JP2000349284A - Insulated gate semiconductor element - Google Patents

Insulated gate semiconductor element

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JP2000349284A
JP2000349284A JP11157312A JP15731299A JP2000349284A JP 2000349284 A JP2000349284 A JP 2000349284A JP 11157312 A JP11157312 A JP 11157312A JP 15731299 A JP15731299 A JP 15731299A JP 2000349284 A JP2000349284 A JP 2000349284A
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年生 村田
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佐智子 河路
Masayasu Ishiko
雅康 石子
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an insulated gate semiconductor element which is improved in latch-up resistance and withstand voltage, and is lowered in on-voltage. SOLUTION: An insulated gate semiconductor element is constituted, in such a way that gate electrodes 13a and 13b accompanying insulating films 14a and 14b are arranged in an n--type base region 12 so as to narrow the carrier diffusing flow passage. Then n+-type emitter regions 15a and 15b are arranged on the upper side outer end sections of electrically insulating films 14a and 14b. In addition, a p-type base region 16 is formed in so that the central part of the region 16 has a thickness, which is sufficient to withstand high voltage and the end sections of the region 16 have smaller thicknesses, and the region 16 is joined to the emitter region 15a and 15b. When the semiconductor element is constituted in such a structure, the breakdown voltage of the element can be increased, and at the same time, the potential rise in the base region 16 is suppressed. Namely, the action of a parasitic transistor is suppressed, and the latch-up resistance of the element is improved. Moreover, the concentration of carriers in the vicinity of the narrowed flow passage is increased and the on voltage of the element is reduced by electrical conductivity modulating effect.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ゲート電極に電圧
を与える事によって他の両極間を流れる電流を制御する
半導体素子に関する。特に、高ラッチアップ耐量化およ
び低オン電圧化を目的とした絶縁ゲート形半導体素子の
構造に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device for controlling a current flowing between two other electrodes by applying a voltage to a gate electrode. In particular, the present invention relates to a structure of an insulated gate semiconductor device for the purpose of achieving high latch-up resistance and low on-voltage.

【0002】[0002]

【従来の技術】絶縁ゲート形トランジスタは、ゲート電
圧による電界効果によって、半導体の電気伝導度を変化
させ、ゲート領域の両端に設けられた他の領域間を流れ
る電流を制御するものである。例えば、電力用としては
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)が知
られている。IGBTは、十数ボルトの制御電圧で数十
アンペアの電流を制御するものである。しかしながら、
大電流を流すと内部構造上、後述する寄生トランジスタ
が作動しラッチアップ状態となる。そのため、従来から
高ラッチアップ耐量と低オン電圧が要求されている。例
えば、高ラッチ耐量化および低オン電圧化を考慮した半
導体素子としては、縦形IGBTがある。また、ほぼ同
等の構造を持ちトレンチ構造のゲート電極を特徴とした
半導体装置(特開平1−198076)がある。
2. Description of the Related Art An insulated gate transistor changes the electric conductivity of a semiconductor by an electric field effect of a gate voltage and controls a current flowing between other regions provided at both ends of a gate region. For example, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) is known for electric power. The IGBT controls a current of several tens of amps with a control voltage of tens of volts. However,
When a large current flows, a parasitic transistor described below operates due to the internal structure, and a latch-up state is brought about. Therefore, conventionally, a high latch-up withstand voltage and a low on-state voltage have been required. For example, there is a vertical IGBT as a semiconductor element in consideration of high latching resistance and low on-voltage. In addition, there is a semiconductor device (JP-A-1-198076) having substantially the same structure and featuring a gate electrode having a trench structure.

【0003】従来の縦型IGBTの構造を図14に示
す。その等価回路は図3と同一である。縦型IGBT
は、p+ 形不純物がドープされたシリコン基板をコレク
タ領域70とし、その上にエピタキシャル成長技術、リ
ソグラフィ技術、イオン注入技術、拡散技術、エッチン
グ技術等の所謂プレーナー技術によって順次形成され
た、n+ 形バッファ領域71、n- 形ベース領域72、
p形ベース領域73、n+ 形エミッタ領域74、p+
エミッタ領域80、絶縁ゲート膜76およびCVD(Ch
emical Vapor Deposition )等によって形成されたゲー
ト電極75、エミッタ電極77、コレクタ電極78から
構成される。尚、n形バッファ領域71は形成しなくて
もよい場合もある。
FIG. 14 shows a structure of a conventional vertical IGBT. Its equivalent circuit is the same as FIG. Vertical IGBT
Is a silicon substrate doped with p + -type impurities as a collector region 70, on which an n + -type silicon substrate is sequentially formed by a so-called planar technology such as an epitaxial growth technology, a lithography technology, an ion implantation technology, a diffusion technology, and an etching technology. buffer region 71, n - -type base region 72,
p-type base region 73, n + -type emitter region 74, p + -type emitter region 80, insulated gate film 76, and CVD (Ch
The gate electrode 75, the emitter electrode 77 and the collector electrode 78 are formed by emical vapor deposition. In some cases, the n-type buffer region 71 does not need to be formed.

【0004】図14と図3を参照すれば、この素子にお
いてはn+ 形エミッタ領域74,p形ベース領域73,
- 形ベース領域72で電界効果形トランジスタ(Tr
1)が形成され、p形ベース領域73,n- 形ベース領
域72,p+ 形コレクタ領域70でバイポーラトランジ
スタ(Tr2)が形成される。Tr1を制御することに
よって、Tr2に流れる電流を制御する構造であるが、
+ 形エミッタ領域74,p形ベース領域73,n-
ベース領域72とで形成されるバイポーラトタンジスタ
(Tr3)が寄生する構造ともなっている。
Referring to FIGS. 14 and 3, in this device, an n + -type emitter region 74, a p-type base region 73,
n - field effect transistor in the form the base region 72 (Tr
1) is formed, and the p-type base region 73, the n -type base region 72, and the p + -type collector region 70 form a bipolar transistor (Tr2). This is a structure that controls the current flowing through Tr2 by controlling Tr1.
The bipolar transistor (Tr3) formed by the n + -type emitter region 74, the p-type base region 73, and the n -type base region 72 has a parasitic structure.

【0005】エミッタ電極77を接地とし、コレクタ電
極78に例えば数百Vの正電圧を、ゲート電極75に数
V〜十数Vの正電圧を印可すると、まず図3に示す電界
効果形トランジスタ(Tr1)がONし、n- 形ベース
領域72に電子が流れ込む。これにより、p+ 形コレク
タ領域からn- 形ベース領域72へホールが注入され、
高比抵抗のn- 形ベース領域72の電子濃度とホール濃
度を等しく増大させる伝導度変調効果が発生する。IG
BTは、この伝導度変調効果により、オン電圧の低減を
可能とした素子である。そのスイッチング速度は、パワ
ートランジスタより1桁早く、その電流容量は、MOS
トランジスタより1桁〜2桁大きいことを特徴とする。
そして、そのスイッチング速度が速いことから、近年ま
すますその電流の大容量化が求められている。
When a positive voltage of, for example, several hundred volts is applied to the collector electrode 78 and a positive voltage of several volts to tens of volts is applied to the gate electrode 75, the field effect transistor shown in FIG. Tr1) is turned on, and electrons flow into the n -type base region 72. As a result, holes are injected from the p + type collector region into the n − type base region 72,
A conductivity modulation effect occurs in which the electron concentration and the hole concentration in the high resistivity n -type base region 72 are increased equally. IG
The BT is an element that can reduce the ON voltage by the conductivity modulation effect. Its switching speed is one order of magnitude faster than power transistors, and its current capacity is MOS
It is one to two orders of magnitude larger than a transistor.
Since the switching speed is high, it is increasingly required in recent years to increase the current capacity.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、IGB
Tには上述したように、n+ エミッタ領域74,p形ベ
ース領域73,n- 形ベース領域72からなるnpn形
寄生トランジスタTr3が存在する。Tr2に大電流を
流すと、即ちn- 形ベース領域72からp+ エミッタ領
域80に大電流を流すと、p+ エミッタ領域80に抵抗
Rpがあるため、エミッタ電極77とp形ベース領域7
3にΔV(=I・Rp)の電位差が発生することにな
る。このΔVが閾値電圧(約0.7V)を越えるとTr
3がON状態となる。すなわち、図3で示すTr2とT
r3からなる寄生サイリスタがON状態となり常時電流
が流れ、ゲート電圧では、このIGBTを制御できなく
なるという問題があった(ラッチアップ状態)。
However, IGB
As described above, T has an npn-type parasitic transistor Tr3 including an n + emitter region 74, a p-type base region 73, and an n -type base region 72. When a large current flows to tr2, i.e. the n - type base from the area 72 when a large current flows to the p + emitter region 80, because of the resistance Rp on the p + emitter region 80, the emitter electrode 77 and the p-type base region 7
3, a potential difference of ΔV (= I · Rp) occurs. When this ΔV exceeds a threshold voltage (about 0.7 V), Tr
3 is turned on. That is, Tr2 and T shown in FIG.
There is a problem that the thyristor composed of r3 is turned on, current always flows, and the IGBT cannot be controlled with the gate voltage (latch-up state).

