KR20070038879A - 절연게이트형 바이폴라 트랜지스터 - Google Patents

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요시노부 고노
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산켄덴키 가부시키가이샤
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Abstract

절연게이트형 바이폴라 트랜지스터(IGBT)의 순방향특성을 손상하지 않고, IGBT의 내장 다이오드의 리커버리 특성을 향상한다.
IGBT는 N+형 연장영역(9)을 P+형태 콜렉터 영역(1) 내에 선택적으로 형성하고, N형 베이스 영역(2)과 함께 P형 베이스 영역(3)과 다이오드를 형성한다. N형 베이스 영역(2)은 P형 베이스 영역(3)과 콜렉터 전극(8)과의 사이에 형성된 재결합영역(21)을 구비하고, 재결합영역(21)은 N형 베이스 영역(2) 내에서 재결합영역(21)의 주변에 축적된 소수 캐리어를 포획하고, 다이오드의 리커버리 특성을 개선한다. 그러나, 재결합영역(21)은 전류통로가 되는 N형 베이스 영역(2) 내의 인접하는 P형 베이스 영역(3)의 사이 및 그 아래쪽에는 도달하지 않기 때문에, IGBT의 순방향 전압을 증가시키지 않는다.
BJT, 절연게이트, 바이폴라트랜지스터

Description

절연게이트형 바이폴라 트랜지스터{INSULATED GATE BIPOLAR TRANSISTOR}
도 1은 본 발명에 의한 절연게이트형 바이폴라 트랜지스터의 일실시형태를 나타내는 단면도이다.
도 2는 재결합영역이 형성되기 전의 도 1의 단면도이다.
도 3은 마스크를 통하여 경이온선이 조사되는 도 2의 단면도이다.
도 4는 본 발명에 의한 절연게이트형 바이폴라 트랜지스터의 다른 실시형태를 나타내는 단면도이다.
도 5는 한 쪽 및 다른 쪽의 반도체 기판의 단면도이다.
도 6은 경이온선이 조사되는 도 5의 단면도이다.
도 7은 조사거리제어부를 제거한 도 6의 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : P+형 콜렉터 영역(콜렉터 영역) 1a : 상면(한 쪽의 주면)
1b : 하면(다른 쪽의 주면)
2 : N형 베이스 영역(제1 베이스 영역)
3 : P형 베이스 영역(제2 베이스 영역) 3a : 상면(한 쪽의 주면)
4 : N+형 에미터 영역(에미터 영역) 4a : 상면(한 쪽의 주면)
5 : 게이트 절연막(절연체) 6 : 게이트 전극
7 : 에미터 전극 8 : 콜렉터 전극
9 : N+형 연장영역(연장영역) 10 : 반도체 기판(반도체 기체)
11 : N-형 버퍼영역(버퍼영역) 11a : 상면(한 쪽의 주면)
17 : 에미터 접속부 21 : 재결합영역
23 : 제2 재결합영역
본 발명은 절연게이트형 바이폴라 트랜지스터, 특히 다이오드를 내장한 절연게이트형 바이폴라 트랜지스터에 관한 것이다.
IGBT(절연게이트형 바이폴라 트랜지스터)는 P+형 콜렉터 영역, P+형 콜렉터 영역의 상면에 형성된 N형 베이스 영역, N형 베이스 영역의 상면에 형성된 P형 베이스 영역, P형 베이스 영역의 상면에 형성된 N+형 에미터 영역을 구비하는 반도체 기판과, 게이트 절연막을 통하여 P형 베이스 영역으로부터 이간하여 형성된 게이트 전극과, 층간절연막을 통하여 게이트 전극으로부터 이간하고 또한 P형 베이스 영역 및 N+형 에미터 영역의 상면에 형성된 에미터 전극과, P+형 콜렉터 영역의 하면에 형성된 콜렉터 전극을 구비한다. N+형 에미터 영역과 N형 베이스 영역과의 사이에 끼워진 P형 베이스 영역의 일부는 게이트 절연막을 통하여 게이트 전극과 대향하여, 채널영역으로서 기능한다.
하기 특허문헌 1은 P+형 콜렉터 영역 내에 N+형 도전형을 갖는 음극영역을 형성함과 함께, 음극영역의 윗쪽에 P+형 도전형을 갖는 애노드영역을 형성하고, 이것에 의해 애노드영역과 N형 베이스 영역 및 캐소드 영역에 의해 형성된 다이오드를 내장한 IGBT를 개시한다. 특허문헌 1에 의하면, 외부부착 다이오드를 필요로 하지 않게 할 수 있다.
