JPH0430476A - 絶縁ゲートバイポーラトランジスタ - Google Patents

絶縁ゲートバイポーラトランジスタ

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Publication number
JPH0430476A
JPH0430476A JP2136107A JP13610790A JPH0430476A JP H0430476 A JPH0430476 A JP H0430476A JP 2136107 A JP2136107 A JP 2136107A JP 13610790 A JP13610790 A JP 13610790A JP H0430476 A JPH0430476 A JP H0430476A
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JP
Japan
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layer
region
layers
bipolar transistor
conductivity type
Prior art date
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Pending
Application number
JP2136107A
Other languages
English (en)
Inventor
Akira Nishiura
西浦 彰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
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Publication of JPH0430476A publication Critical patent/JPH0430476A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70Bipolar devices
    • H01L29/72Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/739Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
    • H01L29/7393Insulated gate bipolar mode transistors, i.e. IGBT; IGT; COMFET
    • H01L29/7395Vertical transistors, e.g. vertical IGBT
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/08Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/083Anode or cathode regions of thyristors or gated bipolar-mode devices
    • H01L29/0834Anode regions of thyristors or gated bipolar-mode devices, e.g. supplementary regions surrounding anode regions

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Bipolar Integrated Circuits (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、縦型電力用MO3FETの高比抵抗層に伝導
度変調を起こすことで電圧降下を小さくする絶縁ゲート
バイポーラトランジスタ (以下IGBTと略す)に関
する。
〔従来の技術〕
インバータ1 スイッチング電源等の高、開披化に伴い
、電力用スイッチング素子に高速化、低損失化が求めら
れている。IGETは、電力用MO3FETの持つ高速
性とバイポーラトランジスタの持つ低オン抵抗を兼ね備
えた電力用スイッチング素子として利用が広がりつつあ
る。
第3図は、nチャネルI GBTの構造を示し、高抵抗
のn−基板1 (第一領域)の表面部に選択的に2層2
 (第二領域)が形成され、さらに2層2の表面部に選
択的にn゛層3(第三領域)が形成され、 2層2のn
−層1とn9層3ではさまれた表面領域をチャネル領域
4として、その上にゲート絶縁膜5を介してゲート端子
Gに接続されるゲート電極6が設けられている。そして
、エミツタ端子Eに接続されるエミッタ電極7が2層2
とn゛層3共通に接触する。一方、n−基Filの反対
の表面部に9層8 (第四領域)が形成され、コレクタ
端子Cに接続されるコレクタ電極9が接触している。
この素子は、コレクタ電極9に正の電圧がかけられてい
るときにゲート電極6に正の電圧を与えると、チャネル
