JP2002222951A - Method for controlling switching speed of insulated gate bipolar transistor(igbt) element, its structure and manufacturing method - Google Patents
Method for controlling switching speed of insulated gate bipolar transistor(igbt) element, its structure and manufacturing methodInfo
- Publication number
- JP2002222951A JP2002222951A JP2001369577A JP2001369577A JP2002222951A JP 2002222951 A JP2002222951 A JP 2002222951A JP 2001369577 A JP2001369577 A JP 2001369577A JP 2001369577 A JP2001369577 A JP 2001369577A JP 2002222951 A JP2002222951 A JP 2002222951A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- bipolar transistor
- igbt
- region
- insulated gate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、絶縁ゲート型バイ
ポーラトランジスタ(IGBT)のスイッチング速度の
制御方法、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IG
BT)の構造及びその製造方法に関する。特に、本発明
は、低いオン抵抗のパワートランジスタ素子及びその製
造方法、及びそのスイッチング速度を制御する方法に関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for controlling the switching speed of an insulated gate bipolar transistor (IGBT) and an insulated gate bipolar transistor (IGBT).
BT) and a method of manufacturing the same. In particular, the present invention relates to a low on-resistance power transistor device, a method of manufacturing the same, and a method of controlling a switching speed thereof.
【0002】[0002]
【従来の技術】図1は、従来技術のn−チャネル絶縁ゲ
ート型バイポーラトランジスタ(IGBT)の単一のセ
ルを示す断面図である。製造中、高電圧、高電流スイッ
チング素子に該当する多くのセルが並列に接続されてI
GBT素子が形成される。個々のIGBTセルは、n+
バッファ層2がp+シリコン基板1の上に構成され、n
−層3が前記n+バッファ層2の上にエピタキシャル成
長され、そしてp型ベース層4が前記n−エピタキシャ
ル層3の主表面上に選択的に形成されている。このよう
にして、pnpバイポーラトランジスタがp+半導体層
1、n型層2及び3(n−及びn+)及びp型ベース層
4から形成される。n+エミッタ領域5がさらに前記p
型ベース層4の主表面上に選択的に形成される。ポリシ
リコンのゲート電極7はn−エピタキシャル層3とn+
エミッタ領域5の間に挟まれた前記p型ベース層4の主
表面上のチャネル領域6上に堆積され、そして前記ゲー
ト電極7とチャネル領域6の間にはゲート絶縁膜8が存
在している。エミッタ金属(すなわち、エミッタ電極)
9は、半導体基板10の主表面上に形成され、また前記
p型ベース層4と前記n+エミッタ領域5に電気的に接
続されている。コレクタ金属(すなわち、コレクタ電
極)22は、半導体基板10、すなわち前記p+シリコ
ン基板1の主表面の下側に電気的に接続されている。2. Description of the Related Art FIG. 1 shows a conventional n-channel insulating gate.
Single-cell bipolar transistor (IGBT)
FIG. During manufacturing, high voltage and high current switches
Many cells corresponding to the switching elements are connected in parallel and I
A GBT element is formed. Each IGBT cell has n+
Buffer layer 2 is p+It is formed on a silicon substrate 1 and has n
−Layer 3 is the n+Epitaxial growth on buffer layer 2
And the p-type base layer 4 is−Epitaxy
Selectively formed on the main surface of the metal layer 3. like this
And the pnp bipolar transistor becomes p+Semiconductor layer
1, n-type layers 2 and 3 (n−And n+) And p-type base layer
4 is formed. n+The emitter region 5 further includes
It is selectively formed on the main surface of the mold base layer 4. policy
The gate electrode 7 of the recon is n−Epitaxial layer 3 and n+
The main part of the p-type base layer 4 sandwiched between the emitter regions 5
Deposited on the channel region 6 on the surface and
A gate insulating film 8 exists between the gate electrode 7 and the channel region 6.
Are there. Emitter metal (ie emitter electrode)
9 is formed on the main surface of the semiconductor substrate 10 and
p-type base layer 4 and n+Electrically connected to emitter region 5
Has been continued. Collector metal (ie, collector
Pole) 22 is the semiconductor substrate 10, that is, the p+Silico
It is electrically connected to the lower side of the main surface of the substrate 1.
【0003】IGBT素子の動作原理は従来技術からよ
く知られている。前記素子が順方向バイアスによってタ
ーンオンされると、ホールが基板1からn−エピタキシ
ャル層3(ドリフト層とも称される)に注入され、そし
て劇的にオン抵抗を減じる。前記エピタキシャル層3内
のキャリア濃度は順方向電圧バイアスにより元のターン
オフ値の1014/cm3から1016/cm3〜10
17/cm3に増加される。しかしながら、順方向バイ
アスから逆方向バイアスに切換られたとき、高密度の少
数キャリア(すなわち、ホール)が前記ドリフト層内で
すぐに消えることは不可能であるので、そのような過剰
の少数キャリアは電流の痕跡の形の再結合を経てゆっく
りと消える。コレクタ電流がオン状態の電流値からその
10%まで減らされるとき、かかる時間はターンオフ時
間と呼ばれる。そのために、従来技術のIGBT素子で
は、MOSFETのn+シリコン基板をp+シリコン基
板1で代替でき、高電気抵抗を有しているn−エピタキ
シャル層3を600〜1500ボルトの高い破壊電圧に
耐えるために使用することができる。オン状態の間に順
方向電圧降下を下げまたオン抵抗を減じるために前記エ
ピタキシャル層3内にp+シリコン基板1からホールを
注入することもまた可能である。しかしながら、順電圧
降下を減らすことはスイッチング速度を遅くしさらに緩
和時間を長くする原因となる。それはまた大きい漏れ電
流を生成する。先行技術ではこの欠点を克服するため
に、前記エピタキシャル層3(すなわち、ドリフト層)
が多くの高密度の少数キャリアの再結合中心を持つよう
にしてスイッチング速度を速くするようになされる。[0003] The operating principle of IGBT elements is well known from the prior art. When the device is turned on by a forward bias, holes are injected from the substrate 1 into the n - epitaxial layer 3 (also called the drift layer) and dramatically reduce the on-resistance. The carrier concentration in the epitaxial layer 3 is changed from an original turn-off value of 10 14 / cm 3 to 10 16 / cm 3 to 10 due to a forward voltage bias.
17 / cm 3 . However, when switching from forward bias to reverse bias, such excess minority carriers are not possible because the high density of minority carriers (ie, holes) cannot be quickly eliminated in the drift layer. It slowly disappears through recombination in the form of a trace of current. When the collector current is reduced from the on-state current value to 10% thereof, the time taken is called the turn-off time. Therefore, in the conventional IGBT element, the n + silicon substrate of the MOSFET can be replaced with the p + silicon substrate 1, and the n − epitaxial layer 3 having high electric resistance can withstand a high breakdown voltage of 600 to 1500 volts. Can be used for It is also possible to inject holes from the p + silicon substrate 1 into said epitaxial layer 3 to reduce the forward voltage drop and reduce the on-resistance during the on-state. However, reducing the forward voltage drop slows down the switching speed and further increases the relaxation time. It also produces a large leakage current. In the prior art, to overcome this drawback, the epitaxial layer 3 (ie, the drift layer)
Have a high density of minority carrier recombination centers to increase the switching speed.
