JP2001332729A

JP2001332729A - 半導体装置

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Publication number: JP2001332729A
Application number: JP2001060419A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Harada; 辰雄原田; Shigeru Hasegawa; 滋長谷川; Satoshi Urano; 聡浦野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-03-14
Filing date: 2001-03-05
Publication date: 2001-11-30
Anticipated expiration: 2021-03-05
Also published as: JP4031209B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明はターンオフ損失を増大させることな
くオン抵抗を低減できるＩＧＢＴ構造、また、高温時で
もターンオフ損失を減少できるＩＧＢＴ構造を提供する
ことを目的とする。【解決手段】バイポーラモードで動作するトランジス
タにおいて、Ｎバッファ層４の層厚を２０μｍ〜４０μ
ｍ、好ましくは４０μｍとし、ピーク濃度を１×１０
^１５ｃｍ^−３〜１×１０^１６ｃｍ^−３、好ましくは１×
１０^１６ｃｍ^−３とする。Ｐエミッタ層５の層厚を５μ
ｍ以下、好ましくは１μｍとし、ピーク濃度を７×１０
^１７ｃｍ^−３とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はバイポーラモードで
動作するトランジスタに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の絶縁ゲート型バイポーラトランジ
スタ（ＩＧＢＴ）について、図９にその断面を示してい
る。従来のＩＧＢＴ構造について説明する。Ｎベース層
１の上部をエミッタ側とし、該エミッタ上面を含む上部
にＰベース領域２を選択的に形成している。Ｐベース領
域２内にはＮエミッタ領域３を選択的に形成している。
Ｎエミッタ領域３表面端部及びＰベース領域２表面端部
及びＮベース層１表面上に、ゲート絶縁膜６を介してポ
リシリコンゲート電極７を有しており、電界効果トラン
ジスタ（ＭＯＳ）を形成している。ゲート電極７上には
絶縁酸化膜８を有し、エミッタ電極９はＮエミッタ領域
３上面の一部及びＰベース領域２上面の一部に接して形
成している。Ｎベース層１の下部をコレクタ側とし、該
コレクタ側にはＮバッファ層４、Ｐエミッタ層５、コレ
クタ電極１０を順次形成している。Ｎバッファ層４の層
厚は５０μｍ、不純物ピーク濃度は１×１０^１７ｃｍ
^−３であり、Ｐエミッタ層５の層厚は２０μｍ、不純物
ピーク濃度は５×１０^１９ｃｍ ^−３である。

【０００３】上記構造において、Ｎバッファ層４の不純
物濃度はＮベース層１の不純物濃度より高い。したがっ
て、順方向電圧印加時に、Ｎベース層１とＰベース領域
２の境界からＮベース層１に向かう空乏層の伸びを抑
え、Ｐエミッタ層５へ達するのを防止する。これによ
り、素子耐圧の低下を防止することが可能となる。ま
た、Ｎベース層１の層厚を小さくする事ができ、素子の
導通時のオン抵抗（ＶＣＥ（ｓａｔ））を小さくする事
が可能となる。上記構造は、耐圧１．５ｋＶ以上の素子
で広く用いられている。

【０００４】Ｐエミッタ層５の不純物濃度はＮバッファ
層４の不純物濃度に対して２桁以上高い。したがって、
導通時にＰエミッタ層５からＮバッファ層４を介してＮ
ベース層１へ達したホールにより、Ｎベース層１のコレ
クタ側のキャリア濃度が高くなる。その結果ターンオフ
損失（Ｅｏｆｆ）が増大してしまう。そこで、Ｎベース
層１中へのホールの注入を制御するため、プロトン照射
等による局所ライフタイム制御や、電子線照射や重金属
拡散等の再結合中心の導入によるライフタイム制御を行
っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電子線
照射等を用いたライフタイム制御は、導通時のオン抵抗
ＶＣＥ（ｓａｔ）を増大させる原因となる。また、高温
時にはライフタイム制御の効果が弱くなるため、ターン
オフ損失（Ｅｏｆｆ）が増大してしまう。あるいはＮベ
ース層１からＰエミッタ層５へ流れ込む多量の電子によ
り、ターンオフ時にホールの再注入が発生し、ターンオ
フ損失の増大や遮断失敗を生じる可能性がある。