【0007】そこで従来例では、不純物濃度をさらに高
くしたp+エミッタ領域80を設けて抵抗値Rpを下げ
たり、場合によってはp+ エミッタ領域80を取り除
き、代わりにトレンチ構造の電極とし(例えば、特開平
1−198076)、直接p形ベース領域73に電極を
接合させて、ラッチアップを回避する工夫がなされてい
た。しかしながら、従来例のようにp形ベース領域73
とn+ エミッタ領域74によるpn接合面にホール電流
が注入されやすい構造をとっている以上、より大きい電
流が流れるとp形ベース領域73の電位が上昇して以前
と同様に寄生サイリスタがON状態となり、さらなる高
ラッチアップ耐量化は実現されるものではなかった。
Therefore, in the conventional example, the resistance value Rp is reduced by providing a p + emitter region 80 with an even higher impurity concentration, or in some cases, the p + emitter region 80 is removed and replaced with a trench structure electrode (for example, Unexamined Japanese Patent Publication (Kokai) No. 1-198076), a method has been devised in which an electrode is directly joined to the p-type base region 73 to avoid latch-up. However, as in the conventional example, the p-type base region 73
And a structure in which a hole current is easily injected into the pn junction surface by the n + emitter region 74. When a larger current flows, the potential of the p-type base region 73 rises and the parasitic thyristor is turned on as before. Thus, higher latch-up withstand capability was not realized.

【0008】また、ゲート電極75間を狭めれば、p+
形コレクタ領域70から注入されたホールをn- 形ベー
ス領域72に蓄積して伝導度変調効果を向上させ、その
結果オン電圧を低減させることができる。しかしなが
ら、上記n+ エミッタ領域74,p形ベース領域73、
+ エミッタ領域80を上記ゲート電極間に形成する従
来の構成では、その狭間隙化にも限界がある。即ち、低
オン電圧化にも限界があった。
If the space between the gate electrodes 75 is reduced, p +
The holes injected from the collector region 70 are accumulated in the n base region 72 to improve the conductivity modulation effect, and as a result, the on-voltage can be reduced. However, the n + emitter region 74, the p-type base region 73,
In the conventional configuration in which the p + emitter region 80 is formed between the gate electrodes, there is a limit in narrowing the gap. That is, there is a limit in reducing the on-state voltage.

【0009】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたものでありその目的は、絶縁ゲート形半導体素子
とくにIGBTにおいて、n+ エミッタ領域とゲート電
極およびp形ベース領域の位置関係によって、およびn
+ エミッタ領域とp形ベース領域の接合形状によって、
ホール電流の流れ方を抑制して高ラッチアップ耐量、低
オン電圧および高耐圧に優れた絶縁ゲート形半導体素子
を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide an insulated gate semiconductor device, particularly an IGBT, with a positional relationship between an n + emitter region, a gate electrode, and a p-type base region. And n
+ Depending on the junction shape between the emitter region and p-type base region,
An object of the present invention is to provide an insulated gate semiconductor device which suppresses the flow of a hole current and is excellent in high latch-up withstand voltage, low on-voltage and high withstand voltage.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、請求項1に記載の絶縁ゲート形半導体素子は、絶縁
ゲート形半導体素子であって、第1伝導形キャリアおよ
び第2伝導形キャリアの流路側面に電気的絶縁膜を伴っ
たゲート電極を設け、ゲート電圧によってコレクタ電極
から第2伝導形コレクタ領域、第1伝導形ベース領域、
第2伝導形ベース領域、エミッタ電極の経路で流れる電
流を制御する絶縁ゲート形半導体素子であって、その電
気的絶縁膜を伴ったゲート電極はエミッタ電極に近い領
域において上記キャリアの流路を狭めるように所定の形
状で所定の深さに形成され、第1伝導形エミッタ領域を
エミッタ電極と対面するゲート電極の電気的絶縁膜上に
エミッタ電極と第2伝導形ベース領域に接合して形成す
るとともに、第1伝導形エミッタ領域の厚さは、第2伝
導形ベース領域の中央部における厚さ以下であることを
特徴とする。
In order to achieve this object, an insulated gate semiconductor device according to claim 1 is an insulated gate semiconductor device, comprising a first conductivity type carrier and a second conductivity type carrier. A gate electrode provided with an electrically insulating film on a side surface of the flow path, and a collector region, a second conductivity type base region, a first conductivity type base region,
An insulated gate semiconductor device for controlling a current flowing through a path of a second conductivity type base region and an emitter electrode, wherein the gate electrode with an electrically insulating film narrows the flow path of the carrier in a region near the emitter electrode. The first conductive type emitter region is formed in a predetermined shape and at a predetermined depth, and is formed by joining the emitter electrode and the second conductive type base region on the electrical insulating film of the gate electrode facing the emitter electrode. In addition, the thickness of the first conductivity type emitter region is not more than the thickness at the center of the second conductivity type base region.

【0011】また、請求項2に記載の絶縁ゲート形半導
体素子は、第2伝導形ベース領域がその端部において段
差あるいはテーパ形状に形成され第1伝導形エミッタ領
域と接合されることを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the insulated gate semiconductor device, the second conductivity type base region is formed in a stepped or tapered shape at an end thereof and is joined to the first conductivity type emitter region. I do.

【0012】また、請求項3に記載の絶縁ゲート形半導
体素子は、第1伝導形ベース領域の第2伝導形ベース領
域との接合付近に、コレクタ領域から注入された第2伝
導形キャリアの第2伝導形ベース領域へ至る経路を狭く
するよう電気的絶縁領域を形成したことを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, there is provided an insulated gate semiconductor device, wherein the first conductive type base region has a second conductive type carrier injected from the collector region near the junction with the second conductive type base region. An electrically insulating region is formed so as to narrow a path leading to the two-conduction type base region.

【0013】[0013]

【作用および発明の効果】請求項1に記載の絶縁ゲート
形半導体素子は、電気的絶縁膜を伴ったゲート電極が、
エミッタ電極に近い領域において第1伝導形キャリアお
よび第2伝導形キャリアの流路を狭めるように所定の形
状で所定の深さに形成されている。そして、第2伝導形
コレクタ領域から第1伝導形ベース領域へ注入された第
2伝導形キャリアが第2伝導形ベース領域への拡散時
に、第1伝導形エミッタ領域への到達が困難となり、エ
ミッタ電極への到達が容易になるように、第1伝導形エ
ミッタ領域をエミッタ電極と対面するゲート電極の電気
的絶縁膜上にエミッタ電極と第2伝導形ベース領域に接
合して形成されている。また、その第1伝導形エミッタ
領域の電流方向への厚さが第2伝導形ベース領域の厚さ
以下に設定されている。
In the insulated gate semiconductor device according to the first aspect, the gate electrode with the electrically insulating film is
In a region near the emitter electrode, the carrier is formed in a predetermined shape and a predetermined depth so as to narrow the flow path of the first conductivity type carrier and the second conductivity type carrier. When the second conductivity type carriers injected from the second conductivity type collector region into the first conductivity type base region diffuse into the second conductivity type base region, it is difficult to reach the first conductivity type emitter region, and the emitter becomes difficult to reach. The first conductivity type emitter region is formed on the electrical insulating film of the gate electrode facing the emitter electrode and joined to the emitter electrode and the second conductivity type base region so as to easily reach the electrode. The thickness of the first conductivity type emitter region in the current direction is set to be equal to or less than the thickness of the second conductivity type base region.