【0004】従来技術では、スイッチング速度を改良す
る方法は高エネルギー粒子を照射する方法を含んでお
り、最もよく用いられるのは電子である。この方法は電
子放射法と呼ばれている。図2に見られるように、電子
放射前(a)及び電子放射後(b)のコレクタ電流の波
形は、ターンオフ時間は放射線量及びアニール条件に依
存して放射前の15〜30μsから放射後の10〜20
0nsに減少している。しかしながら、前記電子放射は
低温アニールを経なければならず、また特別な高電圧設
備が必要であるから、製造コストの点では不利である。In the prior art, methods of improving switching speed include irradiating high energy particles, the most commonly used being electrons. This method is called an electron emission method. As seen in FIG. 2, the waveforms of the collector current before (a) and after (b) the electron emission show that the turn-off time is from 15 to 30 μs before the emission to after the emission depending on the radiation dose and annealing conditions. 10-20
0 ns. However, the electron emission has to go through low temperature annealing and requires special high voltage equipment, which is disadvantageous in terms of manufacturing cost.
【0005】少数キャリアの寿命は他の方法によっても
減少でき、例えば、トランジスタの製造中に少数キャリ
アの再結合中心を増加するためにPtあるいはAuがト
ランジスタ素子に添加される。そのような従来技術の方
法はトランジスタ全体に均一にPt又はAuをドープし
て分散させることにより電子放射と同様の効果を生じさ
せ、言い換えれば少数キャリアの再結合を加速する。し
かしながら、Pt及びAuの存在は少数キャリアの寿命
を短くしまたスイッチング速度を改良するけれども、シ
リコン中のPt及びAuの溶解性は限られており、過剰
のPt及びAuは順方向電圧降下を増加させる原因とな
り高漏れ電流の結果となる。[0005] The minority carrier lifetime can be reduced by other methods, for example, Pt or Au is added to the transistor element to increase the minority carrier recombination centers during transistor fabrication. Such prior art methods produce an effect similar to electron emission by uniformly doping and dispersing Pt or Au throughout the transistor, in other words accelerating the recombination of minority carriers. However, while the presence of Pt and Au shortens minority carrier lifetime and improves switching speed, the solubility of Pt and Au in silicon is limited and excess Pt and Au increase forward voltage drop. Cause high leakage current.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】本発明により提供され
る電力用半導体素子はそれらの長い間存在していた問題
点をさらに改良するものである。前記電力素子は低抵抗
を有し、順方向電圧降下を減少でき、また特定の場所
(すなわち、n+バッファ領域の中及び周囲)に高欠陥
密度を有し、前記素子のスイッチング速度を速くし、ま
たターンオフ時間を減少させる。本発明は、またシリコ
ン単結晶基板上に従来技術の製造方法よりもより効率的
に転移無しに前記電力半導体素子を製造する方法を開示
する。すなわち、新しく開発された技術は、ゲルマニウ
ム原子をn+バッファ領域に添加して高密度の転移欠陥
を発生させ、スイッチング速度を速くし、また電力消費
を減らす。濃度が限界値にまで増加すると、ゲルマニウ
ムの原子の大きさがシリコンよりも大きいことに起因し
てミスフィット転移が発生する。転移は良好な再結合中
心となる。SUMMARY OF THE INVENTION The power semiconductor devices provided by the present invention further improve their long-standing problems. The power device has a low resistance, can reduce the forward voltage drop, and has a high defect density at a specific location (ie, in and around the n + buffer region), which increases the switching speed of the device. , And also reduce turn-off time. The present invention also discloses a method for manufacturing the power semiconductor device on a silicon single crystal substrate without transfer more efficiently than the prior art manufacturing method. That is, the newly developed technology adds germanium atoms to the n + buffer region to generate high-density dislocation defects, increase switching speed, and reduce power consumption. As the concentration increases to the limit, misfit transitions occur due to the larger atomic size of germanium than silicon. The transition is a good recombination center.
【0007】本発明の目的は、従来技術のように再結合
中心がドリフト層内ではなくバッファ層内に配置されて
いる絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)
素子を提供することである。それ故、順方向電圧降下及
び漏れ電流の増加無しに、オン抵抗は低く保たれまたス
イッチング速度は速くなり、ターンオフ時間の減少をも
たらす。An object of the present invention is to provide an insulated gate bipolar transistor (IGBT) in which the recombination center is arranged not in the drift layer but in the buffer layer as in the prior art.
It is to provide an element. Therefore, without a forward voltage drop and increased leakage current, the on-resistance is kept low and the switching speed is faster, resulting in a reduced turn-off time.
【0008】本発明の他の目的は、従来の製造方法より
もより効率的な、上述の絶縁ゲート型バイポーラトラン
ジスタ(IGBT)素子の製造方法を提供することであ
る。It is another object of the present invention to provide a method of manufacturing the above-described insulated gate bipolar transistor (IGBT) device which is more efficient than conventional manufacturing methods.
【0009】本発明のさらなる目的は、絶縁ゲート型バ
イポーラトランジスタ(IGBT)素子の順方向電圧降
下及び漏れ電流を変えずに、少数キャリアの寿命を減少
しまたスイッチング速度を改良し得る、前記絶縁ゲート
型バイポーラトランジスタ(IGBT)素子のスイッチ
ング速度を制御する方法を提供することである。It is a further object of the present invention to provide an insulated gate bipolar transistor (IGBT) device which can reduce minority carrier lifetime and improve switching speed without changing the forward voltage drop and leakage current of the device. It is an object of the present invention to provide a method for controlling the switching speed of a bipolar transistor (IGBT) device.
【0010】上記目的を達成するために、本発明の第1
の態様によれば、コレクタとしてp +シリコン基板、前
記p+シリコン基板上に形成されたn+バッファ層、及
び前記n+バッファ層上に形成されたn−エピタキシャ
ル層を順に有し、p型ベース領域を前記n−エピタキシ
ャル層上の主表面に選択的に形成することによって形成
されたpnpバイポーラトランジスタ、前記ベース領域
上の主表面に形成されたn+エミッタ領域、前記エミッ
タ領域上に形成されたエミッタ金属、n−エピタキシャ
ル層及びn+層エミッタ領域で囲まれた部分の上部のチ
ャネル領域にあるゲート酸化物上に形成されたポリシリ
コンのゲート電極を有してなる絶縁ゲート型バイポーラ
トランジスタ(IGBT)素子において、ミスフィット
転移層が、前記n+バッファ層及び前記p+シリコン基
板及び前記n−エピタキシャル層の間の隣り合った界面
に、前記n+バッファ層内にゲルマニウム(Ge)をド
ープする方法によって形成され、そのようにして、少数
キャリアの寿命を短くしてスイッチング速度を速くした
ことを特徴とする絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ
(IGBT)素子が提供される。[0010] To achieve the above object, the first aspect of the present invention is as follows.