【０００６】そこで本発明はターンオフ損失を増大させ
ることなくオン抵抗を低減できるバイポーラモードで動
作する半導体装置、また、高温時でもターンオフ損失を
減少できるバイポーラモードで動作する半導体装置を提
供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のバイポーラで動
作する半導体装置の構造は、第１導電型のエミッタ層
と、前記第１導電型のエミッタ層上に形成された第２導
電型のバッファ層と、前記第２導電型のバッファ層上に
形成された第２導電型のベース層と、前記第２導電型の
ベース層上部に選択的に形成された第１導電型のベース
領域と、前記第１導電型のベース領域上部に選択的に形
成された第２導電型のエミッタ領域と、前記第１導電型
のベース領域をチャネル領域として、前記第２導電型の
ベース層と前記第２導電型のエミッタ領域との間を導通
するためのゲート電極と、前記第１導電型のベース領域
上及び前記第２導電型のエミッタ領域上に形成されたエ
ミッタ電極と、前記第１導電型のエミッタ層の前記第２
導電型のバッファ層形成面と反対の面上に形成されたコ
レクタ電極とを有し、前記第２導電型のバッファ層のピ
ーク濃度が１×１０^１５ｃｍ^−３乃至１×１０^１６ｃｍ
^−３であり、前記第２導電型のバッファ層のピーク濃度
と前記第１導電型のエミッタ層のピーク濃度との差が２
桁以下であることを特徴とする。あるいは、前記第１導
電型のエミッタ層の層厚が５μｍ以下であることを特徴
とする。更には、前記第２導電型のバッファ層の層厚が
２０μｍ乃至４０μｍであることを特徴とする。また、
本発明のバイポーラモードで動作する半導体装置は前記
構造に加え、前記第２導電型のベース層中に再結合中心
を有し、少数キャリアのライフタイムが１５μｓ以下で
あることを特徴とする。あるいは、前記第２導電型のベ
ース層中への第２導電型キャリアの注入が促進される構
造を有することを特徴とする。または、前記第１導電型
のエミッタ層中の不純物元素の電気的活性化率が８０％
以上であることを特徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明における絶縁ゲート型バイ
ポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）の実施の形態を実施例
を用いて説明する。

【０００９】第１の実施例について説明する。図１は本
発明の第１の実施例におけるＩＧＢＴの断面構造を示す
図である。本実施例はＮバッファ層４及びＰエミッタ層
５の層厚及び濃度に特徴を有する。本実施例のＩＧＢＴ
構造を以下に説明する。Ｎベース層１の上部をエミッタ
側とし、該エミッタ側上面を含む上部にＰベース領域２
を選択的に形成している。Ｐベース領域２内にはＮエミ
ッタ領域３を選択的に形成している。Ｐベース領域２表
面端部とそれに接するＮエミッタ領域３表面端部とＮベ
ース層１表面上には、ゲート酸化膜６を介してポリシリ
コンゲート電極７を有しており、電界効果トランジスタ
（ＭＯＳ）を形成している。ゲート電極７上には絶縁酸
化膜８を有し、エミッタ電極９はＮエミッタ領域３上面
及びＰベース領域２上面の一部に接して形成している。
Ｎベース層１の下部をコレクタ側とし、該コレクタ側に
はＮバッファ層４、Ｐエミッタ層５、更にコレクタ電極
１０を順次形成している。