【0014】上記ゲート電極に電圧を印可すると、まず
第1伝導形エミッタ領域、第2伝導形ベース領域、第1
伝導形ベース領域から構成される電界効果形トランジス
タがONされ、第1伝導形エミッタ領域から第1伝導形
キャリヤが第2伝導形ベース領域に注入される。それに
伴って、上記第2伝導形コレクタ領域から第1伝導形ベ
ース領域に第2伝導形キャリアが注入され、この第1伝
導形ベース領域内に拡散する。拡散した第2伝導形キャ
リアは電気的絶縁膜を伴った上記ゲート電極によって狭
められた流路を通過し、拡散の位置および方向が制限さ
れる。
When a voltage is applied to the gate electrode, first, a first conductivity type emitter region, a second conductivity type base region,
The field effect transistor formed of the conduction type base region is turned on, and the first conduction type carrier is injected from the first conduction type emitter region into the second conduction type base region. Accordingly, carriers of the second conductivity type are injected from the collector region of the second conductivity type into the base region of the first conductivity type, and diffuse into the base region of the first conductivity type. The diffused carriers of the second conductivity type pass through the channel narrowed by the gate electrode with the electric insulating film, and the position and direction of diffusion are restricted.

【0015】一方、第1伝導形エミッタ領域、第2伝導
形ベース領域および第1伝導形ベース領域は寄生トラン
ジスタを構成する。この寄生トランジスタのエミッタと
もなる第1伝導形エミッタ領域は、この拡散流から離れ
た箇所、すなわちエミッタ電極側と対面するゲート電極
の電気的絶縁膜上に形成されている。従って、この制限
を受けた少数キャリヤは、第1伝導形エミッタ領域には
ほとんど流れず、大多数は直接エミッタ電極へ流入す
る。即ち、寄生トランジスタのベースである第2伝導形
ベース領域の電位は上昇することはない。即ち、所定の
最大電流値内では寄生トランジスタはONすることはな
い。よって、高ラッチアップ化が実現される。
On the other hand, the first conduction type emitter region, the second conduction type base region and the first conduction type base region constitute a parasitic transistor. The first conductivity type emitter region also serving as the emitter of the parasitic transistor is formed at a position distant from the diffusion flow, that is, on the electrical insulating film of the gate electrode facing the emitter electrode side. Therefore, the minority carriers subject to this limitation hardly flow into the first conductivity type emitter region, and the majority flow directly into the emitter electrode. That is, the potential of the second conductivity type base region that is the base of the parasitic transistor does not rise. That is, the parasitic transistor does not turn on within the predetermined maximum current value. Therefore, high latch-up is realized.

【0016】さらにこの時、第1伝導形エミッタ領域の
電流方向への厚さは上記第2伝導形ベース領域の厚さ以
下に設定するのが望ましい。第1伝導形エミッタ領域の
電流方向への厚さを薄くすればその抵抗成分も小さくな
り、第1伝導形キャリアによる第2伝導形ベース領域の
電位上昇が抑制される。よって、より大電流化が可能と
なる。換言すれば、オン電圧をより低減することができ
る。
At this time, it is desirable that the thickness of the first conductivity type emitter region in the current direction is set to be equal to or less than the thickness of the second conductivity type base region. When the thickness of the first conductivity type emitter region in the current direction is reduced, the resistance component is also reduced, and the potential increase of the second conductivity type base region due to the first conductivity type carrier is suppressed. Therefore, a larger current can be achieved. In other words, the ON voltage can be further reduced.

【0017】また、電気的絶縁膜を伴ったゲート電極に
より流路を狭められることにより、第1伝導形ベース領
域におけるこの流路内の第2伝導形キャリアの密度が高
まるので、第1伝導形ベース領域内のエミッタ電極に近
い領域の伝導度変調効果も高まり、実質的にオン電圧を
低減することができる。
Further, since the flow path is narrowed by the gate electrode with the electrically insulating film, the density of the second conductive type carrier in the flow path in the first conductive type base region is increased. The conductivity modulation effect in the region near the emitter electrode in the base region is also increased, and the on-voltage can be substantially reduced.

【0018】また、請求項2に記載の絶縁ゲート形半導
体素子は、第2伝導形ベース領域がその端部において段
差あるいはテーパ形状に形成され第1伝導形エミッタ領
域と等しい厚さで接合されている。第1伝導形ベース領
域から第2伝導形ベース領域に拡散した第2伝導形キャ
リアは、大部分はエミッタ電極に向かうが一部は、第1
伝導形エミッタ領域に向かう。この時、第2伝導形ベー
ス領域の厚さは一様ではなく、その端部において段差形
状あるいはテーパ形状に形成されている。即ち、エミッ
タ電極が第2伝導形キャリアの経路を狭めるように形成
されている。従って、第1伝導形エミッタ領域に向かう
上記キャリアは途中でそのエミッタ電極に吸収される。
換言すれば、第2伝導形ベース領域と第1伝導形エミッ
タ領域間の抵抗が低減される。即ち、第2伝導形キャリ
アによる第2伝導形ベース領域の電位上昇が抑制され
る。よって、同上の理由によりラッチアップ耐量が向上
せられ、さらに大電流化が可能となる。また、第2伝導
形ベース領域を厚くすることができるので、高耐圧とす
ることができる。これにより、高耐圧で高ラッチアップ
耐量を実現する絶縁ゲート形半導体素子となる。
According to a second aspect of the present invention, in the insulated gate semiconductor device, the second conductivity type base region is formed in a stepped or tapered shape at its end, and is joined with the same thickness as the first conductivity type emitter region. I have. Most of the second conductivity type carriers diffused from the first conductivity type base region to the second conductivity type base region are directed to the emitter electrode, but part of the carriers are directed to the first conductivity type base region.
To the conduction type emitter region. At this time, the thickness of the second conductivity type base region is not uniform, and is formed in a stepped or tapered shape at its end. That is, the emitter electrode is formed so as to narrow the path of the second conductivity type carrier. Therefore, the carrier heading for the first conductivity type emitter region is absorbed by the emitter electrode on the way.
In other words, the resistance between the second conductivity type base region and the first conductivity type emitter region is reduced. That is, the potential increase of the second conductivity type base region due to the second conductivity type carrier is suppressed. Therefore, for the same reason, the latch-up withstand capability is improved, and the current can be further increased. In addition, since the second conductivity type base region can be made thick, a high breakdown voltage can be achieved. As a result, an insulated gate semiconductor device having a high withstand voltage and a high latch-up withstand capability is obtained.