According to the aspect of p, +Silicon substrate, front
Note p+N formed on a silicon substrate+Buffer layer
And said n+N formed on the buffer layer−Epitaxy
A p-type base region in the n-type region.−Epitaxy
Formed by selectively forming the main surface on the
Pnp bipolar transistor, the base region
N formed on the upper main surface+Emitter region, the emitter
Emitter metal formed on the−Epitaxy
Layer and n+The upper chip of the part surrounded by the layer emitter region
Polysilicon formed on the gate oxide in the channel region
Insulated gate bipolar transistor having a gate electrode
Misfit in transistor (IGBT) device
The transition layer is+Buffer layer and the p+Silicon base
Board and said n−Adjacent interfaces between epitaxial layers
The above n+Doping germanium (Ge) into the buffer layer
Formed by the way that
Shorter carrier life and faster switching speed
Insulated gate bipolar transistor characterized by the following:
An (IGBT) device is provided.
【0011】本発明の他の態様によれば、コレクタとし
てp+シリコン基板、前記p+シリコン基板上に接合さ
れたn+バッファ層、及び前記n+バッファ層はその上
に薄いn−層を有し、前記n−薄層上の主表面にp型ベ
ース領域を選択的に形成することによって形成されたp
npバイポーラトランジスタ、前記ベース領域上の主表
面に形成されたn+エミッタ領域、前記エミッタ領域上
に形成されたエミッタ金属、n−エピタキシャル層及び
n+層エミッタ領域で囲まれた部分の上部のチャネル領
域にあるゲート酸化物上に形成されたポリシリコンのゲ
ート電極を有してなる絶縁ゲート型バイポーラトランジ
スタ(IGBT)素子において、ゲルマニウムの原子の
大きさがシリコンよりも大きいので、ゲルマニウム(G
e)を前記n+バッファ内にドープする方法により、前
記n+バッファ層及び前記p+シリコン基板及び前記n
−エピタキシャル層の間の隣り合った界面にミスフィッ
ト転移層の形成が可能となり、ウエハ接合によって欠陥
層が前記p+シリコン基板と前記n+バッファ層の間に
形成され、そのようにして、少数キャリアの寿命を短く
してスイッチング速度を速くしたことを特徴とする絶縁
ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)素子が提
供される。According to another aspect of the present invention, p + silicon substrate as a collector, the p + silicon substrate n + buffer layer bonded to, and a thin n wherein n + buffer layer thereon - the layer And p formed by selectively forming a p-type base region on the main surface on the n − thin layer.
an np bipolar transistor, an n + emitter region formed on the main surface on the base region, an emitter metal formed on the emitter region, a channel above a portion surrounded by the n − epitaxial layer and the n + layer emitter region In an insulated gate bipolar transistor (IGBT) device having a polysilicon gate electrode formed on a gate oxide in a region, the size of germanium is larger than that of silicon.
e) into the n + buffer by the method of doping e) into the n + buffer layer, the p + silicon substrate and the n + buffer.
- formation of an interface to the misfit dislocation layer adjacent between the epitaxial layer becomes possible, the defect layer by wafer bonding is formed between the p + silicon substrate and the n + buffer layer, in that way, a small number Provided is an insulated gate bipolar transistor (IGBT) element characterized in that the switching speed is increased by shortening the life of the carrier.
【0012】本発明のさらなる態様によれば、絶縁ゲー
ト型バイポーラトランジスタ(IGBT)素子の製造方
法が提供され、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジス
タ(IGBT)素子は、コレクタとしてp+シリコン基
板、前記p+シリコン基板上に形成されたn+バッファ
層、及び前記n+バッファ層上に形成されたn−エピタ
キシャル層を順に有し、前記n−エピタキシャル層上の
主表面にp型ベース領域を選択的に形成することにより
生成されたpnpバイポーラトランジスタ、前記ベース
領域上の主表面に形成されたn+エミッタ領域、前記エ
ミッタ領域上に形成されたエミッタ金属、p型ベース領
域及びn−エピタキシャル層及びn+層エミッタ領域で
囲まれた部分の上部のチャネル領域にあるゲート酸化物
上に形成されたポリシリコンのゲート電極、及び前記p
+シリコン基板の底部主表面に形成されたコレクタ電極
を有しているものであって、ゲルマニウムの原子の大き
さがシリコンよりも大きいので、n+層のエピタキシャ
ル成長の間に少量のGeH 4をエピタキシャル成長装置
内に添加することによってゲルマニウム(Ge)を前記
n+バッファ層に添加する方法によって、前記n+バッ
ファ層及び前記p+シリコン基板及び前記n−エピタキ
シャル層の間の隣り合った界面に、ミスフィット転移層
の形成が可能となり、そのようにして、少数キャリアの
寿命を短くしてスイッチング速度を速くしたことを特徴
とする絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGB
T)素子の製造方法が提供される。According to a further aspect of the present invention, an insulating gate is provided.
Method of manufacturing bipolar transistor (IGBT) device
A method is provided wherein the insulated gate bipolar transistor is provided.
(IGBT) element has p as a collector+Silicon base
Board, said p+N formed on a silicon substrate+buffer
A layer, and the n+N formed on the buffer layer−Epita
X layers in order, and the n−On the epitaxial layer
By selectively forming a p-type base region on the main surface
Generated pnp bipolar transistor, said base
N formed on the main surface on the region+Emitter region,
Emitter metal formed on the emitter region, p-type base region
Area and n−Epitaxial layer and n+In the layer emitter area
Gate oxide in the channel region above the enclosed area
A polysilicon gate electrode formed thereon;
+Collector electrode formed on bottom main surface of silicon substrate
Having the size of an atom of germanium
Is larger than silicon, so n+Layer epitaxy
A small amount of GeH during growth 4The epitaxial growth equipment
Germanium (Ge) by adding
n+Depending on the method of adding to the buffer layer, n+Bag
P-layer and the p+A silicon substrate and the n−Epitaki
A misfit transition layer is placed on the adjacent interface between the char layers.
Can be formed, and thus, the minority carrier
Features shorter life and faster switching speed
Insulated gate bipolar transistor (IGB)
T) A method for manufacturing a device is provided.
