をなくし、界面でのｐ+ コレクタ層９の正孔濃度を表面
濃度と一定に調整することでオン電圧を低下させること
ができる。すなわち、図９に示すようにバッファ層８お
よびコレクタ層９を熱拡散法で形成した実施例のＩＧＢ
Ｔの電流・電圧特性91に比して、エピタキシャル法で形
成した実施例のＩＧＢＴの電流・電圧特性92ではオン電
圧がより低下した。
ｎ- 基板の表面から不純物を熱拡散することにより形成
した場合、コレクタ層９の不純物濃度はｎ+ バッファ層
８に近くなるに従い低下する勾配を有する。さらにｎ+
バッファ層８を熱拡散で形成されるため、その層内にも
不純物濃度勾配が生ずる。これらの濃度勾配によって作
られた電界は飽和電圧を高める方向にあり、ｎ+ バッフ
ァ層８とｐ+コレクタ層９との界面でのｐ+ コレクタ層
９の正孔濃度が減少することは、拡散電流を低下させる
ことになる。本発明の別の実施例では、ｎ- 基板１の上
にｎ+ 層を10μｍ以上の厚さにエピタキシャル成長によ
り形成し、コレクタショート領域の形成される円柱状の
部分のみを残して表面層を５μｍ以上除去して５μｍ以
上の厚さのバッファ層８を形成したのち、その除去した
部分にエピタキシャル成長でｐ+コレクタ層９を形成す
る。そのコレクタ層９の中に露出しているｎ+ バッファ
層８の表面層には不純物拡散によりｎ+ コレクタショー
ト領域10を形成する。このようにして、ｎ+ バッファ層
８およびｐ+ コレクタ層９の厚み方向の不純物濃度勾配
をなくし、界面でのｐ+ コレクタ層９の正孔濃度を表面
濃度と一定に調整することでオン電圧を低下させること
ができる。すなわち、図９に示すようにバッファ層８お
よびコレクタ層９を熱拡散法で形成した実施例のＩＧＢ
Ｔの電流・電圧特性91に比して、エピタキシャル法で形
成した実施例のＩＧＢＴの電流・電圧特性92ではオン電
圧がより低下した。
【００１３】以上ｎチャネルＩＧＢＴの実施例について
説明したが、各部の導電型を入れ換えたｐチャネルＩＧ
ＢＴにおいて実施しても上記と同様の特性が得られるこ
とは明らかである。
説明したが、各部の導電型を入れ換えたｐチャネルＩＧ
ＢＴにおいて実施しても上記と同様の特性が得られるこ
とは明らかである。
【００１４】
【発明の効果】本発明によれば、コレクタショートのた
めの短絡部を分散して設けないで、複数のセルに対して
１個設け、各セルの表面のチャネルを通じて注入される
キャリアがバッファ層を介してその短絡部に集中して流
れるようにすることにより、伝導度変調が促進されるの
でオン時のＩ−Ｖ特性の負性抵抗成分がなくなり、高速
スイッチング速度の素子のオン時の電力損失を低減する
ことができた。さらに、短絡部との間にショットキーバ
リアを形成する金属をコレクタ電極の材料として用いる
ことにより、短絡部に集中したキャリアを蓄積させ、あ
るいはバッファ層とコレクタ層の不純物濃度を厚み方向
にほぼ均一にしてコレクタ層からのキャリアの注入を促
すことにより、伝導度変調促進の効果をより強めること
ができた。
めの短絡部を分散して設けないで、複数のセルに対して
１個設け、各セルの表面のチャネルを通じて注入される
キャリアがバッファ層を介してその短絡部に集中して流
れるようにすることにより、伝導度変調が促進されるの
でオン時のＩ−Ｖ特性の負性抵抗成分がなくなり、高速
スイッチング速度の素子のオン時の電力損失を低減する
ことができた。さらに、短絡部との間にショットキーバ
リアを形成する金属をコレクタ電極の材料として用いる
ことにより、短絡部に集中したキャリアを蓄積させ、あ
るいはバッファ層とコレクタ層の不純物濃度を厚み方向
にほぼ均一にしてコレクタ層からのキャリアの注入を促
すことにより、伝導度変調促進の効果をより強めること
ができた。
【図１】本発明の一実施例のＩＧＢＴの単一セルの断面
図
図
【図２】図１に示したＩＧＢＴの半導体素体の下面を上
にしての斜視図
にしての斜視図
【図３】従来のコレクタショート型ＩＧＢＴの単一セル
の断面図
の断面図
【図４】図２に示したＩＧＢＴの半導体素体の下面を上
にしての斜視図
にしての斜視図
【図５】従来例および図１に示した本発明の実施例のＩ
ＧＢＴの電流・電圧線図
ＧＢＴの電流・電圧線図
【図６】本発明の別の実施例のＩＧＢＴの単一セルの断
面図
面図
【図７】本発明の他の実施例のＩＧＢＴの単一セルの断
面図
面図
【図８】図６, 図７に示した本発明の実施例のＩＧＢＴ
の電流・電圧線図
の電流・電圧線図
【図９】本発明のさらに異なる実施例のＩＧＢＴの単一
セルの断面図
セルの断面図
１ ｎ- 基板
２ ｐベース領域
３ ｎ+ エミッタ領域
４ チャネル領域
５ ゲート酸化膜
６ ゲート電極
７ エミッタ電極
８ ｎ+ バッファ層
９ ｐ+ コレクタ層
１０ ｎ+ コレクタショート領域
１１ コレクタ電極
１３ ショットキーコレクタ電極
Claims (6)
- 【請求項１】第一導電型の第一層の一側の表面層内に選
択的に第二導電型のベース領域が形成され、そのベース
領域の表面層内に選択的に第一層の露出部をはさんで第
一導電型のエミッタ領域が形成され、第一層の他側に第
一導電型で高不純物濃度のバッファ層を介して第二導電
型のコレクタ層が形成され、ベース領域の第一層の露出
部とエミッタ領域にはさまれた部分をチャネル領域とし
て、その表面上にゲート絶縁膜を介して設けられるゲー
ト電極、エミッタ領域およびベース領域に共通に接触す
るエミッタ電極ならびにコレクタ層に接触するコレクタ
電極を備えたセル構造の複数個を一つの半導体素子内に
有するものにおいて、コレクタ電極に接触し、コレクタ
層を貫通してバッファ層に達する第一導電型の領域が複
数のセル構造について１個設けられたことを特徴とする
絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ。 - 【請求項２】コレクタ電極が第二導電型の層とオーム接
触をし、第一導電型の領域とショットキー接触をする金