【0019】また、請求項3に記載の絶縁ゲート形半導
体素子は、第1伝導形ベース領域の第2伝導形ベース領
域との接合付近に、コレクタ領域から注入された第2伝
導形キャリアが第2伝導形ベース領域へ至る経路を狭く
する電気的絶縁領域を形成している。電気的絶縁領域
が、ゲート電極によって狭められた第1伝導形ベース領
域の第2伝導形キャリアの流路内に形成されているの
で、コレクタ領域から注入された少数キャリアである第
2伝導形キャリアは第1伝導形ベース領域である高抵抗
ベース領域内に蓄積され、その濃度が向上する。エミッ
タ領域に近い領域の高抵抗ベース領域内において、少数
キャリアの濃度が向上する結果、伝導度変調度が高くな
り、結果的にオン電圧が低下される。従って、請求項1
記載の絶縁ゲート形半導体素子と同様、ラッチアップ耐
量の高度化が保持されるとともに、さらなる低オン電圧
化が実現できる。尚、上記の説明において、第1伝導形
をn形とすれば第1伝導形キャリアは電子、第2伝導形
はp形、第2伝導形キャリアはホールである。逆に、第
1伝導形をp形とすれば、第1伝導形キャリアはホー
ル、第2伝導形はn形、第2伝導形キャリアは電子であ
る。
According to a third aspect of the present invention, in the insulated gate semiconductor device, the second conductivity type carrier injected from the collector region is located near the junction of the first conductivity type base region with the second conductivity type base region. An electrically insulating region that narrows the path to the two-conductivity base region is formed. Since the electrically insulating region is formed in the flow path of the second conductivity type carrier in the first conductivity type base region narrowed by the gate electrode, the second conductivity type carrier which is a minority carrier injected from the collector region Is accumulated in the high-resistance base region, which is the first conductivity type base region, and its concentration is improved. In the high-resistance base region near the emitter region, the concentration of minority carriers is improved, so that the conductivity modulation is increased, and as a result, the on-voltage is reduced. Therefore, claim 1
As in the case of the insulated gate semiconductor device described above, the enhancement of the latch-up withstand capability is maintained, and further lowering of the on-state voltage can be realized. In the above description, if the first conductivity type is n-type, the first conductivity type carrier is an electron, the second conductivity type is a p-type, and the second conductivity type carrier is a hole. Conversely, if the first conductivity type is p-type, the first conductivity type carrier is a hole, the second conductivity type is an n-type, and the second conductivity type carrier is an electron.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的な実施例に
基づいて説明する。尚、本発明は下記実施例に限定され
るものではない。 第1実施例 以下の説明では、第1伝導形はn形、第1伝導形キャリ
アは電子、第2伝導形はp形、第2伝導形キャリアはホ
ールである。図1に、本発明によるIGBTの第1実施
例を示す。図は、セル構造を示す断面図である。本実施
例の絶縁ゲート形半導体素子は、p+ 形コレクタ領域1
0の上にn+ 形バッファ領域11を、そのn+ 形バッフ
ァ領域11の上に高抵抗領域であるn- ベース領域12
を有している。また、そのセルピッチwは、約4μmで
ある。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described based on specific embodiments. The present invention is not limited to the following examples. First Embodiment In the following description, the first conductivity type is an n-type, the first conductivity type carrier is an electron, the second conductivity type is a p-type, and the second conductivity type carrier is a hole. FIG. 1 shows a first embodiment of the IGBT according to the present invention. The figure is a sectional view showing the cell structure. The insulated gate semiconductor device of this embodiment has a p + -type collector region 1.
The n + -type buffer region 11 on the 0, the high resistance region is formed on the n + -type buffer region 11 n - base region 12
have. The cell pitch w is about 4 μm.

【0021】更に、n- ベース領域12の上部両側面に
は電気的絶縁膜14a,14bを伴ったゲート電極13
a,13bを有し、両電極はキャリアの流路を狭めるよ
うにn- ベース領域12中に電極間距離Lを伴って形成
されている。また、電気的絶縁膜14a、14bの一部
とn- 形ベース領域12上に密着してp形ベース領域1
6を有し、その両側の電気的絶縁膜14a,14b上に
n+形エミッタ領域15a、15bを有している。この
時、p形ベース領域16の端部は、段差を有してn+形
エミッタ領域15a、15bに接合されている。さら
に、そのn+ 形エミッタ領域15a、15bおよび隣接
したp形ベース領域16上にはエミッタ電極18が、p
+ コレクタ領域10にはコレクタ電極19が形成されて
いる。本実施例の絶縁ゲート形半導体素子は、このよう
な構造となっている。
Further, a gate electrode 13 with electric insulating films 14a and 14b is provided on both upper side surfaces of the n - base region 12.
a and 13b, and both electrodes are formed with a distance L between the electrodes in the n base region 12 so as to narrow the flow path of the carrier. Further, the p-type base region 1 is in close contact with a part of the electrical insulating films 14a and 14b and the n -type base region 12.
And n + -type emitter regions 15a and 15b on the electrical insulating films 14a and 14b on both sides. At this time, the end of the p-type base region 16 is joined to the n + -type emitter regions 15a and 15b with a step. Further, an emitter electrode 18 is formed on the n + -type emitter regions 15a, 15b and the adjacent p-type base region 16,
+ Collector electrode 19 is formed in collector region 10. The insulated gate semiconductor device of this embodiment has such a structure.

【0022】図2に上記絶縁ゲート形半導体素子の製造
方法を示す。上記構造は、リソグラフィ技術、固相エピ
タキシャル技術を中心としたプレーナー技術によって作
製される。本実施例では、以下の(a)〜(d)の4工
程に分けられる。尚、図2は製造工程の主要部分を示し
たものであり、図示されない箇所は図1と同様である。
工程(a)では、先ず図1に示すp+ シリコン基板のp
+ コレクタ領域10上に、例えば厚さ15μmのn + エピ
タキシャル層11を形成する。次に、このn +エピタキ
シャル層11上に例えば厚さ60μmのn - エピタキシャ
ル層を形成し、n- 形ベース領域12を形成する(図
2)。この時のn- 形ベース領域12の不純物濃度は1
×1014 /cm3 である。次いで、この状態で熱処理
をする。これにより、n- 形ベース領域12の表面に例
えば厚さ100nmのシリコン酸化膜が形成される。シ
リコン酸化膜は後述する電気的絶縁膜14bの一部とな
る。その後、厚さ例えば200nmのリンドープの多結
晶Si,及び100nmのシリコン酸化膜を順次堆積さ
せ、パターニング技術およびエッチング技術により中央
部を削除する。これにより、上下が電気的絶縁膜14
a,14bに挟まれたゲート電極13a、13bが形成
される(図2(a) ) 。
FIG. 2 shows a method for manufacturing the insulated gate semiconductor device. The above structure is manufactured by a planar technology centering on a lithography technology and a solid phase epitaxial technology. In this embodiment, the process is divided into the following four steps (a) to (d). FIG. 2 shows a main part of the manufacturing process, and portions not shown are the same as those in FIG.
In step (a), first, the p + silicon substrate shown in FIG.
On the + collector region 10, for example, an n + epitaxial layer 11 having a thickness of 15 μm is formed. Next, an n epitaxial layer having a thickness of, for example, 60 μm is formed on the n + epitaxial layer 11, and an n base region 12 is formed (FIG. 2). At this time, the impurity concentration of n -type base region 12 is 1
× 10 14 / cm 3 . Next, heat treatment is performed in this state. Thereby, a silicon oxide film having a thickness of, for example, 100 nm is formed on the surface of n -type base region 12. The silicon oxide film becomes a part of an electrical insulating film 14b described later. Thereafter, phosphorus-doped polycrystalline Si having a thickness of, for example, 200 nm and a silicon oxide film having a thickness of 100 nm are sequentially deposited, and the central portion is removed by a patterning technique and an etching technique. As a result, the upper and lower portions are electrically insulating films 14.
Gate electrodes 13a and 13b sandwiched between the gate electrodes 13a and 14b are formed (FIG. 2A).

【0023】次に、工程(b)ではこの基板上にシリコ
ン酸化膜等を50〜200nm堆積させる。次いで、R
IE(Reactive lon Etching)によりゲート電極13a,
13bの側壁にシリコン酸化膜を形成し、電気的絶縁膜
としてのサイドウォール14cを形成する( 図2(b) )
。次いで、工程(c)に移る。尚、電気的絶縁膜14
a、14b、14cの厚さは、共に約約0.1μmであ
る。
Next, in step (b), a silicon oxide film or the like is deposited on this substrate to a thickness of 50 to 200 nm. Then, R
The gate electrode 13a, IE (Reactive lon Etching)
A silicon oxide film is formed on the side wall 13b, and a side wall 14c is formed as an electrical insulating film (FIG. 2B).
. Next, the process proceeds to step (c). Note that the electrical insulating film 14
The thickness of each of a, 14b and 14c is about 0.1 μm.