【0013】本発明のまた別の態様によれば、絶縁ゲー
ト型バイポーラトランジスタ(IGBT)素子の製造方
法が提供され、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジス
タ(IGBT)素子は、コレクタとしてp+シリコン基
板、前記p+シリコン基板上に接合されたn+バッファ
層、及び前記n+バッファ層はその上に薄いn−エピタ
キシャル層を有し、前記n−薄層上の主表面にp型ベー
ス領域を選択的に形成することによって形成されたpn
pバイポーラトランジスタ、前記ベース領域上の主表面
に形成されたn+エミッタ領域、前記エミッタ領域上に
形成されたエミッタ金属、p型ベース領域及びn−エピ
タキシャル層及びn+層エミッタ領域で囲まれた部分の
上部のチャネル領域にあるゲート酸化物上に形成された
ポリシリコンのゲート電極、及びp+シリコン基板の底
部主表面上に形成されたコレクタ電極を有しているもの
であって、欠陥層が前記p+シリコン基板と前記n+バ
ッファ層の間にウエハ接合によって形成され、そのよう
にして、少数キャリアの寿命を短くしてスイッチング速
度を速くしたことを特徴とする絶縁ゲート型バイポーラ
トランジスタ(IGBT)素子の製造方法が提供され
る。According to still another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an insulated gate bipolar transistor (IGBT) element, wherein the insulated gate bipolar transistor (IGBT) element has a p + silicon substrate as a collector, an n + buffer layer joined on a p + silicon substrate, and the n + buffer layer has a thin n − epitaxial layer thereon, and selectively has a p-type base region on a major surface on the n − thin layer Pn formed by forming
a p-type bipolar transistor, an n + emitter region formed on the main surface on the base region, an emitter metal formed on the emitter region, a p-type base region, and an n − epitaxial layer and an n + layer emitter region. A polysilicon gate electrode formed on the gate oxide in the channel region above the portion and a collector electrode formed on the bottom major surface of the p + silicon substrate, wherein the defect layer Formed by wafer bonding between the p + silicon substrate and the n + buffer layer, thereby shortening the minority carrier lifetime and increasing the switching speed. An IGBT) device manufacturing method is provided.
【0014】本発明のまた別の態様によれば、絶縁ゲー
ト型バイポーラトランジスタ(IGBT)素子のスイッ
チング速度を制御する方法であって、前記絶縁ゲート型
バイポーラトランジスタ(IGBT)素子は、コレクタ
としてp+シリコン基板、前記p+シリコン基板上に接
合されたn+バッファ層、及び前記n+バッファ層はそ
の上に薄いn−エピタキシャル層を有し、前記n−薄層
上の主表面にp型ベース領域を選択的に形成することに
よって形成されたpnpバイポーラトランジスタ、前記
ベース領域上の主表面に形成されたn+エミッタ領域、
前記エミッタ領域上に形成されたエミッタ金属、p型ベ
ース領域及びn−エピタキシャル層及びn+層エミッタ
領域で囲まれた部分の上部のチャネル領域にあるゲート
酸化物上に形成されたポリシリコンのゲート電極、及び
p+シリコン基板の底部主表面上に形成されたコレクタ
電極を有しているものであり、前記ゲルマニウムの原子
の大きさがシリコンよりも大きいので、n+層のエピタ
キシャル成長の間に少量のGeH4をエピタキシャル成
長装置内に添加することによって前記n+バッファ層に
ゲルマニウム(Ge)を添加する方法により、前記n+
バッファ層及び前記p+シリコン基板及び前記n−エピ
タキシャル層の間の隣り合った界面に、ミスフィット転
移層の形成が可能となり、そのようにして、少数キャリ
アの寿命を短くしてスイッチング速度を速くすることを
特徴とする絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IG
BT)素子のスイッチング速度を制御する方法が提供さ
れる。According to yet another aspect of the present invention, there is provided a method of controlling a switching speed of an insulated gate bipolar transistor (IGBT) element, wherein the insulated gate bipolar transistor (IGBT) element has p + as a collector. silicon substrate, n + buffer layer bonded to the p + silicon substrate, and the n + buffer layer is thinner n thereon - having an epitaxial layer, the n - p-type base on the main surface of the thin layer A pnp bipolar transistor formed by selectively forming a region, an n + emitter region formed on a main surface on the base region,
An emitter metal formed on the emitter region, a p-type base region and a polysilicon gate formed on a gate oxide in a channel region above a portion surrounded by the n − epitaxial layer and the n + layer emitter region. An electrode, and a collector electrode formed on the bottom major surface of the p + silicon substrate, wherein the germanium atoms are larger in size than silicon, so that a small amount is formed during the epitaxial growth of the n + layer. the method of adding germanium (Ge) in the n + buffer layer by the addition of GeH 4 into the epitaxial growth apparatus, the n +
At the adjacent interface between the buffer layer and the p + silicon substrate and the n − epitaxial layer, a misfit transition layer can be formed, thus shortening the minority carrier lifetime and increasing the switching speed. Insulated gate bipolar transistor (IG
A method is provided for controlling the switching speed of a BT) element.
【0015】本発明のまた別の態様によれば、絶縁ゲー
ト型バイポーラトランジスタ(IGBT)素子のスイッ
チング速度を制御する方法であって、前記絶縁ゲート型
バイポーラトランジスタ(IGBT)素子は、コレクタ
としてp+シリコン基板、前記p+シリコン基板上に接
合されたn+バッファ層、及び前記n+バッファ層はそ
の上に薄いn−エピタキシャル層を有し、前記n−薄層
上の主表面にp型ベース領域を選択的に形成することに
よって形成されたpnpバイポーラトランジスタ、前記
ベース領域上の主表面に形成されたn+エミッタ領域、
前記エミッタ領域上に形成されたエミッタ金属、p型ベ
ース領域及びn−エピタキシャル層及びn+層エミッタ
領域で囲まれた部分の上部のチャネル領域にあるゲート
酸化物上に形成されたポリシリコンのゲート電極、及び
p+シリコン基板の底部主表面上に形成されたコレクタ
電極を有しているものであり、前記n+バッファ層にゲ
ルマニウム(Ge)を添加する方法により転移層が形成
され、またp+シリコン基板とn+バッファ層の間にウ
エハ接合によって欠陥層が形成され、そのようにして、
少数キャリアの寿命を短くしてスイッチング速度を速く
することを特徴とする絶縁ゲート型バイポーラトランジ
スタ(IGBT)素子のスイッチング速度を制御する方
法が提供される。According to yet another aspect of the present invention, there is provided a method of controlling a switching speed of an insulated gate bipolar transistor (IGBT) element, wherein the insulated gate bipolar transistor (IGBT) element has p + as a collector. silicon substrate, n + buffer layer bonded to the p + silicon substrate, and the n + buffer layer is thinner n thereon - having an epitaxial layer, the n - p-type base on the main surface of the thin layer A pnp bipolar transistor formed by selectively forming a region, an n + emitter region formed on a main surface on the base region,
An emitter metal formed on the emitter region, a p-type base region and a polysilicon gate formed on a gate oxide in a channel region above a portion surrounded by the n − epitaxial layer and the n + layer emitter region. An electrode, and a collector electrode formed on the bottom main surface of the p + silicon substrate, wherein a transition layer is formed by a method of adding germanium (Ge) to the n + buffer layer; A defect layer is formed by wafer bonding between the + silicon substrate and the n + buffer layer, and
A method is provided for controlling the switching speed of an insulated gate bipolar transistor (IGBT) device, wherein the switching speed is increased by shortening the minority carrier lifetime.
【0016】本発明のまた別の態様によれば、ゲルマニ
ウムの濃度はシリコンの0.5〜4原子%の間の値を有
するのが好ましい。According to another aspect of the present invention, the concentration of germanium preferably has a value between 0.5 and 4 atomic% of silicon.