【００１０】本実施例のＩＧＢＴの動作は以下の通りで
ある。ゲート電極７及びエミッタ電極９間に電圧を印加
することにより、Ｐベース領域をチャネル領域としてＮ
エミッタ領域３とＮベース層１との間に電流が流れる。
これによりＮベース層１にはベース電流が供給されて、
コレクタ電極１０及びエミッタ電極９間に電流が流れオ
ン状態となる。また、ゲート電極７及びエミッタ電極９
間の電圧を零バイアスあるいは負バイアスすることによ
りオフ状態となる。

【００１１】図３はコレクタ側の不純物拡散濃度プロフ
ァイルを示している。Ｎベース層１のエミッタ側表面を
基準として拡散深さを横軸、不純物濃度を縦軸に示して
いる。図３に示すように深さが４８５μｍから５２５μ
ｍ付近、すなわち約４０μｍの層厚を有するＮバッファ
層４のピーク濃度は１×１０^１６ｃｍ^−３である。そし
て深さが５２５μｍ以上にあるＰエミッタ層５のピーク
濃度は７×１０^１７ｃｍ^−３である。また層厚は５μｍ
以下であり、好ましくは１μｍである。

【００１２】Ｎバッファ層４を上記構造とすることによ
り、導通時におけるＰエミッタ層５への空乏層の広がり
を防止することができる。したがって所定の耐圧を得る
ためのＮベース層１の層厚を小さくすることができ、導
通時のオン抵抗を低減することが可能となる。また、Ｎ
バッファ層４のピーク濃度を上記濃度範囲とし、エミッ
タ層５とのピーク濃度の差を２桁より小さくすることに
より、オン抵抗の増大を招くことはない。上記実施例の
濃度差を保つことで、Ｐエミッタ層５からＮベース層４
へのホールの注入量を適切に保つことができるためであ
る。Ｎバッファ層４のピーク濃度が上記濃度より大きく
なると、Ｐエミッタ層５からＮベース層４へのホール注
入が阻害され、オン抵抗が増大してしまう。

【００１３】また、上記濃度差を有することにより、タ
ーンオフ損失を低減することも可能になる。Ｎベース層
１からＰエミッタ層５に流れる電子電流に対するＰエミ
ッタ層５からＮベース層１へ注入するホール電流の比が
小さいため、ベース層１のコレクタ側のキャリア濃度を
低く制御でき、ターンオフ時に排出するコレクタ側のキ
ャリア濃度を低減できるためである。上記濃度差に加え
てＰエミッタ層５の層厚を５μｍ以下にすることで、電
子電流に対するホール電流の比をより適切な値にするこ
とができ、ターンオフ損失を低減することができる。

【００１４】更に、上記濃度差を有することにより遮断
失敗を生じる危険性がなくなる。ターンオフ時のホール
の再注入を少なくできるためである。ピーク濃度差が２
桁を超えている従来の構造では、ターンオフ中のＰエミ
ッタ層５からのホールの再注入により遮断失敗を生じる
可能性があった。

【００１５】従来のプロトン照射等の再結合中心の導入
によるライフタイム制御の代わりに、本実施例ではＮバ
ッファ層４及びＰエミッタ層５の濃度及び層厚を上記の
値に設定している。これにより高温時においても導通時
のオン抵抗を低減したままターンオフ時のターンオフ損
失を従来に比較して低減することが可能となる。

【００１６】Ｎバッファ層４及びＰエミッタ層５の濃度
及び層厚を上記の値とすることにより、オン抵抗を低減
し、かつターンオフ損失を低減することが可能となる。
また、再結合中心の導入によるライフタイム制御を行わ
ないため、高温時においても、ターンオフ損失を低減す
ることが可能となる。

【００１７】第１の実施例において、Ｎバッファ層の層
厚を４０μｍとしているが、２０μｍ乃至４０μｍの範
囲であればよい。

【００１８】次に第２の実施例について説明する。第２
の実施例は第１の実施例と同様にＮバッファ層４及びエ
ミッタ層５の濃度差が２桁以下であるが、Ｎバッファ層
４の層厚を第１の実施例の範囲内において小さくしてい
る。第２の実施例におけるＩＧＢＴの構造は第１の実施
例と同様であるため、説明を省略する。