IGBT에 내장되는 다이오드에는 IGBT를 조립해 넣는 전자회로의 전기적 특성에 적합한 여러 가지 리커버리 특성(역회복특성)이 요구된다. 예를 들면, 역방향 전류의 변화율이 작은 소프트 리커버리화가 요구되는 경우에는 IGBT 및 다이오드를 형성한 반도체 기판에 라이프 타임 킬러(life time killer)로서 경이온 또는 전자선 등의 방사선을 조사하는 라이프 타임(life time) 제어법이 이용되고 있다. 다이오드를 형성하는 N형 베이스 영역에 방사선을 조사하는 것에 의해 형성된 반도체 기판 중의 결정결함은 재결합 중심으로서 N형 베이스 영역 내에서 결정결함의 주변에 축적된 소수 캐리어를 포획해서 소수 캐리어를 신속하게 소멸시키기 때문에, 다이오드의 리커버리 특성을 개선할 수 있다.
그러나, 종래에서는 IGBT 및 다이오드를 형성한 반도체 기체(基體)의 전체에 대해서, 한결같이 방사선을 조사하고 있었기 때문에, IGBT의 주된 전류통로로서 기능하는 게이트 전극과 P+형 콜렉터 영역과의 사이의 N형 베이스 영역 내에도 결정 결함이 형성되어 있었다. 따라서, 다이오드의 소프트 리커버리 특성을 얻는 것과 동시에, IGBT의 동작전압인 순방향 전압이 증가하는 불편이 있었다.
이에 대해, 하기 특허문헌 2에는 경이온을 반도체 기체의 깊이방향이 다른 위치에 조사한 IGBT가 개시된다. 특허문헌 2에 의하면, 콜렉터 전극에 알루미늄으 로 이루어지는 제1 마스크를 고착하고, 제1 마스크에 스테인레스로 이루어지고 또한 개구부를 갖는 제2 마스크를 고착해서 경이온을 조사하는 것에 의해, 제2 마스크의 개구부를 통과한 이온선을 N형 베이스 영역에 조사하고, 제2 마스크를 통과한 이온선을 P+형 콜렉터 영역에 조사할 수 있다.
[특허문헌 1] 일본특허공개공보 평성9-191110호
[특허문헌 2] 일본특허공보 제2818959호
그러나, 특허문헌 2는 IGBT를 형성하는 반도체 기판 내에 다이오드를 내장하지 않고, IGBT의 오프시에 발생하는 테일전류를 감소시키고, IGBT의 스위칭 특성을 향상시킨 종래기술을 개시하는 것에 지나지 않는다.
따라서, 본 발명은 순방향특성을 손상하지 않고, 내장하는 다이오드의 리커버리 특성을 향상할 수 있는 절연게이트형 바이폴라 트랜지스터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 절연게이트형 바이폴라 트랜지스터는 제1 도전형(P)을 갖는 콜렉터 영역(1), 제1 도전형(P)과는 반대의 제2 도전형(N)을 갖고 또한 콜렉터 영역(1)의 한 쪽의 주면(1a)에 형성된 제1 베이스 영역(2), 제1 도전형(P)을 갖고 또한 제1 베이스 영역(2)에 인접하여 형성된 제2 베이스 영역(3), 제2 도전형(N)을 갖고 또한 제2 베이스 영역(3)에 인접하여 형성된 에미터 영역(4)을 구비하는 반도체 기체(10)와, 절연체(5)를 통하여 제2 베이스 영역(3)으로부터 이간하여 형성된 게이 트 전극(6)과, 제2 베이스 영역(3) 및 에미터 영역(4)의 각 한 쪽의 주면(3a,4a)에 형성된 에미터 전극(7)과, 제1 베이스 영역(2)과는 반대측의 콜렉터 영역(1)의 다른 쪽의 주면(1b)에 형성된 콜렉터 전극(8)을 구비한다. 제1 베이스 영역(2)과 동일한 도전형(N)에 의해 콜렉터 영역(1) 내에 선택적으로 연장영역(9)을 형성해서, 제2 베이스 영역(3), 제1 베이스 영역(2) 및 연장영역(9)에 의해 다이오드를 형성한다. 제1 베이스 영역(2)은 제2 베이스 영역(3)과 콜렉터 전극(8)과의 사이에 형성된 재결합영역(21)을 구비하지만, 재결합영역(21)은 제1 베이스 영역(2) 내의 인접하는 제2 베이스 영역(3)의 사이 및 그 아래쪽에는 도달하지 않는다.