領域4を介してpnp トランジスタのベース領域であ
るn−層1に電流が流れ、そのpDp)ランジスタが導
通する。また、ゲート電極6の電圧をゼロにするか負に
すると、ベース電流を供給していたチャネルが閉じられ
るので、pnp t−ランジスタがオフする。
I GBTがオン時に低い導通抵抗であることの理由は
、チャネル領域4を介してn−層1に流入する電子に対
応して9層8からn−層1への正孔の注入が生じて、伝
導度変調を起こすためである。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところで、IGBTは応用上の理由から600v以上の
順方向耐圧が必要とされており、高耐圧化のためには、
n−層1の厚さを数十−から200 n程度にまで増大
することが必要である。すなわち、I GETの順方向
阻止状態においては、n−層1と2層2とでできる接合
により主にn−層1中に空乏層が広がることで高い電圧
を保つことができる。
しかし、n−層1を厚くすると、導通時の蓄積キャリア
総数が増大するため、これがターンオフ時のテール電流
の生成原因となり、速いスイッチング速度を実現するこ
とが困難となる。そこで、ターンオフ時に蓄積キャリア
を速やかに引き抜く構造として、例えば特開昭59−4
077号公報あるいは特開昭61−185971号公報
で公知のようにコレクタ短絡構造が提案されている。こ
れは、第4図に示すように9層8の形成されない部分を
周期的に設けるもので、その部分ではコレクタ電極9を
n。
層11を介して直接n−層1に接続することにより、n
−層1中の蓄積された電子を、速やかに引き抜き、ター
ンオフ時間を短くする効果がある。
しかし、このようなコレクタ短絡構造のIGBTは、タ
ーンオン時に電子がn′″層11を通ってコレクタ電極
に抜けてしまうため第一と第四領域間の接合電位を越え
る大きさの電圧降下になりにくく、9層8よりの正孔の
注入が起こりにクク、伝導度変調が十分に起こらないた
め、n−層1の導通抵抗を十分に低減することができな
い。
これらの問題は、導電型を逆にしたpチャネルIGBT
でも同様に起こる。
本発明の目的は、上記の問題に対処し、スイッチングの
高速化を導通抵抗の増大なしに実現できるI GBTを
提供することにある。
〔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、低不純物濃度
で第一導電型の第一領域、第一領域の一側の表面部に選
択的に形成された第二導電型の第二領域、第二領域の表
面部に選択的に形成された高不純物濃度で第一導電型の
第三領域、第一領域の他側に隣接する第二導電型の第四
領域、第二領域の第一領域および第三領域にはさまれた
表面領域をチャネル領域としてその上にゲート絶縁膜を
介して設けられたゲート電極、第二領域および第三領域
に共通に接触するエミッタ電極ならびに第四領域に接触
するコレクタ電極を備える絶縁ゲートバイポーラトラン
ジスタにおいて、第四領域がそれぞれコレクタ電極接触
面からの深さの深い部分と、その部分の間に互いに接し
て周期的に存在すると共にその深さが前記深い部分より
浅くかつ不純物濃度も低い部分とからなるものとする。
〔作用〕
つまり、この発明では、コレクタ電極には従来のように
第一導電型の領域部分の接触が無く、その代わりに従来
の第四領域と同じ第二導電型であって表面からの深さが
それより浅く、その不純物濃度も低い部分(以下低濃度
第四領域)が接触する構成にされていると言える。従っ
て、この発明は、前記低濃度第四領域と第一領域との間
にもバリヤとなる接合電位が生じている点が従来と異な
る。
ところで、この発明にかかる前記接合電位は不純物濃度
の高い領域部分(以下高濃度第四領域)と第一領域との
間の接合電位よりは小さいので、スイッチングオフ直前
のような小電流の際にはソース側からの注入キャリヤに
対応して流れるコレクタ側からの逆キャリヤの注入は前
記低濃度第四領域からのものが支配的となる。
しかしながら、大電流時では、ソース側からのキャリヤ
の注入の増大に対応する前記低濃度第四領域からの逆キ
ャリヤの注入は、その領域の不純物濃度が低く注入効率
も低いが故に抑制を受けて増大しにくくなる。
一方、このような大電流時において、増大したソース側
からの注入キャリヤのうち、高濃度第四領域と第一領域
との接合面近くに到達したものはその接合面に沿って、
より接合電位が低くかっコレクタ側表面からの深さも浅
い前記低濃度第四領域へ向かって流れるものが増えるこ
とになる。そうするとその接合面に沿って電位降下が生
じ、その結果不純物濃度が高く注入効率も大きい故に前
述のようなキャリヤ注入に関する抑制を受ける程度の低
い高濃度第四領域からの逆キャリヤの注入が促進され、
かつこの注入が支配的になる。
さらにこの発明では高濃度第四領域と低濃度第四wI域
とは互いに接すると共にその深さに関し低濃度第四領域
の方が浅くされているので、前記電位降下はいっそう大
きくなり、前記高濃度第四領域からの逆キャリヤ注入促