【0017】本発明のまた別の態様によれば、欠陥層は
磨かれたp+CZウエハをn−FZウエハに接合させて
ウエハ接合によりn+トップ層を有するようになされ
る。前記n−FZウエハのn+トップ層は固体源拡散、
ガス源拡散、あるいはイオン打ち込みによって形成し得
る。イオン打ち込みが用いられるならヒ素及びアンチモ
ンが好ましいイオンであり、前記n−FZウエハの磨か
れた表面はn+ドープ前にパターン化されてもよい。In accordance with yet another aspect of the invention, the defect layer is formed by bonding a polished p + CZ wafer to an n − FZ wafer to have an n + top layer by wafer bonding. Wherein n - n + top layer of FZ wafer solid source diffusion,
It can be formed by gas source diffusion or ion implantation. Arsenic and antimony if ion implantation is used is preferably ion, the n - FZ polished surface of the wafer may be patterned prior to n + doped.
【0018】本発明の上述の目的、態様、及び利点は、
以下の図面に関連した詳細な説明から、より明らかにな
るであろう。ここで、図1は従来例のnチャネル絶縁ゲ
ートバイポーラトランジスタ(IGBT)素子を示す横
断面図である。図2A及び図2Bは電子放射前及び後の
それぞれを示すコレクタ電流ターンオフ波形図である。
図3A及び図3Bはそれぞれ本発明による転移層及び欠
陥層の構造を示す横断面図である。そして、図4A〜図
4Mはそれぞれ本発明による絶縁ゲート型バイポーラト
ランジスタ(IGBT)素子の詳細な製造工程を示す横
断面図である。The above objects, aspects and advantages of the present invention are:
It will become more apparent from the detailed description taken in conjunction with the following drawings. Here, FIG. 1 is a cross-sectional view showing a conventional n-channel insulated gate bipolar transistor (IGBT) element. 2A and 2B are collector current turn-off waveform diagrams before and after electron emission, respectively.
3A and 3B are cross-sectional views illustrating structures of a transition layer and a defect layer according to the present invention, respectively. 4A to 4M are cross-sectional views showing detailed manufacturing steps of an insulated gate bipolar transistor (IGBT) device according to the present invention.
【0019】図1を参照すると、その発明は、厚さ約5
〜12μmのリンをドープしたn+バッファ層2が前記
p+シリコン基板1上に形成され、厚さ約60〜150
μmのn−エピタキシャル層3が前記n+バッファ層2
上に形成されており、そしてp−型ベース領域4が前記
n−エピタキシャル層3上の主表面に選択的に形成され
ている絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGB
T)素子を提供する。そのようにしてpnpバイポーラ
トランジスタがp+半導体層1、n型層2及び3(n−
及びn+)及びp型ベース層から形成される。n+エミ
ッタ領域5がさらに前記p型ベース層4の上部主表面上
に選択的に形成される。ポリシリコンのゲート電極7が
n+エミッタ領域によって囲まれている前記n−エピタ
キシャル層3及びp型ベース層4の主表面領域の上部の
チャネル領域6上に堆積され、そして前記ゲート電極7
及びチャネル領域6の間にゲート絶縁フィルム8が存在
する。エミッタ金属(すなわち、エミッタ電極)9は半
導体本体10の上部主表面上に形成され、前記p型ベー
ス層4及びn+エミッタ領域に電気的に接続されてい
る。コレクタ金属(すなわち、コレクタ電極)11は半
導体本体10、すなわちp+シリコン基板1の下部表面
に電気的に接続されている。Referring to FIG. 1, the invention provides a thickness of about 5 mm.
An n + buffer layer 2 doped with phosphorus of 〜12 μm is formed on the p + silicon substrate 1 and has a thickness of about 60 to 150 μm.
μm n − epitaxial layer 3 is the n + buffer layer 2
An insulated gate bipolar transistor (IGB) having a p − type base region 4 selectively formed on a main surface on the n − epitaxial layer 3.
T) providing an element; In this way, the pnp bipolar transistor is composed of the p + semiconductor layer 1, the n-type layers 2 and 3 (n −
And n + ) and p-type base layers. An n + emitter region 5 is further selectively formed on the upper main surface of the p-type base layer 4. A gate electrode 7 of polysilicon is deposited on the channel region 6 above the main surface region of the n − epitaxial layer 3 and the p-type base layer 4 surrounded by the n + emitter region, and
And a gate insulating film 8 between the channel region 6. An emitter metal (that is, an emitter electrode) 9 is formed on an upper main surface of the semiconductor body 10 and is electrically connected to the p-type base layer 4 and the n + emitter region. Collector metal (ie, collector electrode) 11 is electrically connected to semiconductor body 10, that is, the lower surface of p + silicon substrate 1.
【0020】図3Aに示すように、この発明は絶縁ゲー
ト型バイポーラトランジスタ(IGBT)素子のスイッ
チング特性を改良する方法を提供する。ゲルマニウムの
原子の大きさがシリコンのよりも大きいという事実か
ら、よく知られているミスフィット転移構造が引き起こ
される。転移層2’はゲルマニウム(Ge)をn+エピ
タキシャル層の成長の間に少量のGeH4をエピタキシ
ャル反応装置(図示せず)内に添加することによって、
ゲルマニウム濃度がシリコンに対して0.5〜4原子%
となるように、前記n+バッファ層2内にドープするこ
とにより形成し得る。そのようにして、少数キャリアの
寿命が減少してスイッチング速度が速くなる。その後n
−エピタキシャル層3が前記バッファ層2上にエピタキ
シャル成長される。As shown in FIG. 3A, the present invention provides a method for improving the switching characteristics of an insulated gate bipolar transistor (IGBT) device. The fact that the atomic size of germanium is larger than that of silicon causes a well-known misfit transition structure. The transition layer 2 ′ is formed by adding germanium (Ge) during the growth of the n + epitaxial layer with a small amount of GeH 4 into an epitaxial reactor (not shown).