【0024】工程(c)では、この後、例えば厚さ1μ
mのアモルファスSiをCVD等により形成し、SPE
(Solid Phase Epitaxy) 技術等により単結晶Si層16A
を形成する。その後、この単結晶Si層16Aを例えばR
IEにより厚さ0 .5 μmまで薄くする( 図2(c) ) 。
次いで、工程(d)に移る。
In the step (c), thereafter, for example, the thickness of 1 μm
m amorphous Si by CVD or the like, and SPE
(Solid Phase Epitaxy) Single crystal Si layer 16A by technology etc.
To form Then, this single-crystal Si layer 16A is
According to IE, the thickness is 0. Reduce the thickness to 5 μm (Fig. 2 (c)).
Next, the process proceeds to step (d).

【0025】工程(d)では、レジストパターン技術と
イオン注入技術等により、中央部に例えばボロンをイオ
ン注入しpベース領域16を形成する。さらに、両側端
部に例えばリンをイオン注入してn+ エミッタ領域15
a、15bを形成する。そして、熱拡散等により所望の
不純物プロファイルが得られるようにする。その後、上
述のRIE技術等によりn+ 形エミッタ領域15a、1
5b領域を所定の厚さ、例えば厚さ約0.3μmまでエ
ッチングする。この時の、n+ 形エミッタ領域15a、
15bの不純物表面濃度は1×1020/cm3 である。
このようにして絶縁ゲート形半導体素子の基本構造を作
製する。( 図2(d) ) 。尚、工程(d)のエッチング
は、p形ベース領域16とn+ 形エミッタ領域15a,
15bの境界に跨って行ってもよい。詳細は後述する
が、このような構造にすれば高耐圧化と、高ラッチアッ
プ耐量化が実現される。尚、このエッチングは上記pベ
ース領域16及びn+ エミッタ領域15a、15bの形
成前に行なっても良い。以上が、本実施例の絶縁ゲート
形半導体素子の製造方法である。
In the step (d), for example, boron is ion-implanted in the center by a resist pattern technique and an ion implantation technique to form a p base region 16. Further, for example, phosphorus is ion-implanted into both ends to form an n + emitter region 15.
a and 15b are formed. Then, a desired impurity profile is obtained by thermal diffusion or the like. After that, the n + -type emitter regions 15a,
The region 5b is etched to a predetermined thickness, for example, approximately 0.3 μm. At this time, the n + -type emitter region 15a,
The impurity surface concentration of 15b is 1 × 10 20 / cm 3 .
Thus, the basic structure of the insulated gate semiconductor device is manufactured. (FIG. 2 (d)). Incidentally, the etching in the step (d) includes the p-type base region 16 and the n + -type emitter region 15a,
15b. As will be described in detail later, such a structure realizes a high withstand voltage and a high latch-up withstand capability. This etching may be performed before the formation of the p base region 16 and the n + emitter regions 15a and 15b. The above is the manufacturing method of the insulated gate semiconductor device of the present embodiment.

【0026】次に、図1,図3を用いて上記絶縁ゲート
形半導体素子の動作を説明する。図3は、上記構成の絶
縁ゲート形半導体素子の等価回路である。本素子は、耐
圧600V、カットオフ電圧4Vに設計されている。エ
ミッタ電極18を接地とし、コレクタ電極19に例えば
数百Vの正電圧を、ゲート電極13a,13bにカット
オフ電圧よりも十分に高い数V〜十数Vの正電圧を印可
する。この時、まずp形ベース領域16と電気的絶縁膜
14a,14bの境界面に、電界効果により反転層17
a、17bができる(図1)。電子はその反転層17
a、17bを通してそれぞれn+ エミッタ領域15a,
15bからn- 形ベース領域12へ流れ込み(即ち図3
に示す等価回路のTr1がONし)、強い電界によって
コレクタ領域10の方向へ拡散される。
Next, the operation of the insulated gate semiconductor device will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is an equivalent circuit of the insulated gate semiconductor device having the above configuration. This element is designed to have a withstand voltage of 600 V and a cutoff voltage of 4 V. The emitter electrode 18 is grounded, a positive voltage of several hundred volts is applied to the collector electrode 19, and a positive voltage of several volts to tens of volts sufficiently higher than the cutoff voltage is applied to the gate electrodes 13a and 13b. At this time, first, the inversion layer 17 is formed on the boundary between the p-type base region 16 and the electrical insulating films 14a and 14b by the electric field effect.
a and 17b (FIG. 1). The electrons in the inversion layer 17
a, 17b through n + emitter regions 15a, 15b, respectively.
15b from n - flows to form the base region 12 (i.e. 3
Tr1 of the equivalent circuit shown in (1) turns ON), and is diffused toward the collector region 10 by a strong electric field.

【0027】一方、電子の拡散が十分進むと、n- 形ベ
ース領域12の電位が低下する。n - 形ベース領域12
の電位が低下すると、pn接合が順方向にバイアスされ
るため、p+ 形のコレクタ領域10からホールがn-
ベース領域12に注入される。注入されたホールは、n
- 形ベース領域12をエミッタ電極18の方向へ拡散さ
れ、ゲート電極13a,13bで狭められたキャリア蓄
積領域12Aに集められる。その結果、その領域におい
てキャリア濃度が高くなり、伝導度変調によりn- 形ベ
ース領域12の抵抗値を下げることになる。これによ
り、大電流がエミッタ領域15a、15bに流れ込み、
またn- 形ベース領域12のホールも大電流としてp形
ベース領域16に流れ込む。即ち、Tr2がON状態と
なる。
On the other hand, when the diffusion of electrons proceeds sufficiently, n-Shape
The potential of the source region 12 decreases. n -Shape base region 12
Is lowered, the pn junction is biased in the forward direction.
Because p+Holes from the collector region 10-form
It is implanted in the base region 12. The injected holes are n
-The base region 12 is diffused in the direction of the emitter electrode 18.
And the carrier storage narrowed by the gate electrodes 13a and 13b.
It is collected in the product area 12A. As a result,
Carrier concentration is increased, and n-Shape
Therefore, the resistance value of the source region 12 is reduced. This
Large current flows into the emitter regions 15a and 15b,
And n-The holes in the base region 12 are also p-type as large current
It flows into the base region 16. That is, Tr2 is turned on.
Become.

【0028】この際、通常、p形ベース領域16には、
エミッタ電極18方向への抵抗Rpが存在する。キャリ
アの通過経路は、直接エミッタ電極18に向かう経路と
+形エミッタ領域15a,15bを経由する経路の2
経路がある。即ち、上記抵抗Rpはこの2経路の抵抗値
の合成抵抗である。これにより、大電流が流れるとp形
ベース領域16の電位が上昇し、n+ 形エミッタ領域1
5a,15b、p形ベース領域16、およびn- 形ベー
ス領域12からなる寄生Tr3がON状態となる。即
ち、Tr1からは制御できず電流が流れ続けるラッチア
ップ状態となる。
At this time, usually, the p-type base region 16 has
There is a resistance Rp in the direction of the emitter electrode 18. There are two paths for passing carriers: a path directly toward the emitter electrode 18 and a path passing through the n + -type emitter regions 15a and 15b.
There is a route. That is, the resistance Rp is a combined resistance of the resistance values of the two paths. Thus, when a large current flows, the potential of the p-type base region 16 rises, and the n + -type emitter region 1
Parasitic Tr3 comprising 5a, 15b, p-type base region 16 and n -type base region 12 is turned on. That is, a latch-up state in which current cannot be controlled from Tr1 and current continues to flow is established.

【0029】大電流を確保しつつ、この電位差を発生さ
せないようにするためには、このRpをできる限り小さ
くする必要がある。そこで、本発明では、抵抗値Rpを
極力小さくするため、p形ベース領域16とエミッタ電
極18との接合面積を従来の縦型ゲート構造に比較して
3倍以上とする構造とした。抵抗値は、面積に逆比例す
るので従来よりRpが低減され、ラッチアップが発生し
難くなる。即ち、ラッチアップ耐量が向上される。
In order not to generate this potential difference while securing a large current, it is necessary to make this Rp as small as possible. Therefore, in the present invention, the junction area between the p-type base region 16 and the emitter electrode 18 is set to be three times or more as compared with the conventional vertical gate structure in order to minimize the resistance value Rp. Since the resistance value is inversely proportional to the area, Rp is reduced as compared with the prior art, and latch-up hardly occurs. That is, the latch-up resistance is improved.

