JP2565999B2 - 横型絶縁ゲートバイポーラトランジスタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、横型絶縁ゲートバイポーラトランジスタに
関する。

（従来の技術） 高耐圧でかつ出力数の多い場合に用いられるデバイス
として横型DMOSFET（LDMOS）がある。

このLDMOSは、第６図にｎチャネル型LDMOSの一例を示
すように、ｐ型シリコン基板１の表面に形成されたｎ型
エピタキシャル層２内にｐ型拡散層からなるアイソレー
ション（分離）領域３を形成し、このアイソレーション
領域３によって囲まれた素子領域内のｎ型エピタキシャ
ル層２をドレイン領域とし、このｎ型エピタキシャル層
２内にｐ型拡散層からなるベース領域４を形成すると共
に、該ベース領域４内にｎ＋型拡散層からなるソース領
域５およびｐ＋型拡散層からなるベースコンタクト領域
６を形成してなるものである。

そして、該ソース領域に隣接する基板表面にはゲート
絶縁膜７を介してゲート電極８が形成され、この上層に
層間絶縁膜９を介して、ソース領域５およびベースコン
タクト領域６にコンタクトするソース電極10が形成され
ている。

また、ｎ型エピタキシャル層２内には、ｐ型ベース領
域４から所定の距離だけ離間してｎ＋型拡散層からなる
ドレインコンタクト領域11が形成され、ドレイン電極12
がこれに接続されている。

さらに、前記アイソレーション領域３はアイソレーシ
ョン接地電極13を介して接地電位に接続されている。

このようなLDMOSはドレイン領域を構成するｎ型エピ
タキシャル層２の比抵抗、層厚、あるいはドレインコン
タクト領域11の位置を最適に選ぶことにより、容易に高
耐圧化をはかることができるという効果を奏功する。

また、ｐ型基板を利用し、素子形成領域をアイソレー
ション領域３で囲むようにすれば容易に素子分離が可能
となり、同一基板上に複数のLDMOSを集積化したり、他
のICを集積化することもできる。

このような特徴を有することからLDMOSは、高耐圧か
つ多数の出力段を必要とするELドライバなどのICの出力
段に広く使用されている。

しかしながら、このようなLDMOSにもドレイン領域の
比抵抗が高いため動作時のオン抵抗が高いという欠点が
ある。このため、大電流出力を要するデバイスに使用で
きないという問題がある。

このような欠点を解決するものとして、横型絶縁ゲー
トバイポーラトランジスタ（LIGBT）がある。

このLIGBTは、その一例としてｎチャンネル型LIGBTを
第７図に示すように、第６図に示したｎチャンネル型LD
MOSのｎ＋型拡散層からなるドレインコンタクト領域11
に代えてｐ＋型拡散層を形成し、これをアノード領域14
としたもので、他部はLDMOSと全く同様に形成されてお
り、ドレイン領域12はアノード電極15となり、また、ｎ
型エピタキシャル層２はドレイン領域ではなくｎ型ベー
ス領域2aとして作用する。

このLIGBTは動作時には、アノード領域14からｎ型ベ
ース領域2aへ大量のホール（正孔）16が注入されるた
め、電導度変調効果によりｎ型ベース領域2aの比抵抗が
１〜３桁低下する。このため、LIGBTはLDMOSに比べ、同
じ耐圧でもオン抵抗が大幅に低下し、高耐圧かつ大電流
容量を要求されるICの出力段素子としても使用できる。

しかしながら、ｐ型シリコン基板１は素子分離のため
接地されているため、ｎ型ベース領域2a中のホール16に
対しては吸い出し電極として働くことになり、アノード
領域14から注入されたホール16がｐ型ベース領域４に流
れる途中で、ｐ型シリコン基板１に吸い出されてしま
う。その結果、ｎ型ベース領域2a中のホール16の濃度は
ｐ型アノード領域14の近傍では充分高いもののそこから
離れるに従って急激に低下するため、ｎ型ベース領域2a
全域にわたって充分な電導度変調がなされず、注入する
ホール濃度の割にはオン抵抗が充分に低くならないとい
う問題がある。

（発明が解決しようとする課題） このように、従来の横型絶縁ゲートバイポーラトラン
ジスタにおいては、アノード領域14から注入されたホー
ル16がｎ型ベース領域2a中を流れる途中で、ｐ型シリコ
ン基板１に吸い出されてしまい、ｎ型ベース領域2a中で
電導度変調効果を充分に発揮し得ず、オン抵抗を充分に
低くすることができないという問題があった。

本発明は上記に鑑みてなされたもので、オン抵抗の充
分に低い横型絶縁ゲートバイポーラトランジスタを提供
することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） そこで本発明は、横型絶縁ゲートバイポーラトランジ
スタにおいて、アノード領域に隣接するベース領域下の
少なくとも一部に絶縁層を形成すると共に、キャリアの
吸い出し領域を形成し、電導度変調効果の程度をコント
ロールするようにしている。