Germanium concentration of 0.5 to 4 atomic% with respect to silicon
The n + buffer layer 2 can be formed by doping such that In that way, the minority carrier lifetime is reduced and the switching speed is increased. Then n
An epitaxial layer 3 is epitaxially grown on said buffer layer 2;
【0021】本発明に従うと、絶縁ゲート型バイポーラ
トランジスタ(IGBT)素子のスイッチング特性を改
良する他の方法が提供される。図3Bに示したように、
欠陥層2”はウエハ接合によりp+シリコン基板1及び
n+バッファ層2の間に形成される。符号2’はゲルマ
ニウム原子により形成された転移層を表す。この場合、
層1及び2の間に形成された結合面は室温で接触させて
それから0.1PSI〜10PSI(約6.9×102
Pa〜6.9×104Pa)の一定の圧力を加えること
により形成される。上述の2つの表面の結合はvan der
Waals の力によって生じる。室温下で結合されたウエハ
はさらに800℃〜1200℃まで加熱され、それによ
って原子は拡散して2つの層の原子格子が接合する。再
度図3Bを参照すると、n+トップ層を有するn−FZ
ウエハが磨かれたp+CZウエハ(すなわち、p+シリ
コン基板)に接合される。そのようにして接合されたウ
エハのn−層は接地され、所望の厚みに磨かれる。前記
n−FZウエハのn+トップ層は固相拡散、ガス相拡散
あるいはイオン打ち込みによって形成し得る。もしイオ
ン打ち込みが用いられるならヒ素及びアンチモンが望ま
しく、また前記n−FZウエハの磨かれた表面はn+ド
ープの前にパターン化される。そのようにして製造され
た欠陥層は前記IGBT内の過剰な少数キャリアの再結
合速度を制御することによりIGBTのスイッチング速
度を制御できる。本発明によれば、また、少数キャリア
の再結合中心が従来例のドリフト層の代わりにバッファ
層内に形成される。それ故、漏れ電流を減少することが
可能となる。According to the present invention, there is provided another method for improving the switching characteristics of an insulated gate bipolar transistor (IGBT) device. As shown in FIG. 3B,
The defect layer 2 ″ is formed between the p + silicon substrate 1 and the n + buffer layer 2 by wafer bonding. Reference numeral 2 ′ denotes a transition layer formed by germanium atoms.
The bonding surface formed between layers 1 and 2 was brought into contact at room temperature and then 0.1 PSI to 10 PSI (about 6.9 × 10 2
It is formed by applying a constant pressure of Pa to 6.9 × 10 4 Pa). The connection between the two surfaces is van der
Produced by the power of Waals. The bonded wafer at room temperature is further heated to 800-1200 ° C., thereby diffusing the atoms and joining the atomic lattice of the two layers. Referring again to FIG. 3B, n − FZ with n + top layer
The wafer is bonded to a polished p + CZ wafer (ie, a p + silicon substrate). The n - layer of the wafer so bonded is grounded and polished to the desired thickness. Wherein n - n + top layer of FZ wafer solid phase diffusion may be formed by implantation gas phase diffusion or ion. If ion implantation is arsenic and antimony is desirable if used, also the n - FZ polished surface of the wafer is patterned before the n + doped. The defect layer thus manufactured can control the switching speed of the IGBT by controlling the recombination speed of the excess minority carriers in the IGBT. According to the present invention, the recombination centers of minority carriers are formed in the buffer layer instead of the conventional drift layer. Therefore, it is possible to reduce the leakage current.
【0022】図4A〜4Mは、それぞれ、本発明による
絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)素子
を製造する詳細な工程を示す横断面図である。そのよう
な工程は本発明による転移層あるいはウエハ接合の完了
後に実行され、そして次の工程を含む。 (1)図4Aに示すように、n−エピタキシャル層3上
にフィールド酸化物層11を成長する; (2)図4Bに示すように、フォトレジスト12を供給
して、p+打ち込み用開口13を開け、そして前記フィ
ールド酸化物11をエッチングする; (3)図4Cに示すように、p+打ち込みを実行してp
型ベース層14を形成し、そしてフォトレジスト層を除
去する; (4)図4Dに示すように、p+ドーパントをドライブ
−インして前記p型ベース層14を形成する; (5)図4Eに示すように、ゲート酸化物15を成長及
びポリシリコン層16の堆積を行う; (6)図4Fに示すように、ポリシリコンゲート電極の
マスキングとエッチングを行ってポリシリコンゲート電
極17を形成するとともにp型ベース領域を開ける; (7)図4Gに示すように、p−打ち込み及びp−ドラ
イブ−インを行ってベース領域18を形成する; (8)図4Hに示すように、n+フォトレジスト層を設
けてn+打ち込みを行う; (9)図4Iに示すように、前記ごとレジスト層を除去
してn+打ち込み部のドライブ−インを行ってエミッタ
領域19を形成する; (10)図4Jに示すように、BPSG(boro phospho
silicate)のような酸化物内部層20を堆積し、コンタ
クトフォトレジスト層を形成し; (11)図4Kに示すように、前記酸化物内部層20を
エッチングしてエミッタコンタクトを形成し、前記フォ
トレジスト層を除去して前記エミッタコンタクトをメタ
ライズする; (12)パッシブ層(酸化物+窒化物)32を形成す
る; (13)図4Lに示すように、ウエハの底部表面を研磨
し、清浄化し、そしてコレクタ電極金属(チタン、ニッ
ケル)22を気相堆積する; (14)完成した絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ
(IGBT)素子の横断面図は図4Mに示すとおりであ
る。FIGS. 4A to 4M are cross-sectional views showing detailed steps of manufacturing an insulated gate bipolar transistor (IGBT) device according to the present invention. Such steps are performed after completion of the transfer layer or wafer bonding according to the present invention, and include the following steps. (1) As shown in FIG. 4A, a field oxide layer 11 is grown on the n − epitaxial layer 3; (2) As shown in FIG. 4B, a photoresist 12 is supplied to form ap + implantation opening 13 And etching the field oxide 11; (3) Perform ap + implant to perform p + as shown in FIG. 4C.
Forming a base layer 14 and removing the photoresist layer; (4) driving-in a p + dopant to form the p-type base layer 14, as shown in FIG. 4D; (5) FIG. 4E 4G, the gate oxide 15 is grown and the polysilicon layer 16 is deposited. (6) As shown in FIG. 4F, the polysilicon gate electrode 17 is formed by masking and etching the polysilicon gate electrode. (7) As shown in FIG. 4G, p - implantation and p - drive-in are performed to form a base region 18; (8) As shown in FIG. 4H, n + photo performing n + implant is provided a resist layer; (9) as shown in FIG. 4I, the each resist layer is removed n + implantation of the drive - the emitter region 19 by performing an in Formed to; (10) as shown in FIG. 4J, BPSG (boro phospho
depositing an oxide inner layer 20 such as silicate and forming a contact photoresist layer; (11) etching the oxide inner layer 20 to form an emitter contact as shown in FIG. Removing the resist layer to metallize the emitter contacts; (12) forming a passive layer (oxide + nitride) 32; (13) polishing and cleaning the bottom surface of the wafer as shown in FIG. 4L. And a collector electrode metal (titanium, nickel) 22 is vapor-phase deposited; (14) A cross-sectional view of the completed insulated gate bipolar transistor (IGBT) device is as shown in FIG. 4M.
【0023】上記のものは縦型二重拡散n−チャネルI
GBTの形式のものが述べられているけれども、本発明
はまたp−チャネルIGBTや溝型IGBTにも適用し
得る。さらには、本発明は上述のものに限定されるもの
ではなく、種々の変形ないし改変も許容されるが、本発
明の意義及び範囲は特許請求の範囲の記載に基いて定め
られるべきものである。The above is a vertical double diffused n-channel I
Although described in the form of GBTs, the invention is also applicable to p - channel IGBTs and trench IGBTs. Furthermore, the present invention is not limited to the above-described ones, and various modifications and alterations are allowed, but the meaning and scope of the present invention should be determined based on the description in the claims. .
【図1】 従来例のn−チャネル絶縁ゲートバイポーラ
トランジスタ(IGBT)素子を示す横断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a conventional n-channel insulated gate bipolar transistor (IGBT) element.