【0030】また、p形べース領域16の厚さを耐圧限
界まで薄く(約0.5μm)している。抵抗値は、抵抗
長さに比例するので、p形べース領域16の厚さを耐圧
限界まで薄くすると従来よりRpが低減される。また、
+ 形エミッタ領域15a,15bを電気的絶縁膜14
a、14b上の両端に設け、キャリア流路より遠ざける
構造をとっている。ホールの一部はn+形エミッタ領域
15a,15bに流れるが、その厚さは0.3μmと加
工限界に近い薄さで構成されている。よって、それによ
る抵抗成分は限界まで低減されることになる。よって、
高耐圧性能を保持するとともに、ラッチアップ耐量をよ
り向上させることができる。
Further, the thickness of the p-type base region 16 is reduced (about 0.5 μm) to the withstand voltage limit. Since the resistance value is proportional to the resistance length, if the thickness of the p-type base region 16 is reduced to the withstand voltage limit, Rp is reduced as compared with the related art. Also,
The n + -type emitter regions 15a and 15b are
a, 14b are provided at both ends on the carrier flow path. Some of the holes flow into the n + -type emitter regions 15a and 15b, and the thickness is 0.3 μm, which is close to the processing limit. Therefore, the resulting resistance component is reduced to the limit. Therefore,
The high withstand voltage performance can be maintained, and the latch-up withstand capability can be further improved.

【0031】さらに、p形べース領域16はその端部で
段差構造を有し、0.3μmの厚さでn+ 形エミッタ領
域15a,15bと接合している。従って、n+ 形エミ
ッタ領域15a,15bに向かうホールの一部は、この
段差部で吸収される。即ち、p形べース領域16の電位
上昇が抑えられる。即ち、この構造によってもラッチア
ップ耐量が向上される。
Further, the p-type base region 16 has a step structure at its end, and is joined to the n + -type emitter regions 15a and 15b with a thickness of 0.3 μm. Therefore, part of the holes directed to the n + -type emitter regions 15a and 15b are absorbed by these steps. That is, an increase in the potential of the p-type base region 16 is suppressed. That is, this structure also improves the latch-up resistance.

【0032】この結果、コレクタ電流密度200A/c
2 、フォールタイム300nsecで、ラッチアップ耐量
が従来と比較して10%以上向上させることができた。
尚、上記例ではRIEによりp形べース領域16を段差
形状にしてn+ 形エミッタ領域15a,15bと接合し
たが、図4に示すようにその接合部分をテーパ形状とし
てもよい。このテーパ形状は、LOCOS酸化およびそ
の酸化膜除去によって形成できる。この場合は、エミッ
タ電極18の埋め込み不良が低減されるいう効果があ
る。
As a result, the collector current density was 200 A / c
With m 2 and a fall time of 300 nsec, the latch-up resistance was improved by 10% or more as compared with the conventional case.
In the above example, the p-type base region 16 is formed into a stepped shape by RIE and joined to the n + -type emitter regions 15a and 15b. However, as shown in FIG. 4, the joint may be tapered. This tapered shape can be formed by LOCOS oxidation and removal of the oxide film. In this case, there is an effect that the embedding failure of the emitter electrode 18 is reduced.

【0033】また、本実施例における絶縁ゲート形半導
体素子の構成は、よりオン電圧を低減することができ
る。それは、上記n+ 形エミッタ領域15a,15bの
構成と並んで電極間距離L(キャリア蓄積領域12A)
も加工限界まで狭くすることができるからである。キャ
リア蓄積領域12Aを狭めると、ホールの蓄積が十分に
行われる。即ち、伝導度変調がより十分に行われ、素子
のオン電圧が大幅に低減される。電極間距離Lとオン電
圧の関係を図5に示す。横軸が電極間距離Lであり、縦
軸がオン電圧である。図5から分かるように、電極間距
離Lが約0.2μmの時、オン電圧は1.15Vとな
る。これにより、従来より20%近くオン電圧が低減さ
れた。従って、上述の様に絶縁ゲート形半導体素子を構
成すれば、高耐圧、高ラッチアップ耐量、低オン電圧が
同時に実現される優れた半導体素子となる。
Further, the configuration of the insulated gate semiconductor device in this embodiment can further reduce the on-state voltage. The distance L between the electrodes (the carrier accumulation region 12A) is the same as the structure of the n + -type emitter regions 15a and 15b.
This is because it is possible to reduce the diameter to the processing limit. When the carrier accumulation region 12A is narrowed, holes are sufficiently accumulated. That is, the conductivity modulation is performed more sufficiently, and the ON voltage of the element is greatly reduced. FIG. 5 shows the relationship between the inter-electrode distance L and the ON voltage. The horizontal axis is the distance L between the electrodes, and the vertical axis is the on-voltage. As can be seen from FIG. 5, when the distance L between the electrodes is about 0.2 μm, the ON voltage is 1.15V. As a result, the on-state voltage was reduced by almost 20% compared to the related art. Therefore, when the insulated gate semiconductor device is configured as described above, it is an excellent semiconductor device that simultaneously realizes high withstand voltage, high latch-up withstand voltage, and low on-voltage.

【0034】第2実施例 図6に本発明の絶縁ゲート形半導体素子の第2実施例を
示す。図は、構成断面図である。本実施例の特徴は、第
1実施例の複数のゲート電極13a、13bによって狭
められたn- 形ベース領域12のキャリア流路内12A
に、電気的絶縁物20を埋設して、キャリア流路を狭め
たことである。このような構造にすると、p+ コレクタ
領域10から拡散されたホールが、さらに狭められた流
路に蓄積されるため、伝導度変調効果がさらに高まる。
従って、第1実施例よりオン電圧を低減することができ
る。尚、この場合もp形べース領域16とn+ 形エミッ
タ領域15a,15bとの接合部はテーパ形状であって
もよい。上記接合形状に係わらず、電気的絶縁物20を
キャリア流路中に埋設にすれば、オン電圧を低減するこ
とができる。
Second Embodiment FIG. 6 shows a second embodiment of the insulated gate semiconductor device of the present invention. The figure is a configuration sectional view. This embodiment is characterized in that the carrier flow path 12A in the n -type base region 12 narrowed by the plurality of gate electrodes 13a and 13b of the first embodiment.
In addition, the electric insulator 20 is buried to narrow the carrier flow path. With such a structure, holes diffused from p + collector region 10 accumulate in a channel that is further narrowed, so that the conductivity modulation effect is further enhanced.
Therefore, the on-state voltage can be reduced as compared with the first embodiment. In this case, the junction between the p-type base region 16 and the n + -type emitter regions 15a and 15b may be tapered. Regardless of the joint shape, if the electrical insulator 20 is embedded in the carrier flow path, the ON voltage can be reduced.

【0035】第3実施例 図7に、本発明の絶縁ゲート形半導体素子の第3実施例
を示す。図は、構成断面図である。本実施例は、第1実
施例の複数のゲート電極13a、13bを図の様な楔形
状に形成し、エミッタ領域15a,15bをそれぞれ電
気的絶縁膜14a、14b上の両端部に形成したことが
特徴である。このような構成にしても、エミッタ領域1
5a,15bはホールの流路から離れた箇所に位置され
るので、Rpを低減することができる。また、pベース
領域を厚く設定することができるので、高ラッチアップ
耐量化とともに高耐圧化が実現される。また、第1実施
例と同様、狭められたキャリア蓄積領域12Aに少数キ
ャリアのホールが蓄積されるため、伝導度変調効果が高
まりオン電圧を低減することができる。絶縁ゲート形半
導体素子に特に高耐圧を要求する場合は、このような構
成が有効である。
Third Embodiment FIG. 7 shows a third embodiment of the insulated gate semiconductor device of the present invention. The figure is a configuration sectional view. In the present embodiment, the plurality of gate electrodes 13a and 13b of the first embodiment are formed in a wedge shape as shown, and the emitter regions 15a and 15b are formed at both ends on the electrical insulating films 14a and 14b, respectively. Is the feature. Even with such a configuration, the emitter region 1
Since 5a and 15b are located at locations away from the flow path of the hole, Rp can be reduced. Further, since the p base region can be set to be thick, a high withstand voltage as well as a high latch-up withstand capability can be realized. Further, similarly to the first embodiment, since the holes of the minority carriers are accumulated in the narrowed carrier accumulation region 12A, the conductivity modulation effect is enhanced, and the on-voltage can be reduced. Such a configuration is effective when a high withstand voltage is particularly required for the insulated gate semiconductor element.