【００１９】図4は第２の実施例におけるＩＧＢＴのコ
レクタ側の不純物拡散濃度プロファイルを示している。
図３と同様にＮベース層１のエミッタ層表面を基準とし
て深さを横軸、キャリア濃度を縦軸に示している。図４
に示すように深さが５０５μｍから５２５μｍ付近、す
なわち約２０μｍの層厚を有するＮバッファ層４におけ
るキャリアピーク濃度は１×１０^１５ｃｍ^−３である。
そして深さが５２５μｍ以上にあるＰエミッタ層５のピ
ーク濃度は１×１０^１７ｃｍ^−３である。また、層厚は
４μｍである。

【００２０】第２の実施例において、Ｎバッファ層４の
層厚を第１の実施例の範囲内において最小限にすること
により、高耐圧素子を製造するのに熱拡散時間が短くて
済むという製造上の利点がある。また、第１の実施例と
同様に、Ｎバッファ層４及びＰエミッタ層５の濃度及び
層厚を上記の値とすることにより、オン抵抗を低減し、
かつターンオフ損失を低減することが可能となる。ま
た、再結合中心の導入によるライフタイム制御を行わな
いため、高温時においても、ターンオフ損失を低減する
ことが可能となる。

【００２１】本発明の第３の実施例について説明する。
第３の実施例は第１の実施例あるいは第２の実施例の構
造のＮベース層１中に、再結合中心を導入する点で他の
実施例と異なる。再結合中心の導入により、Ｎベース層
１中のキャリアライフタイムが１５μｓ以下となること
を特徴とする。第３の実施例におけるＩＧＢＴの構造は
第１の実施例の構造あるいは第２の実施例の構造と同様
であるため、説明を省略する。

【００２２】本実施例は第１の実施例あるいは第２の実
施例のＮベース層１中に、電子線照射あるいは重金属拡
散等により再結合中心を導入する。これにより、ターン
オフ時にＮベース層１中に存在するキャリアの消滅が早
くなり、キャリアライフタイムが１５μｓ以下に低減す
る。したがってターンオフ損失を低減することが可能と
なる。また、コレクタ側のキャリアの消滅が加速される
ことにより、電流遮断中の破壊耐量が増し、より大きな
電流を遮断することが可能となる。一方、ライフタイム
の低減は一般的にオン抵抗の増加をもたらすが、本実施
例においては、Ｎバッファ層４を形成することによりＮ
ベース層１の層厚を小さくできること、かつ、前述のよ
うに導通時のＮベース層１中のキャリア濃度を適切に制
御しているため、大幅なオン抵抗の増大を招くことなく
更なるターンオフ損失の低減を可能としている。ライフ
タイムを１５μｓ以下に低減することで、上記効果を最
大限に引き出すことが可能となる。また、再結合中心の
導入のみによらず、Ｎバッファ層４及びＰエミッタ層５
の濃度及び層厚を所望の値としてターンオフ損失の低減
を行うため再結合中心の導入量を少なくすることがで
き、高温時のターンオフ損失の大幅な増大を防ぐことが
可能となる。

【００２３】本発明の第４の実施例について説明する。
第４の実施例はＮバッファ層４とＰエミッタ層５の濃度
及び層厚は第１の実施例乃至第３の実施例の範囲内であ
るが、Ｎエミッタ層３側の構造が電子注入促進効果型構
造であることを特徴とする。電子注入促進効果型構造は
例えば５ｋＶ系の素子のゲート電極７の幅を２５μｍ以
上としたものである。この構造により導通時のＮベース
層１中において、Ｎベース層１中のホールのエミッタ電
極への排出が抑制されＮエミッタ層３からの電子注入が
増大するため、エミッタ側のキャリア濃度が増加する。
図５にＮベース層１中の導通時におけるキャリア濃度分
布を示す。エミッタ側キャリア濃度Ｎ１はコレクタ側キ
ャリア濃度Ｎ２の２分の1以上、あるいはＮベース中の
最も少ないキャリア濃度Ｎ３以上である。このようにＮ
ベース層１のエミッタ側にキャリアを蓄積することによ
り、オン抵抗を低減することが可能になる。また、エミ
ッタ側のキャリア濃度が高いため同じオン抵抗を得るた
めに必要なコレクタ側キャリア濃度を低くすることが可
能となり、ターンオフ時に排出するキャリアやＰエミッ
タ層５からのホールの再注入が少なくターンオフ損失の
低減が可能となる。