【図2】 図2A及び図2Bは電子放射前及び後のそれ
ぞれを示すコレクタ電流ターンオフ波形図である。FIGS. 2A and 2B are collector current turn-off waveform diagrams showing before and after electron emission, respectively.
【図3】 図3A及び図3Bはそれぞれ本発明による転
移層及び欠陥層の構造を示す横断面図である。3A and 3B are cross-sectional views illustrating structures of a transition layer and a defect layer according to the present invention, respectively.
【図4A】 本発明による絶縁ゲート型バイポーラトラ
ンジスタ(IGBT)素子の詳細な製造工程を示す横断
面図である。FIG. 4A is a cross-sectional view showing a detailed manufacturing step of the insulated gate bipolar transistor (IGBT) element according to the present invention.
【図4B】 本発明による絶縁ゲート型バイポーラトラ
ンジスタ(IGBT)素子の詳細な製造工程を示す横断
面図である。FIG. 4B is a cross-sectional view showing a detailed manufacturing process of the insulated gate bipolar transistor (IGBT) device according to the present invention.
【図4C】 本発明による絶縁ゲート型バイポーラトラ
ンジスタ(IGBT)素子の詳細な製造工程を示す横断
面図である。FIG. 4C is a cross sectional view showing a detailed manufacturing step of the insulated gate bipolar transistor (IGBT) element according to the present invention.
【図4D】 本発明による絶縁ゲート型バイポーラトラ
ンジスタ(IGBT)素子の詳細な製造工程を示す横断
面図である。FIG. 4D is a cross-sectional view showing a detailed manufacturing step of the insulated gate bipolar transistor (IGBT) element according to the present invention.
【図4E】 本発明による絶縁ゲート型バイポーラトラ
ンジスタ(IGBT)素子の詳細な製造工程を示す横断
面図である。FIG. 4E is a cross sectional view showing a detailed manufacturing step of the insulated gate bipolar transistor (IGBT) element according to the present invention.
【図4F】 本発明による絶縁ゲート型バイポーラトラ
ンジスタ(IGBT)素子の詳細な製造工程を示す横断
面図である。FIG. 4F is a cross sectional view showing a detailed manufacturing step of the insulated gate bipolar transistor (IGBT) element according to the present invention.
【図4G】 本発明による絶縁ゲート型バイポーラトラ
ンジスタ(IGBT)素子の詳細な製造工程を示す横断
面図である。FIG. 4G is a cross-sectional view showing a detailed manufacturing step of the insulated gate bipolar transistor (IGBT) element according to the present invention;
【図4H】 本発明による絶縁ゲート型バイポーラトラ
ンジスタ(IGBT)素子の詳細な製造工程を示す横断
面図である。FIG. 4H is a cross-sectional view showing a detailed manufacturing step of the insulated gate bipolar transistor (IGBT) element according to the present invention.
【図4I】 本発明による絶縁ゲート型バイポーラトラ
ンジスタ(IGBT)素子の詳細な製造工程を示す横断
面図である。FIG. 4I is a cross-sectional view showing a detailed manufacturing step of the insulated gate bipolar transistor (IGBT) element according to the present invention.
【図4J】 本発明による絶縁ゲート型バイポーラトラ
ンジスタ(IGBT)素子の詳細な製造工程を示す横断
面図である。FIG. 4J is a cross-sectional view showing a detailed manufacturing step of the insulated gate bipolar transistor (IGBT) element according to the present invention.
【図4K】 本発明による絶縁ゲート型バイポーラトラ
ンジスタ(IGBT)素子の詳細な製造工程を示す横断
面図である。FIG. 4K is a cross-sectional view showing a detailed manufacturing step of the insulated gate bipolar transistor (IGBT) element according to the present invention;
【図4L】 本発明による絶縁ゲート型バイポーラトラ
ンジスタ(IGBT)素子の詳細な製造工程を示す横断
面図である。FIG. 4L is a cross-sectional view showing a detailed manufacturing step of the insulated gate bipolar transistor (IGBT) element according to the present invention.
【図4M】 本発明による絶縁ゲート型バイポーラトラ
ンジスタ(IGBT)素子の詳細な製造工程を示す横断
面図である。FIG. 4M is a cross sectional view showing a detailed manufacturing step of the insulated gate bipolar transistor (IGBT) element according to the present invention.
1 シリコン基板 2 n+バッファ層 2’ 転移層 2” 欠陥層 3 n−エピタキシャル層 4 p型ベース領域 5 n+エミッタ領域 6 チャネル領域 7 ゲート電極 8 ゲート絶縁フィルム 9 エミッタ電極 10 半導体基体 11 内部酸化物又はフィールド酸化物 12 フォトレジスト層 13 開口 14 p型ベース領域 15 ゲート酸化物 16、17 ポリシリコン 18 p型ベース領域 19 エミッタ領域 20 酸化物内部層 21 パッシブ層 22 コレクタ電極REFERENCE SIGNS LIST 1 silicon substrate 2 n + buffer layer 2 ′ transition layer 2 ″ defect layer 3 n − epitaxial layer 4 p-type base region 5 n + emitter region 6 channel region 7 gate electrode 8 gate insulating film 9 emitter electrode 10 semiconductor substrate 11 internal oxidation Object or field oxide 12 Photoresist layer 13 Opening 14 P-type base region 15 Gate oxide 16, 17 Polysilicon 18 P-type base region 19 Emitter region 20 Oxide inner layer 21 Passive layer 22 Collector electrode
Claims (12)
p+シリコン基板上に形成されたn+バッファ層を有
し、また前記n+バッファ層は上部にn−薄層を有し、
前記n−薄層上の主表面にp型ベース領域を選択的に形
成することによってpnpバイポーラトランジスタを形
成し、前記ベース領域上の主表面にn+エミッタ領域を
形成し、前記エミッタ領域上にエミッタ金属を形成し、
p型ベース領域及びn−エピタキシャル層及びn+層エ
ミッタ領域で囲まれた部分の上部のチャネル領域にある
ゲート酸化物上にポリシリコンのゲート電極を形成して
なる絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)
素子において、ミスフィット転移層が、前記n+バッフ
ァ層及び前記p+シリコン基板及び前記n−エピタキシ
ャル層の間の隣り合った界面に、前記n+バッファ層内
にゲルマニウム(Ge)をドープする方法によって形成
され、そのようにして、少数キャリアの寿命を短くして
スイッチング速度を速くしたことを特徴とする絶縁ゲー
ト型バイポーラトランジスタ(IGBT)素子。1. A p + silicon substrate as a collector, the p + silicon having an n + buffer layer formed on the substrate and the n + buffer layer is n on top - has a thin layer,
Forming a pnp bipolar transistor by selectively forming a p-type base region on the main surface on the n − thin layer; forming an n + emitter region on the main surface on the base region; Forming the emitter metal,
An insulated gate bipolar transistor (IGBT) in which a polysilicon gate electrode is formed on a gate oxide in a channel region above a portion surrounded by a p-type base region, an n − epitaxial layer, and an n + layer emitter region.