進の効果もより大きくなる。従って、大電流時にも第一
領域は充分な伝導度変調を受けるので、小さい導通抵抗
が実現される。
さらに、本発明では、前記小さい導通抵抗の実現ととも
に、スイッチング時についてもソースから注入された残
留キャリヤは低濃度第四領域の接合面付近に多く存在す
ることになるので、より早い引き抜き効果を受ける結果
スイッチングの高速化も同時に達成することができる。
〔実施例〕
第1図は本発明の一実施例を示し、第2図と共通の部分
には同一の符号が付されている。第1図のIGBTにお
いては、第3図のp層(第四領域)8が一様の厚さでは
なく、深さ1μ程度の浅い9層81と深さ3〜5μ程度
の深い9層82からなっている。浅い9層81は、例え
ば表面側の構造を省略した斜視図の第2図に示すように
深い9層82にはさまれて周期的に帯状に形成されてい
る。このIGBTのターンメン時には、n”層1に蓄積
された電子は、浅い9層81と深い9層82の二つの領
域からコレクタ電極9に抜ける。この内、9層82を通
る径路で電子が抜けると、それに対応した正孔が深い9
層82よりn−層1に注入され、n−層1中の伝導度変
調に寄与する。この際、浅い9層81とn−層1の間に
バリアが存在するため、コレクタ短絡構造の場合に比し
て9層82がらの正孔の注入が促進される。また、深い
9層82の表面不純物濃度がlXl0”/−以上である
のに対して、浅い9層81の表面不純物濃度をlXl0
IS/c+J程度に大幅に低くすることにより、9層8
1がらの正孔の注入を制限して蓄積キャリアが過剰にな
らないように制御することができ、また、9層81とn
−Jllとの間に形成されるpn接合の接合電位をさら
に低くすることができるので、ターンオフ時にキャリア
を排出する効果をより大きくすることができる。そして
、第2図に示すように、9層81とn層82を交互に帯
状に配置することにより、全体に電流分布を均一にする
ことができ、また表面構造と裏面構造にずれが生じても
、素子特性に大きな影響を与えることがない、ただし、
9層81の面積が大きくなりすぎると導通抵抗が大きく
なるので、コレクタ電極接触面積の50%以下であるこ
とが望ましい。
以上の実施例はnチャネルI GBTについて述べたが
、導電型を入れ換えたpチャネルIGBTでも同様に実
施でき、同様の効果を得ることができる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、コレクタ電極の一部を第一導電型の高
抵抗領域と接続してコレクタ短絡構造としないで、その
間に他の部分より低濃度で浅い第二導電型の領域を設け
ることにより、第一導電型の領域との間に低い接合電位
を生じさせ、ターンオン時にコレクタ電極に接触する厚
い第二導電型の領域からの第一導電型の領域の少数キャ
リアの注入を促進すると共に、ターンオフ時に第一導電
型の置載からの多数キャリアの引抜きを可能にすること
ができる。この結果、導通抵抗が小さく、スイッチング
の高速なI GBTを得ることができた。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例のIGBTの断面図、第2図
は第1図のI GBTの裏面構造を示す斜視図、第3図
は従来のI GBTの断面図、第4図は従来のコレクタ
短絡構造のI GBTの断面図である。 1:第一領域(n−層)、2:第二領域(p層)、3:
第三領域(n”層)  4:チャネル領域、5:ゲート
絶縁膜、6:ゲート電極、7:エミンタ電極、81:浅
いp層 (第四領域)、82:深いp層 (第四領域)
  9:コレクタ電極。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1)低不純物濃度で第一導電型の第一領域、その第一領
    域の一側の表面部に選択的に形成された第二導電型の第
    二領域、その第二領域の表面部に選択的に形成された高
    不純物濃度で第一導電型の第三領域、第一領域の他側に
    隣接する第二導電型の第四領域、第二領域の第一領域お
    よび第三領域にはさまれた表面領域をチャネル領域とし
    てその上にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極
    、第二領域および第三領域に共通に接触するエミッタ電
    極ならびに第四領域に接触するコレクタ電極を備えるも
    のにおいて、第四領域がそれぞれコレクタ電極接触面か
    らの深さの深い部分とその部分の間に互いに接して周期
    的に存在すると共にその深さが前記深い部分より浅くか
    つ不純物濃度も低い部分とからなることを特徴とする絶
    縁ゲートバイポーラトランジスタ。
JP2136107A 1990-05-25 1990-05-25 絶縁ゲートバイポーラトランジスタ Pending JPH0430476A (ja)

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