【００２４】他の構造においては第１の実施例と同様で
あり、Ｎバッファ層の層厚は２０μｍ〜４０μｍであ
り、ピーク濃度は１×１０^１５ｃｍ^−３〜１×１０^１６
ｃｍ⁻ ^３、Ｐエミッタ層５の層厚は５μｍ以下であり，
ピーク濃度は７×１０^１７ｃｍ ^−３である。

【００２５】Ｎバッファ層４とエミッタ層５の濃度及び
層厚を上記の値とし、かつ電子注入促進効果構造とする
ことにより、第１の実施例に比べて更にオン抵抗を低減
し、かつターンオフ損失を低減することが可能となる。

【００２６】第４の実施例においては電子注入促進効果
構造として、エミッタ電極７の幅を規定したがこれに限
るものではなく、電子注入を促進する構造であればどの
ような構造としてもよい。また、第３の実施例のよう
に、Ｎベース層１に再結合中心を導入することも可能で
ある。

【００２７】次に第５の実施例について説明する。第５
の実施例は、Ｎバッファ層４とＰエミッタ層５の濃度及
び層厚を第１の実施例と同様の範囲内とし、かつＰエミ
ッタ層５の電気的活性化率を８０％以上にすることを特
徴とする。第５の実施例のＩＧＢＴ構造は第１の実施例
の構造と同様であるため説明を省略する。８０％の電気
的活性化率はＰエミッタ層５にボロンを注入した後、９
００℃の熱工程を経ることによって得られる。従来のＮ
バッファ層のない浅いＰエミッタ層構造の場合、Ｐエミ
ッタ層５からＮベース層１へのホールの注入が増大して
しまう等の理由により、Ｐエミッタ層の活性化率を８０
％以上にすることはできなかったが、本実施例において
は、Ｎバッファ層４及びＰエミッタ層５の濃度及び層厚
を所望の値とすることによりＰエミッタ層５の活性化率
を上げることが可能となる。これにより、安定して特性
ばらつきの少ない製品を生産することが可能となる。ま
た、第４の実施例においては第１の実施例と同様にＮバ
ッファ層の層厚は２０μｍ〜４０μｍであり、ピーク濃
度は１×１０^１５ｃｍ^−３〜１×１０^１６ｃｍ^−３、Ｐ
エミッタ層５の層厚は５μｍ以下であり、ピーク濃度は
７×１０^１７ｃｍ⁻ ^３である。

【００２８】Ｎバッファ層４とエミッタ層５の濃度及び
層厚を上記の値とすることにより、第１の実施例と同様
にオン抵抗を低減し、かつターンオフ損失を低減するこ
とが可能となる。

【００２９】次に第６の実施例について説明する。第１
の実施例において、Ｎバッファ層４のピーク濃度とＰエ
ミッタ層５のピーク濃度との差は２桁以下、すなわちＰ
エミッタ層５のピーク濃度を１×１０^１７ｃｍ^−３〜１
×１０^１８ｃｍ^−３の範囲内とした。こうすることによ
り素子のオン抵抗を低くし、ターンオフ損失を少なくす
ることができる。

