JP2000058821A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JP2000058821A
JP2000058821A JP10225619A JP22561998A JP2000058821A JP 2000058821 A JP2000058821 A JP 2000058821A JP 10225619 A JP10225619 A JP 10225619A JP 22561998 A JP22561998 A JP 22561998A JP 2000058821 A JP2000058821 A JP 2000058821A
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JP
Japan
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diode
igbt
emitter
collector
cathode
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JP10225619A
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English (en)
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Shoichi Ozeki
正一 大関
Koichi Suda
晃一 須田
Tomoyuki Uchiumi
智之 内海
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Hitachi Ltd
Hitachi Power Semiconductor Device Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Hitachi Haramachi Electronics Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】IC化が容易なダイオード内蔵ラテラルIGB
Tを提供する。 【解決手段】ラテラルIGBTのチャネル拡散層とダイ
オードのアノードを共有し、IGBT内にダイオードのカソ
ード拡散層を設け、IGBTのコレクタ電極とダイオー
ドのカソード電極を半導体主表面で短絡する。 【効果】IGBTに並列逆接続の専用ダイオードが不要
となるので、IC集積化におけるチップサイズの縮小が
可能となり製造コストの低減が図れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ラテラルIGBT
及びダイオードを内蔵するパワーICなどの半導体装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、インダクタンス負荷を駆動するイ
ンバータ装置では主電源端子間の高圧側アームに第一の
電力用スイッチング素子を、低圧側に第二の電力用スイ
ッチング素子を各々配置し、これら第一,第二の電力用
スイッチング素子をトーテムポール接続構成としてい
る。近年、電力用スイッチング素子としては、高速性及
び低オン抵抗を兼ね備えた絶縁型バイポーラトランジス
タ(以下IBGTと称す)が使われている。従来のMO
Sトランジスタを電力用スイッチング素子として用いる
場合、MOSトランジスタに逆接続された寄生ダイオー
ドが内蔵されるため電力用スイッチング素子に並列逆接
続のダイオードは不要であった。しかし電力用スイッチ
ング素子をIGBTに置き換えた場合構造上ダイオード
が内蔵されていないため、IGBTに並列逆接続のダイ
オードを付加する必要が有る。この方式は、IGBTを
出力段としてこれを駆動する回路を内蔵するICでも同
様構成を有している。IGBTにダイオードを内蔵する
デバイスの提案は、特開昭61−15370号公報等に提案さ
れているが、いずれも縦型IGBTに関する構造であ
り、IGBTと駆動回路をパワーIC化することは配慮
されていない。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術の提案
は、ダイオード内蔵IGBTは縦型構造であり、ダイオ
ードのカソード電極及びIGBTコレクタ電極の取り出
しが、エミッタ側と対向する面となるため、同一半導体
表面からの取り出しが困難である。またエミッタ側と同
一面よりカソード電極を取り出し、エミッタ側と対向す
る面よりコレクタ電極を取り出し、各々の電極は外部配
線によって短絡する方式であり、同一半導体表面からの
取り出しが困難である。従って、従来技術は、ダイオー
ド内蔵のIGBTと駆動回路を集積化するICには適用でき
なかった。
【0004】本発明は、IGBT及びダイオードのIC
化が容易なダイオード内蔵型ラテラルIGBTを提供す
ることにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】ICとして構成するIG
BTは、コレクタ,エミッタをペレット表面より取り出
し駆動回路と接続するためラテラル構造となる。ラテラ
ルIGBTでは、コレクタとエミッタの接合がシリコン
の主表面に形成され、各々が対向する長方形のストライ
プ構造をなし、これらは必要電流能力を得るため複数列
配置し1つのIGBT素子を構成する。このIGBT素
子の最外部にIGBTのエミッタと対向してダイオード
のカソード拡散層を設け、ダイオードのカソードをIG
BTのコレクタに半導体主表面で接続することにより、