属よりなる請求項１記載の絶縁ゲート型バイポーラトラ
ンジスタ。 - 【請求項３】コレクタ層を貫通する第一導電型の領域が
断面積0.02mm以上の柱状である請求項１あるいは２記載
の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ。 - 【請求項４】コレクタ層を貫通する第一導電型の領域が
円柱状である請求項３記載の絶縁ゲート型バイポーラト
ランジスタ。 - 【請求項５】バッファ層およびコレクタ層の不純物濃度
が厚み方向にほぼ均一でる請求項１ないし４のいずれか
に記載の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ。 - 【請求項６】バッファ層およびコレクタ層が第一層を基
板としてのエピタキシャル成長により形成された層であ
る請求項５記載の絶縁ゲート型バイポーラトランジス
タ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3275843A JPH053205A (ja) | 1991-01-25 | 1991-10-24 | 絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ |
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3-7332 | 1991-01-25 | ||
| JP733291 | 1991-01-25 | ||
| JP8711691 | 1991-04-19 | ||
| JP3-87116 | 1991-04-19 | ||
| JP3275843A JPH053205A (ja) | 1991-01-25 | 1991-10-24 | 絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH053205A true JPH053205A (ja) | 1993-01-08 |
Family
ID=27277565
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3275843A Pending JPH053205A (ja) | 1991-01-25 | 1991-10-24 | 絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH053205A (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005109526A (ja) * | 2001-07-26 | 2005-04-21 | Denso Corp | 半導体装置 |
| WO2007108456A1 (ja) * | 2006-03-22 | 2007-09-27 | Denso Corporation | Ｉｇｂｔセルとダイオードセルを有する半導体装置およびその設計方法 |
| JP2007266549A (ja) * | 2006-03-30 | 2007-10-11 | Shindengen Electric Mfg Co Ltd | Ｉｇｂｔ及びｉｇｂｔの製造方法 |
| JP2008042073A (ja) * | 2006-08-09 | 2008-02-21 | Sanken Electric Co Ltd | 半導体装置 |
| JP2008218812A (ja) * | 2007-03-06 | 2008-09-18 | Toyota Central R&D Labs Inc | Ｉｇｂｔ |
| JP2012069579A (ja) * | 2010-09-21 | 2012-04-05 | Toshiba Corp | 逆通電型の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ |
| CN102637733A (zh) * | 2012-04-24 | 2012-08-15 | 北京大学深圳研究生院 | 一种超结绝缘栅双极型晶体管 |
| KR101315871B1 (ko) * | 2005-10-05 | 2013-10-08 | 산켄덴키 가부시키가이샤 | 반도체 장치 |
| US9054152B2 (en) | 2013-07-18 | 2015-06-09 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device |
| JP2015144220A (ja) * | 2013-12-27 | 2015-08-06 | 良孝 菅原 | 高性能半導体装置とその動作方法 |
| CN114784098A (zh) * | 2022-05-05 | 2022-07-22 | 成都智达和创信息科技有限公司 | 一种反向电流分布均匀的逆导型igbt |
| US20230147486A1 (en) * | 2020-10-19 | 2023-05-11 | MW RF Semiconductors, LLC | Integrated freewheeling diode and extraction device |
| CN119364787A (zh) * | 2024-09-30 | 2025-01-24 | 浙江大学 | 一种新型逆导型igbt器件及制备方法 |
-
1991
- 1991-10-24 JP JP3275843A patent/JPH053205A/ja active Pending
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005109526A (ja) * | 2001-07-26 | 2005-04-21 | Denso Corp | 半導体装置 |
| KR101315871B1 (ko) * | 2005-10-05 | 2013-10-08 | 산켄덴키 가부시키가이샤 | 반도체 장치 |