에미터 전극(7)과 콜렉터 전극(8)과의 사이에 에미터 전극(7)측의 전위를 높게 하는 전압이 인가된 때, 제2 베이스 영역(3)과 제1 베이스 영역(2) 및 연장영역(9)에 의해 형성되는 다이오드가 온해서, 다이오드에 전류가 흐른다. 다음에, 다이오드가 오프되면, 반도체 기체(10) 내에 경이온 또는 전자선 등의 방사선을 조사하여 결정결함을 형성하는 것에 의해 설치된 재결합영역(21)은, 제1 베이스 영역(2) 내에서 재결합영역(21)의 주변에 축적된 소수 캐리어를 포획하여, 소수 캐리어를 신속하게 소멸시킨다. 따라서, 다이오드의 턴 오프(turn off) 시간이 단축되어, 다이오드의 리커버리 특성(스위칭특성)을 개선할 수 있다. 또한, 절연게이트형 바이폴라 트랜지스터의 온(on)시에, 순방향전류가 제1 베이스 영역(2) 내에서 게이트 전극(6)과 콜렉터 전극(8)과의 사이 또는 그 주변을 흐르지만, 재결합영역(21)은 제1 베이스 영역(2) 내의 인접하는 제2 베이스 영역(3)의 사이 및 그 아래쪽에는 도달하지 않기 때문에, 재결합영역(21)에 의해 순방향전압이 증가하는 것 을 방지할 수 있다. 즉, 절연게이트형 바이폴라 트랜지스터의 순방향특성을 손상하지 않고, 절연게이트형 바이폴라 트랜지스터에 내장하는 다이오드의 리커버리 특성을 향상할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 절연게이트형 바이폴라 트랜지스터는 제1 도전형(P)을 갖는 콜렉터 영역(1), 제1 도전형(P)과는 반대의 제2 도전형(N)을 갖고 또한 콜렉터 영역(1)의 한 쪽의 주면(1a)에 형성된 버퍼영역(11), 제2 도전형(N)을 갖고 또한 버퍼영역(11)의 한 쪽의 주면(11a)에 형성된 제1 베이스 영역(2), 제1 도전형(P)을 갖고 또한 제1 베이스 영역(2)에 인접하여 형성된 제2 베이스 영역(3), 제2 도전형(N)을 갖고 또한 제2 베이스 영역(3)에 인접하여 형성된 에미터 영역(4)을 구비하는 반도체 기체(10)와, 절연체(5)를 통하여 제2 베이스 영역(3)으로부터 이간하여 형성된 게이트 전극(6)과, 제2 베이스 영역(3) 및 에미터 영역(4)의 각 한 쪽의 주면(3a,4a)에 형성된 에미터 전극(7)과, 버퍼영역(11)과는 반대측의 콜렉터 영역(1) 다른 쪽의 주면(1b)에 형성된 콜렉터 전극(8)을 구비한다. 제1 베이스 영역(2) 및 버퍼영역(11)과 동일한 도전형(N)에 의해 콜렉터 영역(1) 내에 선택적으로 연장영역(9)을 형성해서, 제2 베이스 영역(3), 제1 베이스 영역(2), 버퍼영역(11) 및 연장영역(9)에 의해 다이오드를 형성한다. 제1 베이스 영역(2)은 제2 베이스 영역(3)과 버퍼영역(11)과의 사이에 형성된 재결합영역(21)을 구비하지만, 재결합영역(21)은 제1 베이스 영역(2) 내의 인접하는 제2 베이스 영역(3)의 사이 및 그 아래쪽에는 도달하지 않는다. 또한, 버퍼영역(11)은 게이트 전극(6)과 콜렉터 전극(8)과의 사이에 형성된 제2 재결합영역(23)을 갖는다.
절연게이트형 바이폴라 트랜지스터가 온으로부터 오프로 전환되었을 때, 제2 재결합영역(23)은 버퍼영역(11) 내에서 제2 재결합영역(23)의 주변에 축적된 소수 캐리어를 포획해서 소수 캐리어를 신속하게 소멸시키고, 테일전류를 효과적으로 감소시키므로, 상기 절연게이트형 바이폴라 트랜지스터와 비교하여, 절연게이트형 바이폴라 트랜지스터의 스위칭 특성을 향상할 수 있다.