【0036】第4実施例 図8に、本発明の絶縁ゲート形半導体素子の第4実施例
を示す。図は、構成断面図である。本実施例の特徴は、
図のように、第1実施例のp形ベース領域16をゲート
電極13a、13bによって狭められたキャリア蓄積領
域12Aまで拡張し、作動時には流路側の電気的絶縁膜
14a、14b上に反転層17a,17bを形成させる
ようにしたことである。また、n+ 形エミッタ領域15
a、15bは同様にエミッタ電極18側の電気的絶縁膜
14a、14b上に形成されている。このような構成に
しても、pベース領域16のn+ エミッタ領域15a、
15bと接している部分の厚さを加工限界まで薄くでき
ることから、Rpを小さくすることができる。よって、
同様に高ラッチアップ耐量が得られる。また実施例1と
同様、狭められたキャリア蓄積領域12Aに少数キャリ
アのホールが蓄積される。よって、オン電圧の低減効果
は第1実施例と同等である。
Fourth Embodiment FIG. 8 shows a fourth embodiment of the insulated gate semiconductor device of the present invention. The figure is a configuration sectional view. The features of this embodiment are as follows.
As shown in the figure, the p-type base region 16 of the first embodiment is extended to the carrier accumulation region 12A narrowed by the gate electrodes 13a and 13b. , 17b. Also, the n + type emitter region 15
Similarly, a and 15b are formed on the electrical insulating films 14a and 14b on the emitter electrode 18 side. Even with such a configuration, the n + emitter region 15a of the p base region 16
Since the thickness of the portion in contact with 15b can be reduced to the processing limit, Rp can be reduced. Therefore,
Similarly, a high latch-up tolerance is obtained. As in the first embodiment, holes of minority carriers are accumulated in the narrowed carrier accumulation region 12A. Therefore, the effect of reducing the ON voltage is equivalent to that of the first embodiment.

【0037】第5実施例 図9に、本発明の絶縁ゲート形半導体素子の第5実施例
を示す。図は、構成断面図である。本実施例の特徴は、
図示するように、第1実施例のn+ バッファ領域11を
取り除き、p+ コレクタ領域10の代わりに、n+ 形ド
レイン領域50を形成し、n- 形ベース領域12をn-
形ドレイン領域51とし、エミッタ電極18をソース電
極180に、コレクタ電極19をドレイン電極190と
し、素子全体を電界効果トランジスタ(MOSFET)
としたものである。
Fifth Embodiment FIG. 9 shows a fifth embodiment of the insulated gate semiconductor device of the present invention. The figure is a configuration sectional view. The features of this embodiment are as follows.
As shown, the n + buffer region 11 of the first embodiment is removed, an n + type drain region 50 is formed in place of the p + collector region 10, and the n − type base region 12 is changed to n −.
Drain region 51, the emitter electrode 18 is a source electrode 180, the collector electrode 19 is a drain electrode 190, and the entire device is a field effect transistor (MOSFET).
It is what it was.

【0038】MOSFETでは、インダクタンス負荷の
駆動において、寄生バイポーラトランジスタの動作に伴
って発生するアバランシェ破壊が大きな問題であり、こ
れに対する耐量を向上させることが非常に重要である。
このアバランシェ耐量向上のための一手法として、n+
形ソース領域55a、55bとp形ベース領域56とn
- 形ドレイン領域51とで構成される寄生のバイポーラ
npnトランジスタをオンさせ難くする方法が上げられ
る。本実施例のMOSFETでは、第1実施例のよう
に、p形ベース領域56の抵抗Rpを非常に小さくでき
ることから、従来に比べて寄生のバイポーラnpnトラ
ンジスタがオンし難く、素子破壊を防止することができ
る。よって、従来のMOSFETに比べて高アバランシ
ェ耐量、かつ低オン電圧化が実現できる。同様に、図
6、図7、図8に示した実施例をソース、ゲート、チャ
ネル構造のMOSFETとしてもよい。尚、この場合も
p形べース領域56はその端部において、テーパ形状で
+ 形エミッタ領域55a,55bと接合してもよい。
上記接合形状に係わらず、高アバランシェ耐量、かつ低
オン電圧化が実現できる。
In a MOSFET, when driving an inductance load, avalanche destruction caused by the operation of a parasitic bipolar transistor is a serious problem, and it is very important to improve the resistance to this.
As one method for improving the avalanche resistance, n +
Source regions 55a and 55b, p-type base region 56 and n
- How to make it difficult to turn on the bipolar npn transistors of the parasitic composed of the form drain region 51 is raised. In the MOSFET of the present embodiment, as in the first embodiment, the resistance Rp of the p-type base region 56 can be made extremely small. Can be. Therefore, a higher avalanche withstand voltage and lower on-state voltage can be realized as compared with the conventional MOSFET. Similarly, the embodiment shown in FIGS. 6, 7, and 8 may be a MOSFET having a source, gate, and channel structure. In this case as well, the p-type base region 56 may be tapered at its end and joined to the n + -type emitter regions 55a and 55b.
Irrespective of the junction shape, a high avalanche resistance and a low on-voltage can be realized.

【0039】変形例 また、本発明は、その他いろいろな変形が可能である。
例えば、第1実施例においては、p+ コレクタ領域10
の上部にn+ バッファ領域11を設けたが、これを取り
除いて図10に示す様な絶縁ゲート形半導体素子に対し
ても本構成は同等の作用をし、高耐圧化、高ラッチアッ
プ大量化、低オン電圧化を実現することができる。n+
バッファ領域11を取り除いた第2実施例〜第4実施例
の絶縁ゲート形半導体素子に対しても同様の効果があ
る。
Modifications The present invention is capable of various other modifications.
For example, in the first embodiment, the p + collector region 10
The n + buffer region 11 is provided on the upper part of the semiconductor device. However, this structure is removed, and the present structure has the same effect on an insulated gate semiconductor device as shown in FIG. , Lower on-voltage can be realized. n +
Similar effects are obtained for the insulated gate semiconductor devices of the second to fourth embodiments in which the buffer region 11 is removed.

【0040】また、第1実施例、第2実施例、第5実施
例においては、高耐圧化と高ラッチアップ耐量化を図る
ため、p形ベース領域の端部を段差形状あるいはテーパ
ー形状としn+ エミッタ領域と接合させた。しかしなが
ら、高耐圧化が要求されない場合は、図11,図12,
図13に示すようにp形ベース領域16(或いは56)
の厚さをn+ エミッタ領域15a、15b(或いは55
a、55b)と同等の厚さとしてもよい。この場合、R
IEによるエッチング工程が簡略化され、低コスト化さ
れる。
In the first, second, and fifth embodiments, the end of the p-type base region is formed to have a stepped or tapered shape in order to achieve a high withstand voltage and a high latch-up resistance. + Junction with emitter region. However, when high withstand voltage is not required, FIGS.
As shown in FIG. 13, the p-type base region 16 (or 56)
Of the n + emitter regions 15a, 15b (or 55
a, 55b). In this case, R
The etching process by the IE is simplified and the cost is reduced.

【0041】また、実施例1乃至実施例5までは、複数
のゲート電極と複数のエミッタ領域を形成し左右対称の
構造としたが、大電流を得る必要がない場合、片側だけ
の構造としてもよい。
In the first to fifth embodiments, a plurality of gate electrodes and a plurality of emitter regions are formed to have a symmetrical structure. However, when it is not necessary to obtain a large current, a structure having only one side may be used. Good.