| JP2007288158A (ja) * | 2006-03-22 | 2007-11-01 | Denso Corp | 半導体装置およびその設計方法 |
| US7692214B2 (en) | 2006-03-22 | 2010-04-06 | Denso Corporation | Semiconductor device having IGBT cell and diode cell and method for designing the same |
| WO2007108456A1 (ja) * | 2006-03-22 | 2007-09-27 | Denso Corporation | Ｉｇｂｔセルとダイオードセルを有する半導体装置およびその設計方法 |
| JP2007266549A (ja) * | 2006-03-30 | 2007-10-11 | Shindengen Electric Mfg Co Ltd | Ｉｇｂｔ及びｉｇｂｔの製造方法 |
| JP2008042073A (ja) * | 2006-08-09 | 2008-02-21 | Sanken Electric Co Ltd | 半導体装置 |
| JP2008218812A (ja) * | 2007-03-06 | 2008-09-18 | Toyota Central R&D Labs Inc | Ｉｇｂｔ |
| JP2012069579A (ja) * | 2010-09-21 | 2012-04-05 | Toshiba Corp | 逆通電型の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ |
| CN102637733A (zh) * | 2012-04-24 | 2012-08-15 | 北京大学深圳研究生院 | 一种超结绝缘栅双极型晶体管 |
| US9054152B2 (en) | 2013-07-18 | 2015-06-09 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device |
| JP2015144220A (ja) * | 2013-12-27 | 2015-08-06 | 良孝 菅原 | 高性能半導体装置とその動作方法 |
| US20230147486A1 (en) * | 2020-10-19 | 2023-05-11 | MW RF Semiconductors, LLC | Integrated freewheeling diode and extraction device |
| CN114784098A (zh) * | 2022-05-05 | 2022-07-22 | 成都智达和创信息科技有限公司 | 一种反向电流分布均匀的逆导型igbt |
| CN119364787A (zh) * | 2024-09-30 | 2025-01-24 | 浙江大学 | 一种新型逆导型igbt器件及制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4967243A (en) | Power transistor structure with high speed integral antiparallel Schottky diode | |
| US5519245A (en) | Insulated gate bipolar transistor with reverse conducting current | |
| JPH0467343B2 (ja) | ||
| JPH04312981A (ja) | 高耐圧半導体装置 | |
| CN111201611B (zh) | 具有高dv/dt能力的功率开关装置及制造这种装置的方法 | |
| JPH09283754A (ja) | 高耐圧半導体装置 | |
| JPH053205A (ja) | 絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ | |
| US5079607A (en) | Mos type semiconductor device | |
| JPH07120799B2 (ja) | 半導体装置 | |
| JPH07169868A (ja) | 少なくとも１個のバイポーラ・パワーデバイスを有する回路パターン及びその作動方法 | |
| JPS61222260A (ja) | 導電変調型ｍｏｓｆｅｔ | |
| JPH02100367A (ja) | 縦型伝導度変調型ｍｏｓｆｅｔ | |
| JPH06112494A (ja) | 絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ | |
| JPH0612823B2 (ja) | 二方向性の電力用高速ｍｏｓｆｅｔ素子 | |
| JP2513640B2 (ja) | 導電変調型ｍｏｓｆｅｔ | |
| JP2004103980A (ja) | 半導体装置 | |
| CN115084251B (zh) | 半导体装置以及半导体电路 | |
| KR100266388B1 (ko) | 반도체 장치 및 그 제조 방법 | |
| JPS6141146B2 (ja) | ||
| JP2660001B2 (ja) | 導電変調型ｍｏｓｆｅｔ | |
| JPS639386B2 (ja) | ||
| JPH042169A (ja) | 横形伝導度変調型半導体装置 | |
| JP4052463B2 (ja) | 高耐圧ショットキーダイオード | |
| JPH05206469A (ja) | 絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ | |
| JP2856257B2 (ja) | ｐチャネル絶縁ゲートバイポーラトランジスタ |