[발명의 실시형태]
이하, 본 발명에 의한 절연게이트형 바이폴라 트랜지스터의 실시형태를 도 1 내지 도 7에 대해 설명한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 IGBT(20)는 예를 들면 실리콘 단결정으로 이루어지는 반도체 기판(반도체 기체)(10)을 구비하고, 반도체 기판(10)은 P+형 콜렉터 영역(콜렉터 영역)(1)과, P+형 콜렉터 영역(1)의 상면(한 쪽의 주면)(1a)에 형성된 N형 베이스 영역(제1 베이스 영역)(2)과, N형 베이스 영역(2)에 인접하여 형성된 P형 베이스 영역(제2 베이스 영역)(3)과, P형 베이스 영역(3)에 인접하여 형성된 N+형 에미터 영역(에미터 영역)(4)을 갖는다. 또한, IGBT(20)는 게이트 절연막(절연체)(5)을 통하여 P형 베이스 영역(3)으로부터 이간하여 형성된 게이트 전극(6)과, 층간절연막(15)을 통하여 게이트 전극(6)으로부터 이간하고 또한 P형 베이스 영역(3) 및 N+형 에미터 영역(4)의 각 상면(한 쪽의 주면)(3a,4a)에 형성된 에미터 전극(7)과, N형 베이스 영역(2)과는 반대측의 P+형 콜렉터 영역(1)의 하면(다른 쪽의 주면)(1b)에 형성된 콜렉터 전극(8)을 구비한다. 게이트 절연막(5)은 예를 들면 이산화 실리콘에 의해 형성되고, 게이트 절연막(5)의 상면에 예 를 들면 폴리실리콘으로 이루어지는 게이트 전극(6)이 형성된다. 또한, 층간절연막(15)은 예를 들면 이산화실리콘에 의해 형성되어, 게이트 전극(6)의 주위에 배치되고, 게이트 전극(6)과 에미터 전극(7)을 전기적으로 절연한다. 에미터 전극(7) 및 콜렉터 전극(8)은 예를 들면 알루미늄 또는 알루미늄과 니켈을 적층한 적층체에 의해 형성된다.
P+형 콜렉터 영역(1) 내에는 N형 베이스 영역(2)과 동일한 N형 도전형에 의해 복수의 N+형 연장영역(연장영역)(9)이 선택적으로 형성되고, N형 베이스 영역(2)과 함께 P형 베이스 영역(3)과 PN접합의 다이오드를 형성한다. 각 N+형 연장영역(9)은 평면적으로 보아, P+형 콜렉터 영역(1) 내에 원형단면 또는 띠형상 등의 그 외의 평면형상으로 형성되고, P+형 콜렉터 영역(1) 내에서 N형 베이스 영역(2)과 콜렉터 전극(8)에 접속된다. 도 1에 나타내는 N+형 연장영역(9)은 각 P형 베이스 영역(3)의 아래쪽에 형성되지만, 도시한 형태에 한정되지 않는다. 에미터 전극(7)과 콜렉터 전극(8)과의 사이에 에미터 전극(7)측의 전위를 높게 하는 전압이 인가된 때, P형 베이스 영역(3)과 N형 베이스 영역(2) 및 N+형 연장영역(9)에 의해 형성되는 다이오드가 온해서, 다이오드에 순방향전류가 흐른다.
N형 베이스 영역(2)은 P형 베이스 영역(3)과 콜렉터 전극(8)과의 사이에 형성된 재결합영역(21)을 구비한다. 재결합영역(21)은 전자선, γ선, 중성자선 또는 이온선 등의 방사선을 반도체 기판(10)에 조사하고, 반도체 기판(10)의 소정의 영역에 결정결함을 형성하여 설치된 재결합 중심으로, 반도체 기판(10)의 캐리어의 라이프 타임(수명)을 제어한다. 그러나, 재결합영역(21)은 N형 베이스 영역(2) 내 의 인접하는 P형 베이스 영역(3)의 사이 및 그 아래쪽, 바람직하게는 게이트 전극(6)과 콜렉터 전극(8)과의 사이에는 도달하지 않는다. N형 베이스 영역(2) 안의 P형 베이스 영역(3)의 아래쪽에 방사선이 조사되고, N형 베이스 영역(2) 안의 인접하는 P형 베이스 영역(3)의 사이 및 그 아래쪽의 영역에는 방사선이 조사되어 있지 않다. 본 실시형태에서는 도 1에 나타내는 바와 같이, 방사선이 조사되지 않은 비조사영역(22)을 N형 베이스 영역(2) 내에서 재결합영역(21)의 사이에 구비한다.
다음에, 예를 들면, 에미터 전극(7)과 콜렉터 전극(8)과의 사이에 콜렉터 전극(8)측의 전위를 높게 하는 전압이 인가되고, P형 베이스 영역(3)과 N형 베이스 영역(2) 및 N+형 연장영역(9)에 의해 형성되는 다이오드가 오프되면, 재결합영역(21)은 제1 베이스 영역(2) 내에서 재결합영역(21)의 주변에 축적된 소수 캐리어를 포획해서, 소수 캐리어를 신속하게 소멸시킨다. 따라서, 다이오드의 턴오프시간을 단축해서, 다이오드의 스위칭속도를 고속화할 수 있다. 또한, IGBT(20)의 온시에는 순방향전류가 P+형 콜렉터 영역(1)으로부터 N형 베이스 영역(2) 내의 주로 비조사영역(22) 및 채널을 통하여, N+형 에미터 영역(4)에 흐른다. 재결합영역(21)은 N형 베이스 영역(2) 내의 인접하는 P형 베이스 영역(3)의 사이 및 그 아래쪽에는 도달하지 않고, 순방향전류가 N형 베이스 영역(2) 내에서 주로 비조사영역(22)을 흐르기 때문에, 재결합영역(21)에 의해 순방향전압이 증가하여, 큰 통전 손실이 생기는 것을 방지할 수 있다.