【００３０】上記Ｐエミッタ層５は、一般にボロンをイ
オン注入し、その後ボロンを熱拡散することにより形成
される。しかし、上記第１の実施例に示すように、Ｐエ
ミッタ層５の層厚は５μｍ以下と薄く、拡散深さも浅く
設定されている。このため、長時間熱処理すると拡散が
深くなってしまうので、熱処理は実質的にボロンを活性
化する程度の時間だけ行われ、熱処理後のボロンの分布
形状はほぼイオン注入後の形状に近い。

【００３１】図６は例えば酸化膜を介して６０ｋｅＶの
加速エネルギーによりボロンをイオン注入した際の、Ｐ
エミッタ層５におけるコレクタ電極１０側表面からの深
さと不純物濃度との関係を示す不純物拡散濃度プロファ
イルである。上記条件でイオン注入した場合、図６に示
すように、表面から深さ０．１μｍ付近の不純物濃度が
最大となり、表面の不純物濃度はこれより低くなる。

【００３２】ところでＰエミッタ層５の不純物濃度を上
記範囲内で低くすることにより、上記効果に加え、素子
が遮断失敗等することをさらに低減できる。しかし、不
純物濃度をあまり低くすると、表面の不純物濃度もこれ
に伴って低下する。表面の不純物濃度が低くなると、最
悪の場合コレクタ電極と良好なオーミックコンタクトを
得られなくなり、素子のオン抵抗が増加する。そこで、
ボロンの注入量を最適にすることで上記問題を回避でき
るが、製造ロットごとに素子の特性にばらつきが生じる
可能性もある。

【００３３】上記問題を解決するため、第６の実施例で
はＰエミッタ層５を二重拡散により形成している。第６
の実施例において、半導体装置の構成は上記第１の実施
例のそれと同一であるため説明は省略する。

【００３４】図７は第６の実施例に係るＩＧＢＴのＰエ
ミッタ層５における、コレクタ電極１０側表面からの深
さと不純物濃度との関係を示す不純物拡散濃度プロファ
イルである。図７に示すように、Ｐエミッタ層５は、コ
レクタ電極１０側の表面近傍に第１のピーク値を有する
高濃度の拡散層と、これより低濃度で若干深い位置に第
２のピーク値が形成された拡散層とから構成されてい
る。第１のピーク値は１×１０^１８ｃｍ^−３以上に設定
される必要があり、例えば５×１０^１８ｃｍ^−３とされ
ている。また、第２のピーク値は、第１の実施例で示し
たＰエミッタ層５のピーク値、すなわち１×１０^１７ｃ
ｍ^−３〜１×１０^１８ｃｍ^−３の範囲内で設定され、例
えば５×１０^１７ｃｍ^−３とされている。

【００３５】以下、上記構成のＰエミッタ層５を形成す
る第１の方法について説明する。Ｐエミッタ層５に不純
物を注入する際、まずボロンを例えば６０ｋｅＶの加速
エネルギーでイオン注入し、続いてＢＦ２を例えば加速
エネルギー６０ｋｅＶで同様に注入する。この後、同時
に熱処理してボロン及びＢＦ２を拡散する。同じ加速エ
ネルギーを与えた場合、ボロンに対してＢＦ２は深い位
置まで注入されないため、ＢＦ２により拡散深さの浅い
位置に高濃度の不純物領域が形成され、ボロンにより拡
散深さの深い位置に低濃度の不純物領域が形成される。
第１の方法はＰエミッタ層５の拡散深さが例えば１μｍ
程度と浅い場合に有効である。

【００３６】また、第２の方法では、ボロンを例えば６
０ｋｅＶの加速エネルギーでイオン注入した後、熱処理
によりボロンを拡散する。この後、ＢＦ２を例えば６０
ｋｅＶの加速エネルギーでイオン注入した後、ＢＦ２を
活性化する程度に熱処理を行う。上記したように、ボロ
ンとＢＦ２は注入される深さが違うため、２つのピーク
位置を有するＰエミッタ層５が形成される。また、第２
の方法によれば、第１の方法に比べ不純物の分布形状を
ある程度自由に制御できる。尚、第２の方法は、Ｐエミ
ッタ層５の拡散深さが例えば４μｍ程度の場合に使用さ
れる。