ダイオード内蔵型のラテラルIGBTが得られる。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明の実施例を図1,図2に示
し説明する。図1は本発明のラテラルIGBTの断面構造
(図2AA)を、図2はラテラルIGBTの平面構造を示
す。図1は誘電体分離基板上に形成されたラテラルIG
BTである。N型シリコン基板を表面2よりアルカリ異
方性のホトエッチ技術を用いて単結晶領域6,6′を形
成する。次に単結晶領域6と6′を分離するため酸化膜
4を成長させる。次に単結晶領域6と6′を支持するた
め3の多結晶シリコンを堆積させ、研削により多結晶シ
リコンを平坦化する。次に素子形成領域となる面を素子
分離の酸化膜4′が現れるまで研削して誘電体分離基板
が完成する。例えば単結晶領域6にはラテラルIGBTを、
6′等他の単結晶領域にはIGBTを駆動するドライブ
回路等を形成する。図1に示す15はIGBTのチャネ
ルを形成するP型拡散層、9はエミッタを形成するN+
のN型拡散層でありP型拡散層15とN型拡散層9はエ
ミッタ電極14によって短絡されている。11はポリシ
リコンのゲート電極、12はゲート酸化膜である。7は
コレクタを構成するP+ のP型拡散層、13はコレクタ
の電極である。これらコレクタ,エミッタはストライプ
形状を成し、各々の長さは略等しく、最外列にはコレク
タが配置されている。これらコレクタとエミッタを交互
に複数個櫛形に配置し、必要電流特性を得る。本発明の
ダイオードの形成は、エミッタに対向して最外列にダイ
オードのコレクタを設ける。15′はアノードを形成す
るP型拡散層でありIGBTのチャネル拡散層15と同
時に形成される。ダイオードのアノード構造は、IGB
Tのエミッタ構造でありダイオードとして動作するとき
は、15′層がダイオードのアノードとなる。14′は
アノード電極である。9′はカソードを形成するN型の
拡散層でありIGBTのエミッタ拡散層9と同時に形成
される。13′はカソード電極である。IGBTのエミ
ッタ電極14とダイオードのアノード電極14′、コレ
クタ電極13とカソード電極13′はそれぞれ短絡さ
れ、半導体主表面で各電極を取り出す(図2)。これに
よりダイオード内蔵型ラテラルIGBTが形成される。
【0007】図2はダイオード内蔵ラテラルIGBTの
平面構造を示す最外列にストライプ形状を有するダイオ
ードのカソードとアノードが配置され、カソード電極は
IGBTコレクタ電極とアノード電極はエミッタ電極と短絡
されている。ここでカソードと平行する辺をX、垂直方
向をYとする。ダイオードの特性はアノード,カソード
の対向する長さに比例する。従ってアノード,カソード
の対向長を調節することによりダイオード特性を任意に
変えることができる。一般にIGBTとこれに逆接続す
るダイオード及びIGBTを駆動する回路とを内蔵しI
C化する場合、IGBTの順電圧降下とダイオードの順
電圧降下は、それぞれの素子が動作したときに順電圧に
よる発生損失が同等になるよう設計する。従ってダイオ
ード内蔵のIGBTでは、X,Yを適当に選択すること
でIGBTとダイオードの順電圧降下を等しく設計でき
る。さらにX方向の長さを大きく取ればIGBTよりダ
イオードの順電圧降下を小さくできるのでダイオード動
作時の損失を小さくできる利点がある。また、IGBT
のコレクタ,エミッタ,ダイオードのアノード,カソー
ド電極を半導体表面より取り出せるので、容易に本ラテ
ラルIGBTと駆動回路を組み合わせたICが可能とな
り、かつIGBTに付加接続する専用ダイオードが不要
となるため、チップサイズの縮小,コストの低減が可能
となる。また、ダイオードのカソードに対向するエミッ
タ拡散層9は、15′と短絡されており削除しても同様
ダイオードとして働く。
【0008】図3に第2の実施例の平面構造を示す。図
2同様コレクタ,エミッタが櫛形に配置されており、最
外列はコレクタが形成され、その内側にエミッタが対向
している。内蔵ダイオードのカソードは、コレクタと垂
直方向であるY辺に沿ってN型拡散層9″を形成し、I
GBTのコレクタ電極と短絡する。アノード拡散層は、
カソード拡散層9″と垂直方向に対向するIGBTエミ
ッタのチャネル拡散層15と共有する。この場合ダイオ
ードとしては、IGBTエミッタのカソード対向側部分
が電流経路が一番短くなるためアノードとして働く。従
って、ダイオード特性は、IGBTのエミッタ列の本数
によって決定される。ダイオードの順電圧降下はX,Y
の比を適当に選択することでダイオードの順電圧降下を
任意に設計できる。
【0009】図4は図1の構造と図3の構造を合わせ持
った構造である。すなわちコレクタ及びエミッタの列の
最外列にダイオードの第一のカソード拡散層9′を設け
かつコレクタ及びエミッタの列と垂直方向の一辺に沿っ
てダイオードの第2のカソード層を設けた構造となって
いる。これによりX,Yを最適化する事でダイオードの
順電圧降下を最小にできる。
【0010】図5は第4の実施例を示す断面である。図
1の断面に対して埋め込み層5を追加したものである。
埋め込み層5は、アルカリ異方性のホトエッチ技術を用
いて単結晶領域6,6′を形成した後拡散技術により形
成する。埋め込み層5は、数十Ωのシート抵抗となるよ
う調整する。以降のプロセスは、図1と同様である。こ
の埋め込み層により単結晶領域の主表面1と対する側全
体をカソード領域とする事ができるので、ダイオードの
抵抗成分をさらに小さくできる効果がある。この埋め込