보다 바람직하게는, 재결합영역(21)은 에미터 전극(7)과 P형 베이스 영역(3) 및 N+형 에미터 영역(4)을 접속하는 에미터 접속부(17)와, 콜렉터 전극(8)과의 사 이에 형성된다. 에미터 접속부(17)를 통해서, 에미터 전극(7)으로부터 P형 베이스 영역(3)으로 흐른 다이오드전류는 에미터 접속부(17)와 콜렉터 전극(8)과의 사이에 형성된 재결합영역(21) 또는 그 주변을 통과하여, N+형 연장영역(9)으로부터 콜렉터 전극(8)으로 흐른다. 본 실시형태의 IGBT(20)에서는 도 1에 나타내는 바와 같이, 재결합영역(21)은 N형 베이스 영역(2) 내에서, 에미터 접속부(17)와 P+형 콜렉터 영역(1) 또는 N+형 연장영역(9)과의 사이에 형성되고, 평면적으로 보아, 비조사영역(22)이 에미터 접속부(17)까지의 보다 광범위하게 형성된다. 따라서, IGBT(20)의 순방향전류의 전류통로 및 그 주변에 결정결함이 형성되지 않고 , 순방향전압이 증가하는 것을 보다 신뢰성 높게 방지할 수 있다.
도 1의 IGBT(20)를 제조할 때에, 도 2에 나타내는 바와 같이, P+형 콜렉터 영역(1) 내에 복수의 N+형 연장영역(9)을 형성한 IGBT(20)를 준비한다. IGBT(20)의 제조법은 공지이므로, 설명을 생략한다. N+형 연장영역(9)은 예를 들면, N-형 기판의 한 면에 P형 불순물을 확산하여 P+형 콜렉터 영역(1)을 형성한 후, P+형 콜렉터 영역(1)에 고농도의 N형 불순물을 선택적으로 확산하여, N+형 연장영역(9)을 형성한다. 그 후, P+형 콜렉터 영역(1) 및 N+형 연장영역(9)의 하면(1b,9a)에 콜렉터 전극(8)을 고착한다. N+형 연장영역(9)은 콜렉터 전극(8)의 접촉하는 표면으로부터 N형 베이스 영역(2)에 도달하는 예를 들면 원기둥형으로 형성되고, P+형 콜렉터 영역(1)의 면방향으로 균일 또는 불균일하게 분산된다. N+ 형 연장영역(9)을 평면적으로 보아, 줄무늬형상 등의 그 외의 형상으로 분산시켜도 좋다. 또한, 상기 제법에 한정되지 않고, N+형 연장영역(9)을 특허문헌 1에 의해 개시되는 제법 등, 다른 공지의 제법에 의해 형성해도 좋다.
다음에, 도 3에 나타내는 바와 같이, 콜렉터 전극(8)의 하면(8a)에 개구부(32)를 갖는 금속제 또는 그 외의 방사선 차폐재료로 이루어지는 마스크(31)가 고정되고, 마스크(31)를 향해서 예를 들면 경이온선(18)이 조사된다. 마스크(31)에 의해 피복된 IGBT(20)의 피복영역(18a)은 경이온선(18)이 마스크(31)에 의해서 차폐 또는 경감되어, 반도체 기판(10)에 도달하지 않지만, 마스크(31)의 개구부(32)에 의해 개방된 IGBT(20)의 개방영역(18b)은 경이온선(18)이 반도체 기판(10)의 N형 베이스 영역(2)까지 도달하여, 재결합영역(21)과 이루는 결정결함이 형성된다. 경이온선(18)의 강도 또는 마스크(31)의 두께 등의 조건을 적당하게 변경하여, 반도체 기판(10)의 두께방향의 소정의 영역에 결정결함을 형성할 수 있다. 개구부(32) 대신에 마스크(31)의 두께를 부분적으로 얇게 형성한 절결부(도시하지 않음)를 마스크(31)에 형성해도 좋다. 경이온선(18)의 차폐율이 낮은 마스크(31)의 절결부를 통해서, 반도체 기판(10)의 N형 베이스 영역(2)에 결정결함을 형성할 수 있다. 콜렉터 전극(8)으로부터 마스크(31)가 제거되어 도 1의 IGBT(20)가 완성된다.