（作用） 上記構成によれば、アノード領域に隣接するベース領
域下の少なくとも一部に形成された絶縁層の存在によ
り、キャリアをベース領域内に閉じ込めてキャリア濃度
を高め、電導度変調効果を有効に発揮させる一方、キャ
リアの吸い出し領域を形成してラッチアップを防ぎ、従
来のLIGBTではトレードオフの関係にあった電導度変調
効果と耐ラッチアップ性とを高次元で制御することが可
能となる。

（実施例） 以下、本発明の実施例について、図面を参照しつつ詳
細に説明する。

実施例１ このLIGBTでは、第１図に示すように、第７図に示し
た従来のLIGBTにおいて、ｐ型アノード領域14下からア
イソレーション領域３までは、ｎ型ベース領域2aとｐ型
シリコン基板１との境界領域に酸化シリコン層からなる
絶縁層20を介在させると共に、ｐ型ベース領域４側で
は、ｎ型ベース領域2aはｐ型シリコン基板１と直接接し
てホール吸い出し領域を形成していることを特徴とする
もので、他部については、従来のLIGBTと全く同じであ
る。なお、同一部位には同一符号を付した。また、耐圧
500Vの場合で、ｐ型アノード領域14とｐ型ベース領域4p
との水平距離は約40μｍ、絶縁層20の長さは35μｍ、吸
い出し領域23の長さは５μｍ程度とした。

製造に際しては、通常の半導体製造プロセスが用いら
れるが、絶縁層20はSIMOX法等により容易に形成され
る。

次に、このLIGBTの動作について説明する。

このLIGBTでは、まず、アノード電極とゲート電極８
への電圧の印加により、ｐ＋型アノード領域からｎ型ベ
ース領域2aに注入されたホール16は、ｐ型ベース領域４
にむけて進む。このとき、ホール16は、絶縁層20の存在
により、ｐ型シリコン基板１に吸い出されて流出するこ
となく、ｎ型ベース領域2a中をｐ型ベース領域４に向け
て進み、ｎ型ベース領域2aに充分な電導度変調効果を生
起せしめる。そこで、このLIGBTのオン抵抗が低減され
る。

一方、絶縁層20の端部からｐ型ベース領域４下までの
ｐ型シリコン基板１とｎ型ベース領域2aとの境界領域は
ホール吸い出し領域23となり、電導度変調効果によるホ
ールが全てｐ型ベース領域４に到達しラッチアップして
しまうのを防ぐことができる。

以上のように、このLIGBTは、高耐圧でかつオン抵抗
の低いものとなる。

実施例２ 次に、本発明の第２の実施例について説明する。

この例では、第２図に示すように、アイソレーション
領域３によって囲まれた素子領域の全体にわたってｎ型
ベース領域2aとｐ型シリコン基板１との境界領域に酸化
シリコン層からなる絶縁層20を介在させると共に、ｐ＋
型アノード領域とｐ型ベース領域４との間に位置するｎ
型ベース領域2aの表面にｐ＋型拡散層からなるホール吸
い出し領域21を形成していることを特徴とするもので、
他部については、第１図に示した第１の実施例のLIGBT
と全く同じである。

これにより絶縁層の形成に際し、パターニングの必要
がないため製造が容易となるうえ、エピタキシャル層は
全域にわたり均一に形成でき、より特性の良好なLIGBT
の形成が可能となる。

実施例３ また、上記第２の実施例ではホール吸い出し領域21を
ｐ＋型拡散層で構成したが、ショットキ接合をホール吸
い出し領域として用いてもよい。

すなわち、第３図に第３の実施例として示すように、
層間絶縁膜９に形成したコンタクトホールを介してｎ型
ベース領域2a表面の一部にアルミニウム層からなるソー
ス電極10が接触し、ショットキ接合を形成するように
し、このショットキ接合をホール吸い出し領域22となる
ようにしてもよい。このソース電極10側は負にバイアス
されているため、このショットキ接合は有効にホール吸
い出し領域として働く。

これら第２及び第３の実施例では、ホール吸い出し領
域の位置と面積が自由に調整でき、これにより電導度変
調効果と耐ラッチアップ性を高次元で制御することがで
きる。

また、これら第２及び第３実施例では、絶縁層20とア
イソレーション領域３とにより、基板からｎ型ベース領
域2aが完全に絶縁分離されているため、基板の導電型や
不純物濃度を自由に選択することができるという利点が
ある。