【0042】また、本実施例では、n形電界効果トラン
ジスタTr1およびpnp形バイポーラトランジスタT
r2からなるIGBTおよびMOSFETを例にとって
説明したが、これらの極性を逆にし、p形電界効果トラ
ンジスタTr1およびnpn形バイポーラトランジスタ
Tr2からなるIGBTおよびMOSFETとしてもよ
い。
In this embodiment, the n-type field effect transistor Tr1 and the pnp type bipolar transistor T
Although the IGBT and MOSFET made of r2 have been described as examples, the IGBT and MOSFET may be made of p-type field effect transistor Tr1 and npn-type bipolar transistor Tr2 with their polarities reversed.

【0043】さらに、本実施例では、縦型のIGBTに
ついて説明したが、本発明の主張する特徴的な動作原理
が同じであれば、縦型に限定するものではなく、横形I
GBTなど、その他様々な形態を持つ絶縁ゲート形半導
体素子に適用することができる。
Further, in this embodiment, the vertical type IGBT has been described. However, as long as the characteristic operation principle claimed by the present invention is the same, the present invention is not limited to the vertical type IGBT.
The present invention can be applied to insulated gate semiconductor devices having various other forms such as GBT.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施例に係る絶縁ゲート形半導体
素子の構成断面図。
FIG. 1 is a configuration sectional view of an insulated gate semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1実施例に係る絶縁ゲート形半導体
素子の製造工程図。
FIG. 2 is a manufacturing process diagram of the insulated gate semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1実施例に係る絶縁ゲート形半導体
素子の等価回路図。
FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the insulated gate semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.

【図4】第1実施例に係る絶縁ゲート形半導体素子の変
形例を示す構成断面図。
FIG. 4 is a configuration sectional view showing a modification of the insulated gate semiconductor device according to the first embodiment.

【図5】第1実施例の絶縁ゲート形半導体素子におけ
る、電極間距離とオン電圧の関係を表す特性図。
FIG. 5 is a characteristic diagram showing a relationship between an inter-electrode distance and an on-voltage in the insulated gate semiconductor device of the first embodiment.

【図6】本発明の第2実施例に係る絶縁ゲート形半導体
素子の構成断面図。
FIG. 6 is a configuration sectional view of an insulated gate semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第3実施例に係る絶縁ゲート形半導体
素子の構成断面図。
FIG. 7 is a configuration sectional view of an insulated gate semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第4実施例に係る絶縁ゲート形半導体
素子の構成断面図。
FIG. 8 is a sectional view showing the configuration of an insulated gate semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第5実施例に係る絶縁ゲート形半導体
素子の構成断面図。
FIG. 9 is a sectional view showing the configuration of an insulated gate semiconductor device according to a fifth embodiment of the present invention.

【図10】第1実施例の変形例に係わり、n+ バッファ
層を除いた絶縁ゲート形半導体素子の構成断面図。
FIG. 10 is a cross-sectional view of a configuration of an insulated gate semiconductor device excluding an n + buffer layer according to a modification of the first embodiment.

【図11】第1実施例の変形例に係わり、pベース領域
とn+ エミッタ領域の厚さを等しくした絶縁ゲート形半
導体素子の構成断面図。
FIG. 11 is a sectional view of a configuration of an insulated gate semiconductor device according to a modification of the first embodiment, in which the thicknesses of a p base region and an n + emitter region are equal.

【図12】第2実施例の変形例に係わり、pベース領域
とn+ エミッタ領域の厚さを等しくした絶縁ゲート形半
導体素子の構成断面図。
FIG. 12 is a configuration sectional view of an insulated gate semiconductor device according to a modification of the second embodiment, in which the thicknesses of a p base region and an n + emitter region are equal.

【図13】第5実施例の変形例に係わり、pベース領域
とn+ エミッタ領域の厚さを等しくした絶縁ゲート形半
導体素子の構成断面図。
FIG. 13 is a sectional view of a configuration of an insulated gate semiconductor device according to a modification of the fifth embodiment, in which the thicknesses of a p base region and an n + emitter region are equal.

【図14】従来の絶縁ゲート形半導体素子の構成断面
図。
FIG. 14 is a configuration sectional view of a conventional insulated gate semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 p+ 形コレクタ領域 11 n+ 形バッファ領域 12 n- 形ベース領域 12A キャリア蓄積領域 13a ゲート電極 13b ゲート電極 14a 電気的絶縁膜 14b 電気的絶縁膜 15a n+ エミッタ領域 15b n+ エミッタ領域 16 p形ベース領域 17a 反転層 17b 反転層 18 エミッタ電極 19 コレクタ電極 20 電気的絶縁物Reference Signs List 10 p + -type collector region 11 n + -type buffer region 12 n --type base region 12A Carrier accumulation region 13a Gate electrode 13b Gate electrode 14a Electrical insulating film 14b Electrical insulating film 15an + emitter region 15b n + emitter region 16p Base region 17a inversion layer 17b inversion layer 18 emitter electrode 19 collector electrode 20 electrical insulator

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石子 雅康 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Masayasu Ishiko 41-41, Yokomichi, Nagakute-cho, Aichi-gun, Aichi Prefecture Inside Toyota Central Research Laboratory Co., Ltd.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】絶縁ゲート形半導体素子であって、第1伝
導形キャリアおよび第2伝導形キャリアの流路側面に電
気的絶縁膜を伴ったゲート電極を設け、ゲート電圧によ
ってコレクタ電極から第2伝導形コレクタ領域、第1伝
導形ベース領域、第2伝導形ベース領域、エミッタ電極
の経路で流れる電流を制御する絶縁ゲート形半導体素子
において、 前記電気的絶縁膜を伴ったゲート電極は、前記エミッタ
電極に近い領域において前記流路を狭めるように所定の
形状で所定の深さに形成され、 前記第1伝導形エミッタ領域を前記エミッタ電極と対面
する前記ゲート電極の前記電気的絶縁膜上に前記エミッ
タ電極と前記第2伝導形ベース領域に接合して形成する
とともに、 前記第1伝導形エミッタ領域の厚さは、前記第2伝導形
ベース領域の中央部における厚さ以下であることを特徴
とする絶縁ゲート形半導体素子。
1. An insulated gate semiconductor device, comprising: a gate electrode with an electric insulating film provided on a side surface of a flow path of a first conductivity type carrier and a second conductivity type carrier; An insulated gate semiconductor device for controlling a current flowing through a path of a conduction type collector region, a first conduction type base region, a second conduction type base region, and an emitter electrode, wherein the gate electrode with the electrically insulating film is the emitter The first conductive type emitter region is formed on the electrical insulating film of the gate electrode facing the emitter electrode so as to have a predetermined shape and a predetermined depth so as to narrow the flow path in a region near the electrode. An emitter electrode is formed so as to be joined to the second conductivity type base region, and the thickness of the first conductivity type emitter region is set at the center of the second conductivity type base region. Insulated gate semiconductor device which is characterized in that less than the thickness at.
【請求項2】前記第2伝導形ベース領域は、その端部に
おいて段差あるいはテーパ形状に形成され、前記第1伝
導形エミッタ領域と接合されることを特徴とする請求項
1に記載の絶縁ゲート形半導体素子。
2. The insulated gate according to claim 1, wherein the second conductivity type base region is formed in a step or tapered shape at an end thereof and is joined to the first conductivity type emitter region. Semiconductor device.
【請求項3】前記第1伝導形ベース領域の前記第2伝導
形ベース領域との接合付近に、前記コレクタ領域から注
入された第2伝導形キャリアの前記第2伝導形ベース領
域へ至る経路を狭くするよう電気的絶縁領域を形成した
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の絶縁ゲ
ート形半導体素子。
3. A path of the second conductivity type carrier injected from the collector region to the second conductivity type base region near the junction of the first conductivity type base region with the second conductivity type base region. 3. The insulated gate semiconductor device according to claim 1, wherein an electrically insulating region is formed to be narrow.
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