도 4는 본 발명에 의한 절연게이트형 바이폴라 트랜지스터의 다른 실시 형태를 나타낸다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 IGBT(30)에서, 반도체 기판(10)은 P+형 콜렉터 영역(1)과, P+형 콜렉터 영역(1)의 상면(1a)에 형성된 N-형 버퍼영역(버퍼영역)(11)과, N-형 버퍼영역(11)의 상면(11a)에 형성된 N형 베이스 영역(2)과, N형 베이스 영역(2)에 인접하여 형성된 P형 베이스 영역(3)과, P형 베이스 영역(3)에 인접하여 형성된 N+형 에미터 영역(4)을 갖는다. 또한, IGBT(30)는 도 1의 IGBT(20)와 같이, 게이트 절연막(5), 게이트 전극(6), 층간절연막(15), 에미터 전극(7) 및 콜렉터 전극(8)을 구비하고, 콜렉터 전극(8)은 N-형 버퍼영역(11)과는 반대측의 P+형 콜렉터 영역(1)의 하면(1b)에 형성된다. N-형 버퍼영역(11)은 다이오드의 캐소드 영역으로서 기능함과 함께, P+형 콜렉터 영역(1)으로부터 N형 베이스 영역(2) 내에 주입되는 홀(정공)의 양을 최적화하여, IGBT(20)에 원하는 전도도(傳導度) 변조를 주는 기능을 갖는다. 버퍼영역을 갖는 IGBT 및 그 전도도 변조는 공지이며, 상세한 설명을 생략한다.
도 1의 IGBT(20)와 마찬가지로, IGBT(30)는 복수의 N+형 연장영역(9)을 P+형 콜렉터 영역(1) 내에 선택적으로 형성해서, N형 베이스 영역(2) 및 N-형 버퍼영역(11)과 함께 P형 베이스 영역(3)과 PN접합의 다이오드를 형성한다. 또한, N형 베이스 영역(2)은 P형 베이스 영역(3)과 N-형 버퍼영역(11)과의 사이, 바람직하게는 에미터 접속부(17)와 N-형 버퍼영역(11)과의 사이에 형성된 재결합영역(21)을 구비하고, 재결합영역(21)은 N형 베이스 영역(2) 내의 인접하는 P형 베이스 영역(3)의 사이 및 그 아래쪽에는 도달하지 않는다. 이 구조에 의해, 도 4의 IGBT (30)는 도 1의 IGBT(20)와 같은 효과를 갖지만, 또한, 게이트 전극(6)과 콜렉터 전극(8)과의 사이에 형성된 제2 재결합영역(23)을 N-형 버퍼영역(11) 내에 갖는 점에서 도 1의 IGBT(20)와 다르다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에서는 N형 베이스 영역(2) 내의 P형 베이스 영역(3)의 아래쪽과 함께, N-형 버퍼영역(11) 내의 인접하는 P형 베이스 영역(3)의 사이에서 또한 N형 베이스 영역(2)의 비조사 영역(22)의 아래쪽에 방사선이 조사되어, 제2 재결합영역(23)이 형성된다. N형 베이스 영역(2) 내의 인접하는 P형 베이스 영역(3)의 사이 및 그 아래쪽의 영역에는 방사선이 조사되어 있지 않다.
IGBT(30)의 온시에, 순방향전류가 P+형 콜렉터 영역(1)으로부터 N-형 버퍼영역(11), N형 베이스 영역(2) 내의 주로 비조사영역(22) 및 채널을 통하여, N+형 에미터 영역(4)에 흐른다. 제2 재결합영역(23)은 콜렉터 전극(8)측으로부터 재결합영역(21)을 형성하는 방사선보다 짧은 조사거리에서 방사선을 반도체 기판(10)에 조사해서, 반도체 기판(10)의 소정의 영역에 결정결함을 형성하여 설치된 재결합 중심으로서, 반도체 기판(10)의 캐리어의 라이프 타임을 제어한다. IGBT(30)가 온으로부터 오프로 전환되었을 때, 제2 재결합영역(23)은 N-형 버퍼영역(11) 내에서 제2 재결합영역(23)의 주변에 축적된 소수 캐리어를 포획해서 소수 캐리어를 신속하게 소멸시키고, 테일전류를 효과적으로 감소시키므로, IGBT(30)의 스위칭 특성을 향상할 수 있다.