【００３７】第６の実施例では、Ｐエミッタ層５のコレ
クタ電極１０側表面における不純物濃度のピーク値（第
１のピーク値）を１×１０^１８ｃｍ^−３以上とし、この
ピーク値より深い位置に１×１０^１７ｃｍ^−３〜１×１
０^１８ｃｍ^−３の範囲内で不純物濃度のピーク値（第２
のピーク値）を形成している。すなわち、不純物濃度の
第２のピーク値を第１の実施例の範囲とすることによっ
て、第１の実施例と同様の効果を得られる。さらに、表
面近傍に不純物濃度が高い第１のピーク値を形成してい
るため、コレクタ電極１０と良好なオーミックコンタク
トを得ることができ、オン抵抗の少ないＩＧＢＴを得ら
れる。

【００３８】図８は第７の実施例に係るＩＧＢＴのＰエ
ミッタ層５における、コレクタ電極１０側表面からの深
さと不純物濃度との関係を示す不純物拡散濃度プロファ
イルである。第７の実施例では、図８に示すようにコレ
クタ電極１０側表面における不純物濃度が、この不純物
濃度のピーク値の１／２以上に設定されている。すなわ
ち、まず６０ｋｅＶの加速エネルギーでボロンをイオン
注入することによって、拡散深さ０．１μｍをピーク値
とした不純物分布が得られる。この後、例えば４０ｋｅ
Ｖの加速エネルギーでボロンをイオン注入する。すなわ
ち、最初のイオン注入において濃度が落ち込む表面近く
にピーク濃度が来るような加速エネルギーで２回目のイ
オン注入を行う。こうすることによって、図８に示すよ
うに不純物濃度のピーク値が例えば８×１０^１７ｃｍ
^−３であって、且つ表面の濃度もほぼピーク値の濃度と
同じ分布形状を得られる。

【００３９】第７の実施例では、Ｐエミッタ層５を形成
する際、６０ｋｅＶの加速エネルギーでボロンをイオン
注入した後、４０ｋｅＶの加速エネルギーでボロンをイ
オン注入している。こうすることによって、不純物濃度
のピーク値が１×１０^１７ｃｍ^−３〜１×１０^１８ｃｍ
^−３の範囲内であり、且つ表面の不純物濃度がピーク値
の１／２以上という分布形状を得られる。このため、Ｐ
エミッタ層５のコレクタ電極１０側表面において、コレ
クタ電極１０と良好なオーミックコンタクトを得るのに
十分な不純物濃度を得られる。よって、第１の実施例と
同様の効果を得られるほか、素子のオン抵抗を低減した
ＩＧＢＴを得られる。

【００４０】第１の実施例乃至第７の実施例において
は、プレーナゲート型ＩＧＢＴ構造について説明した
が、本発明はこれに限らずトレンチ型ＩＧＢＴ、ＩＥＧ
Ｔ（ＩｎｊｅｃｔｉｏｎＥｎｈａｎｃｅｄＧａｔｅ
Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等あらゆるバイポーラモード
で動作するトランジスタに適用することができる。

【００４１】

【発明の効果】本発明はＮバッファ層4及びＰエミッタ
層５の濃度及び層厚を所望の値とすることにより、オン
抵抗を低減し、かつターンオフ損失を低減することが可
能となる。また、再結合中心の導入によるライフタイム
制御を行わないため、高温時においても、ターンオフ損
失を低減することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例におけるＩＧＢＴの構造
を示す断面図。