実施例４ 上記利点を利用して、ｎ型エピタキシャル層２を形成
したｐ型シリコン基板１の代わりに、内部に埋め込み絶
縁層を形成したｎ型基板を用いるようにしてもよい。

すなわち、第４図に第４の実施例として示すように、
内部に埋め込み絶縁層20を形成したｎ型基板25を用い、
このｎ型基板25内に第１乃至第３の実施例と同様の素子
領域を形成する。

これにより、コストが大幅に低減される。また、CMOS
と同一基板上に集積する場合には、このLIGBTとほぼCMO
Sの製造ルールで製造できるため、極めて実用性が高い
ものとなる。

実施例５ さらにまた、前記実施例では、いずれの場合もｎ型ベ
ース領域2aの側方のアイソレーション領域としてｐ型拡
散層を用いたが、第５図に、第５の実施例として示すよ
うに、酸化シリコン層からなる絶縁層によってアイソレ
ーション領域26を構成するようにしても良い。他部は、
前記実施例と同様である。

前記実施例のようにアイソレーション領域としてｐ型
拡散層を用いる場合には、ｎ型ベース領域2aとの間の耐
圧を確保するため、ｐ＋型アノード領域14との距離を数
十μｍ以上確保する必要があったのに対し、この場合
は、絶縁層をアイソレーション領域として用いているた
め、この距離は不用となり、素子面積の縮小をはかるこ
とができる。

また、この場合、ｎ型ベース領域2aの底面は全て絶縁
膜20により基板１と絶縁されているため、ｎ型ベース領
域2aの厚さを薄くしても高耐圧を維持することができ
る。このため、このアイソレーション領域の絶縁層26に
は、通常のLOCOS工程で形成されるフィールド酸化膜を
用いることができ、このことにより、同一基板内に集積
されるICと同時に製造することが可能となり、製造工程
を増大することなく製造することができる。

なお、この例では、ｐ＋型アノード領域14の外側に耐
圧を維持するためのスペースをとる必要がないため、ｐ
型ベース領域４およびｎ＋ソース領域５を中心にして、
ｐ＋型アノード領域14を周辺にリング状をなすように形
成することができる。

加えて、アイソレーション領域として、絶縁層まで到
達するように形成した溝を用いるようにしても良い。ま
た、この溝内に絶縁物を充填するようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、本発明のLIGBTによれば、
アノード領域に隣接するベース領域下の少なくとも一部
に形成した絶縁層と、ベース領域の上面または下面に形
成されたキャリアの吸い出し領域とによって、ベース領
域内の注入キャリアの分布をコントロールし、電導度変
調効果の程度をコントロールするようにしているため、
高耐圧化をはかると同時にオン抵抗の低減をはかること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例のLIGBTを示す図、第２
図は本発明の第２の実施例のLIGBTを示す図、第３図は
本発明の第３の実施例のLIGBTを示す図、第４図は本発
明の第４の実施例のLIGBTを示す図、第５図は本発明の
第５の実施例のLIGBTを示す図、第６図は従来例のLDMOS
を示す図、第７図は従来例のLIGBTを示す図である。 １……ｐ型シリコン基板、2a……ｎ型ベース領域、３…
…ｐ型アイソレーション領域、４……ｐ型ベース領域、
５……ｎ＋型ベース領域、６……ｎ＋型ベースコンタク
ト領域、７……ゲート酸化膜、８……ゲート電極、９…
…層間絶縁膜、10……ソース電極、11……ｎ＋ドレイン
コンタクト領域、12……ドレイン電極、13……アイソレ
ーション接地電極、14……ｐ＋型アノード領域、15……
アノード電極、16……ホール、20……絶縁層、21……ｐ
＋型ホール吸い出し領域、22……ショットキ接合、23…
…ホール吸い出し領域、25……ｎ型シリコン基板、26…
…フィールド酸化膜。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板表面に形成された比較的低不純物濃度
   の第１導電型のベース領域と、 該第１導電型のベース領域の表面の一部に形成された第
   ２導電型のベース領域と、 該第２導電型のベース領域の表面の一部に形成された第
   １導電型のソース領域と、 該第１導電型のベース領域と第１導電型のソース領域と
   の間にはさまれた第２導電型のベース領域の表面にゲー
   ト絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、 さらに該第１導電型のベース領域の表面に該第２導電型
   のベース領域と離間して形成された第２導電型のアノー
   ド領域とを具備してなる横型絶縁ゲートバイポーラトラ
   ンジスタにおいて、 前記第１導電型のベース領域形成部の少なくとも一部に
   当該ベース領域形成部表面から所定の深さに形成された
   絶縁層と、 該第１導電型のベース領域の周辺部に該絶縁層に到達す
   るように形成された分離領域と、 該第１導電型のベース領域中の第２導電型のベース領域
   と前記アノード領域との間に形成された少数キャリア吸
   い出し領域とを具備したことを特徴とする横型絶縁ゲー
   トバイポーラトランジスタ。