み層の適用は、第2,第3の実施例においても同様に適
用できる。
【0011】
【発明の効果】本発明によれば、ラテラルIGBTに逆
並列ダイオードを容易に内蔵でき、IGBTコレクタ,
エミッタ,ダイオオードのカソード,アノードの各々の
電極を半導体主表面で取り出すことができるため、本I
GBTとこれを駆動する回路とを組み合わせIC化が可
能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による一実施例を示す断面図である。
【図2】本発明による一実施例を示す平面図である。
【図3】本発明による他の実施例を示す平面図である。
【図4】本発明による他の実施例を示す平面図である。
【図5】本発明による他の実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
1…半導体主表面、2…1と相対する半導体表面、3…
多結晶シリコン、4,4′…酸化膜、5…N型埋め込み
層、6,6′…単結晶領域、7…P型拡散層、8…絶縁
膜、9,9′,9″…N型拡散層、11…ゲート電極、
12…ゲート酸化膜、13…コレクタ電極、13′…カ
ソード電極、14…エミッタ電極、14′…アノード電
極、15,15′…P型拡散層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 須田 晃一 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 内海 智之 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内 Fターム(参考) 5F040 DB06 DC01 EB12 EB14 EC17 FC21

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板表面よりコレクタ電極を取り出
    すラテラルIGBTとこれを駆動する回路とが集積さ
    れ、ラテラルIGBTに並列逆接続のダイオードを内蔵
    することを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】請求項1において、ラテラルIGBTは、
    誘電体分離基板により分離された単結晶領域に形成さ
    れ、コレクタ及びエミッタの各々がストライプ構造で対
    向し、コレクタ及びエミッタのペアが複数個配列され、
    配列の最外部にIGBTのエミッタに対向して、エミッ
    タと略同じ長さを有するストライプ形状のダイオードカ
    ソード拡散層を配置し、ダイオードのカソードを取り出
    す電極とIGBTのコレクタを取り出す電極を半導体主
    表面で短絡したことを特徴とする半導体装置。
  3. 【請求項3】請求項1において、ラテラルIGBTは、
    誘電体分離基板により分離された単結晶領域に形成さ
    れ、コレクタ及びエミッタの各々がストライプ構造で対
    向し、コレクタ及びエミッタのペアが複数列配置され、
    配列に対して垂直となる一方向に沿ってダイオードのカ
    ソードとなる拡散層を設け、カソードを取り出す電極と
    IGBTのコレクタを取り出す電極を半導体主表面で短
    絡したことを特徴とする半導体装置。
  4. 【請求項4】請求項1において、ラテラルIGBTは、
    誘電体分離基板により分離された単結晶領域に形成さ
    れ、コレクタ及びエミッタの各々がストライプ構造で対
    向し、コレクタ及びエミッタのペアが複数個配列され、
    配列の最外部にIGBTのエミッタに対向して、エミッ
    タと略同じ長さを有するストライプ形状のダイオードカ
    ソード拡散層を配置し、かつ前記配列に対して垂直とな
    る一方向に沿ってダイオードの第二のカソードとなる拡
    散層を設け、第一,第二のカソードを取り出す電極とI
    GBTのコレクタを取り出す電極を半導体表面で短絡し
    たことを特徴とする半導体装置。
  5. 【請求項5】請求項1において、ラテラルIGBTは、
    誘電体分離基板に形成され、素子を形成する主表面とは
    反対方向の面に沿ってダイオードのカソード拡散層と同
    じ導電型の拡散層を設け、ダイオードのカソード拡散層
    面積を増加させたことを特徴とする半導体装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007087984A (ja) * 2005-09-20 2007-04-05 Hitachi Ltd 横型絶縁ゲートバイポーラトランジスタ
JP2010225962A (ja) * 2009-03-25 2010-10-07 Toshiba Corp 半導体装置

Cited By (3)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007087984A (ja) * 2005-09-20 2007-04-05 Hitachi Ltd 横型絶縁ゲートバイポーラトランジスタ
KR100803264B1 (ko) 2005-09-20 2008-02-14 가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼 횡형 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터
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