【図２】本発明の第２の実施例におけるＩＧＢＴの構造
を示す断面図。

【図３】本発明の第１の実施例におけるＩＧＢＴの不純
物拡散プロファイル。

【図４】本発明の第２の実施例におけるＩＧＢＴの不純
物拡散プロファイル。

【図５】本発明の第４の実施例におけるＩＧＢＴのＮベ
ース層中のキャリア分布濃度。

【図６】本発明の第１の実施例におけるＩＧＢＴのＰエ
ミッタ層の不純物拡散プロファイル。

【図７】本発明の第６の実施例におけるＩＧＢＴのＰエ
ミッタ層の不純物拡散プロファイル。

【図８】本発明の第７の実施例におけるＩＧＢＴのＰエ
ミッタ層の不純物拡散プロファイル。

【図９】従来のＩＧＢＴの構造を示す断面図。

【符号の説明】

１…Ｎベース層、２…Ｐベース領域、３…Ｎエミッタ領域、４…Ｎバッファ層、５…Ｐエミッタ層、６…ゲート絶縁膜、７…ゲート電極、８…絶縁酸化膜、９…エミッタ電極、１０…コレクタ電極。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者浦野聡神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝マイクロエレクトロニクスセンター内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１導電型のエミッタ層と、前記第１導電型のエミッタ層上に形成された第２導電型
のバッファ層と、前記第２導電型のバッファ層上に形成された第２導電型
のベース層と、前記第２導電型のベース層上部に選択的に形成された第
１導電型のベース領域と、前記第１導電型のベース領域上部に選択的に形成された
第２導電型のエミッタ領域と、前記第１導電型のベース領域をチャネル領域として、前
記第２導電型のベース層と前記第２導電型のエミッタ領
域との間を導通するためのゲート電極と、前記第１導電型のベース領域及び前記第２導電型のエミ
ッタ領域上に形成されたエミッタ電極と、前記第１導電型エミッタ層の前記第２導電型のバッファ
層形成面と反対の面上に形成されたコレクタ電極と、を有し、前記第２導電型のバッファ層のピーク濃度が１×１０
^１５ｃｍ^−３乃至１×１０^１６ｃｍ^−３であり、前記第
２導電型のバッファ層のピーク濃度と前記第１導電型の
エミッタ層のピーク濃度との差が２桁以下であることを
特徴とするバイポーラモードで動作する半導体装置。
【請求項２】前記第１導電型のエミッタ層の層厚が５
μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のバイ
ポーラモードで動作する半導体装置。
【請求項３】前記第２導電型のバッファ層の層厚が２
０μｍ乃至４０μｍであることを特徴とする請求項２に
記載のバイポーラモードで動作する半導体装置。
【請求項４】前記第２導電型のベース層中に再結合中
心を有し、少数キャリアのライフタイムが１５μｓ以下
であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の
バイポーラモードで動作する半導体装置。
【請求項５】前記第２導電型のベース層中への第２導
電型キャリアの注入が促進される構造を有することを特
徴とする請求項１又は請求項２に記載のバイポーラモー
ドで動作する半導体装置。
【請求項６】前記第１導電型のエミッタ層中の不純物
元素の電気的活性化率が８０％以上であることを特徴す
る請求項１又は請求項２に記載のバイポーラモードで動
作する半導体装置。
【請求項７】前記第２導電型のバッファ層のピーク濃
度が１×１０^１５ｃｍ^−３乃至１×１０^１６ｃｍ^−３で
あり、前記第１導電型のエミッタ層の前記コレクタ電極
側表面の第１のピーク濃度は１×１０^１８ｃｍ^−３以上
であって、前記第１のピーク濃度より深い位置の第２の
ピーク濃度と前記第２導電型のバッファ層のピーク濃度
との差が２桁以下であることを特徴とする請求項１に記
載のバイポーラモードで動作する半導体装置。
【請求項８】前記第１導電型のエミッタ層の前記コレ
クタ電極側表面の不純物濃度が、前記第１導電型のエミ
ッタ層のピーク濃度の１／２以上であることを特徴とす
る請求項１に記載のバイポーラで動作する半導体装置。