도 4의 IGBT(30)를 제조할 때에, 도 5에 나타내는 바와 같이, 예를 들면, 전부 실리콘 단결정에 의해 형성되는 한 쪽 및 다른 쪽의 반도체 기판(33,34)을 준비한다. 한 쪽의 반도체 기판(33)은 N형 베이스 영역(2), P형 베이스 영역(3), N+형 에미터 영역(4) 및 N-형 버퍼영역(11)을 구비하고, N형 베이스 영역(2) 및 P형 베이스 영역(3)이 형성된 상면(33a)과, N-형 버퍼영역(11)이 형성된 하면(33b)을 갖는다. 한 쪽의 반도체 기판(33)은 예를 들면 에피택셜 성장에 의해 N-형 기판의 한 면에 N형 베이스 영역(2)을 형성한 후, N형 베이스 영역(2)에 순차적으로 불순 물을 선택적으로 확산하여, P형 베이스 영역(3) 및 N+형 에미터 영역(4)을 형성한다. 다른 쪽의 반도체 기판(34)은 P+형 콜렉터 영역(1), N+형 연장영역(9) 및 조사거리 제어부(35)를 구비하고, P+형 콜렉터 영역(1) 및 N+형 연장영역(9)이 형성된 상면(34a)과, 조사거리 제어부(35)가 형성된 하면(34b)을 갖는다. 조사거리 제어부(35)는 다른 쪽의 반도체 기판(34)의 두께방향에 형성된 깊은 절결부(36)와 얕은 절결부(37)를 갖는다. 다른 쪽의 반도체 기판(34)은 예를 들면, 조사거리 제어부(35)가 형성된 기판의 한 면에 P형 불순물을 확산해서 P+형 콜렉터 영역(1)을 형성한 후, P+형 콜렉터 영역(1)에 고농도의 N형 불순물을 선택적으로 확산하여, N+형 연장영역(9)을 형성한다.
다음에, 한 쪽의 반도체 기판(33)의 하면(33b)과 다른 쪽의 반도체 기판(34)의 상면(34a)을 고착한다. 예를 들면, 한 쪽의 반도체 기판(33)의 하면(33b)과 다른 쪽의 반도체 기판(34)의 상면(34a)을 경면(鏡面)형상으로 연마한 후, 접촉시켜 가열하는 것에 의해 용이하게 고착할 수 있지만, 다른 고착법을 이용해도 좋다. 계속하여, 도 6에 나타내는 바와 같이, 조사거리 제어부(35)로부터 이간해서, 다른 쪽의 반도체 기판(34)의 하면(34b)측에, 알루미늄 등의 금속 또는 그 외의 방사선 차폐재료로 이루어지는 방사선 감쇠마스크(38)를 배치하고, 방사선 감쇠마스크(38)를 향하여 예를 들면 경이온선(18)이 조사된다. 깊은 절결부(36) 및 얕은 절결부(37)를 갖지 않는 조사거리 제어부(35)에 의해 피복된 IGBT(30)의 강한 차폐영역(30a)은, 경이온선(18)이 조사거리 제어부(35)에 의해서 차폐 또는 경감되고, 한 쪽의 반도체 기판(33)에 도달하지 않지만, 깊은 절결부(36)를 갖는 조사거리 제어 부(35)에 의해 피복된 IGBT(30)의 약한 차폐영역(30b)은 경이온선(18)이 한 쪽의 반도체 기판(33)의 N형 베이스 영역(2)에 도달하여, 재결합영역(21)과 이루는 결정결함을 형성한다. 또한, 얕은 절결부(37)를 갖는 조사거리 제어부(35)에 의해 피복된 IGBT(30)의 중간 차폐영역(30c)은 경이온선(18)이 한 쪽의 반도체 기판(33)의 N-형 버퍼영역(11)에 도달하여, 제2 재결합영역(23)과 이루는 결정결함을 형성한다.
경이온선(18)의 강도, 조사거리 제어부(35)의 두께 또는 깊은 절결부(36) 및 얕은 절결부(37)의 깊이 등의 조건을 적절히 변경하여, 한 쪽의 반도체 기판(33)의 두께방향의 소정의 영역에 결정결함을 형성할 수 있다. 특히, 실리콘기판의 두께의 차이에 의해 방사선의 조사거리를 제어하는 본 실시형태의 방법은 두께가 다른 마스크(31)를 사용하는 도 2 및 도 3에 나타내는 방법과는 달리, 반도체 기판(10)에 조사되는 방사선의 조사량을 정밀하게 제어할 수 있다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 접합된 한 쪽의 반도체 기판(33) 및 다른 쪽의 반도체 기판 (34)으로부터 조사거리 제어부(35)가 제거된 후, 게이트 절연막(5), 게이트 전극(6), 층간절연막(15), 에미터 전극(7) 및 콜렉터 전극(8)을 형성하여, 도 4의 IGBT(30)가 완성된다. 경이온선(18)을 조사하기 전에 콜렉터 전극(8)을 제외하는 게이트 절연막(5), 게이트 전극(6), 층간절연막(15) 및 에미터 전극(7)을 한 쪽의 반도체 기판(33)에 형성해도 좋다 .또한, 경이온선(18)의 강도 또는 조사거리 제어부(35)의 두께에 따라서는 방사선 감쇠 마스크(38)를 생략해도 좋다.
본 발명은 도 1 내지 도 7에 나타내는 실시형태에 한정되지 않고, 다른 형태 에 의해 실시 가능하다. 예를 들면, 도 1의 IGBT(20)를 도 5 내지 도 7에 나타내는 제법에 의해 형성해도 좋고, 도 4의 IGBT(30)를 도 2 및 도 3에 나타내는 제법에 의해 형성해도 좋다.
[산업상 이용가능성]
본 발명의 절연게이트형 바이폴라 트랜지스터는 파워 스위칭 소자로서 여러 가지의 전자기기에 양호하게 적용할 수 있다.
본 발명에 의하면, 순방향특성을 손상하지 않고, 내장하는 다이오드의 리커버리 특성을 향상하여, 신뢰성이 높고 또한 고성능의 절연게이트형 바이폴라 트랜지스터를 실현할 수 있다.

Claims (3)

  1. 제1 도전형을 갖는 콜렉터 영역, 제1 도전형과는 반대의 제2 도전형을 갖고 또한 상기 콜렉터 영역의 한 쪽의 주면에 형성된 제1 베이스 영역, 제1 도전형을 갖고 또한 상기 제1 베이스 영역에 인접하여 형성된 제2 베이스 영역, 제2 도전형을 갖고 또한 상기 제2 베이스 영역에 인접하여 형성된 에미터 영역을 구비하는 반도체 기체와,
    절연체를 통하여 상기 제2 베이스 영역으로부터 이간하여 형성된 게이트 전극과,
    상기 제2 베이스 영역 및 에미터 영역의 각 한 쪽의 주면에 형성된 에미터 전극과,
    상기 제1 베이스 영역과는 반대측의 상기 콜렉터 영역의 다른 쪽의 주면에 형성된 콜렉터 전극을 구비한 절연게이트형 바이폴라 트랜지스터에 있어서,
    상기 제1 베이스 영역과 동일한 도전형에 의해 상기 콜렉터 영역 내에 선택적으로 연장영역을 형성해서, 상기 제2 베이스 영역, 제1 베이스 영역 및 연장영역에 의해 다이오드를 형성하고,
    상기 제1 베이스 영역은 상기 제2 베이스 영역과 상기 콜렉터 전극과의 사이에 형성된 재결합영역을 구비하고,
    상기 재결합영역은 상기 제1 베이스 영역 내의 인접하는 상기 제2 베이스 영역의 사이 및 그 아래쪽에는 도달하지 않는 것을 특징으로 하는 절연게이트형 바이 폴라 트랜지스터.
  2. 제1 도전형을 갖는 콜렉터 영역, 제1 도전형과는 반대의 제2 도전형을 갖고 또한 상기 콜렉터 영역의 한 쪽의 주면에 형성된 버퍼영역, 제2 도전형을 갖고 또한 상기 버퍼영역의 한 쪽의 주면에 형성된 제1 베이스 영역, 제1 도전형을 갖고 또한 상기 제1 베이스 영역에 인접하여 형성된 제2 베이스 영역, 제2 도전형을 갖고 또한 상기 제2 베이스 영역에 인접하여 형성된 에미터 영역을 구비하는 반도체 기체와,
    절연체를 통하여 상기 제2 베이스 영역으로부터 이간하여 형성된 게이트 전극과,
    상기 제2 베이스 영역 및 에미터 영역의 각 한 쪽의 주면에 형성된 에미터 전극과,
    상기 버퍼영역과는 반대측의 상기 콜렉터 영역의 다른 쪽의 주면에 형성된 콜렉터 전극을 구비한 절연게이트형 바이폴라 트랜지스터에 있어서,
    상기 제1 베이스 영역 및 버퍼영역과 동일한 도전형에 의해 상기 콜렉터 영역 내에 선택적으로 연장영역을 형성해서, 상기 제2 베이스 영역, 제1 베이스 영역, 버퍼영역 및 연장영역에 의해 다이오드를 형성하고,
    상기 제1 베이스 영역은 상기 제2 베이스 영역과 상기 버퍼영역과의 사이에 형성된 재결합영역을 구비하고,
    상기 재결합영역은 상기 제1 베이스 영역 내의 인접하는 상기 제2 베이스 영 역의 사이 및 그 아래쪽에는 도달하지 않고,
    상기 버퍼영역은 상기 게이트 전극과 상기 콜렉터 전극과의 사이에 형성된 제2 재결합영역을 갖는 것을 특징으로 하는, 절연게이트형 바이폴라 트랜지스터.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 재결합영역은 상기 에미터 전극과 상기 제2 베이스 영역 및 에미터 영역을 접속하는 에미터 접속부와, 상기 콜렉터 전극과의 사이에 형성되는, 절연게이트형 바이폴라 트랜지스터.
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