In the device, a method in which a misfit transition layer doped germanium (Ge) into the n + buffer layer into an adjacent interface between the n + buffer layer and the p + silicon substrate and the n − epitaxial layer. Characterized in that the switching speed is increased by shortening the life of the minority carrier in such an insulated gate bipolar transistor (IGBT) element.
ンの0.5及び4原子%の範囲内にある請求項1に記載
の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)素
子。2. An insulated gate bipolar transistor (IGBT) device according to claim 1, wherein the concentration of germanium is preferably in the range of 0.5 and 4 at% of silicon.
p+シリコン基板上に接合されたn+バッファ層を有
し、また前記n+バッファ層はその上にn−薄層を有
し、前記n−薄層上の主表面にp型ベース領域を選択的
に形成することによってpnpバイポーラトランジスタ
を形成し、前記ベース領域上の主表面にn +エミッタ領
域を形成し、前記エミッタ領域上にエミッタ金属を形成
し、p型ベース領域及びn−エピタキシャル層及びn+
層エミッタ領域で囲まれた部分の上部のチャネル領域に
あるゲート酸化物上にポリシリコンのゲート電極を形成
してなる絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGB
T)素子において、ゲルマニウムの原子の大きさがシリ
コンよりも大きいので、前記n+バッファ層及び前記p
+シリコン基板及び前記n−エピタキシャル層の間の隣
り合った界面に位置し、ゲルマニウム(Ge)を前記n
+バッファ内にドープする方法によって、ミスフィット
転移層を形成することが可能であり、また欠陥層がウエ
ハ接合によって前記p+シリコン基板と前記n+バッフ
ァ層の間に形成され、そのようにして、少数キャリアの
寿命を短くしてスイッチング速度を速くしたことを特徴
とする絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGB
T)素子。3. The collector as p+Silicon substrate, said
p+N bonded on a silicon substrate+With buffer layer
And n+The buffer layer has n−With thin layer
And said n−Selective p-type base region for main surface on thin layer
Pnp bipolar transistor
Is formed on the main surface of the base region. +Emitter area
Region and form an emitter metal over said emitter region
And a p-type base region and n−Epitaxial layer and n+
In the channel region above the part surrounded by the layer emitter region
Forming a polysilicon gate electrode on a gate oxide
Insulated gate bipolar transistor (IGB)
T) In the device, the size of germanium atoms is
N+Buffer layer and the p
+A silicon substrate and the n−Neighbor between epitaxial layers
At the interface where they meet, germanium (Ge)
+Misfit due to doping method in buffer
A transition layer can be formed, and the defect
The p+A silicon substrate and the n+Buff
Between the minority layers and thus the minority carrier
Features shorter life and faster switching speed
Insulated gate bipolar transistor (IGB)
T) Element.
n−FZウエハに接合させることによってウエハ接合を
介してn+トップ層を有するように形成され、該n−F
Zウエハのn+トップ層は固体源拡散、ガス源拡散、あ
るいはイオン打ち込みによって形成され、イオン打ち込
みが用いられるならヒ素及びアンチモンが好ましいイオ
ンであり、また前記n−FZウエハの磨かれた表面はn
+ドープ前にパターン化し得る請求項3に記載の絶縁ゲ
ート型バイポーラトランジスタ(IGBT)素子。Wherein said defect layer is a p + CZ wafers polished n - is formed to have an n + top layer through the bonded wafer by bonding the FZ wafer, the n - F
The n + top layer of the Z wafer is formed by solid source diffusion, gas source diffusion, or ion implantation, where arsenic and antimony are the preferred ions if ion implantation is used, and the polished surface of the n - FZ wafer is n
4. The insulated gate bipolar transistor (IGBT) device of claim 3, which can be patterned before + doping.
p+シリコン基板上に形成されたn+バッファ層を有
し、また前記n+バッファ層は上部にn−薄層を有し、
前記n−薄層上の主表面にp型ベース領域を選択的に形
成することによってpnpバイポーラトランジスタを形
成し、前記ベース領域上の主表面にn+エミッタ領域を
形成し、前記エミッタ領域上にエミッタ金属を形成し、
n−エピタキシャル層及びn+層エミッタ領域で囲まれ
た部分の上部のチャネル領域にあるゲート酸化物上にポ
リシリコンのゲート電極を形成してなる絶縁ゲート型バ
イポーラトランジスタ(IGBT)素子の製造方法にお
いて、ゲルマニウムの原子の大きさがシリコンよりも大
きいので、n+バッファ層のエピタキシャル成長の間に
少量のGeH4をエピタキシャル成長装置内に添加する
ことによって前記n +バッファ層にゲルマニウム(G
e)を添加する方法により、前記n+バッファ層及び前
記p+シリコン基板及び前記n−エピタキシャル層の間
の隣り合った界面に位置して、ミスフィット転移層を形
成することが可能となり、そのようにして、少数キャリ
アの寿命を短くしてスイッチング速度を速くしたことを
特徴とする絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IG
BT)素子の製造方法。5. The collector as p+Silicon substrate, said
p+N formed on a silicon substrate+With buffer layer
And n+The buffer layer is n−With a thin layer,
The n−Selective formation of p-type base region on main surface on thin layer
To form a pnp bipolar transistor.
Formed on the main surface on the base region.+Emitter area
Forming an emitter metal over said emitter region;
n−Epitaxial layer and n+Surrounded by a layer emitter region
Over the gate oxide in the channel region above the
Insulated gate type bar formed with a silicon gate electrode
In a method for manufacturing an bipolar transistor (IGBT) element,
And the atomic size of germanium is larger than silicon
So n+During epitaxial growth of buffer layer
A small amount of GeH4Into the epitaxial growth equipment
By the said n +Germanium (G
e) by adding+Buffer layer and front
Note p+A silicon substrate and the n−Between epitaxial layers
Misfit transition layer at the adjacent interface of
And a small number of carry
That the switching speed has been shortened by shortening the life of
Insulated gate bipolar transistor (IG
BT) A method for manufacturing an element.
ンの0.5及び4原子%の範囲内にある請求項5に記載
の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)素
子の製造方法。6. The method of manufacturing an insulated gate bipolar transistor (IGBT) device according to claim 5, wherein the concentration of germanium is preferably in the range of 0.5 and 4 at% of silicon.
p+シリコン基板上に接合されたn+バッファ層を有
し、また前記n+バッファ層はその上にn−薄層を有
し、前記n−薄層上の主表面にp型ベース領域を選択的
に形成することによってpnpバイポーラトランジスタ
を形成し、前記ベース領域上の主表面にn +エミッタ領
域を形成し、前記エミッタ領域上にエミッタ金属を形成
し、p型ベース領域及びn−薄層及びn+層エミッタ領
域で囲まれた部分の上部のチャネル領域にあるゲート酸
化物上にポリシリコンのゲート電極を形成してなる絶縁
ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)素子の製
造方法において、欠陥層が前記p+シリコン基板と前記
n+バッファ層の間にウエハ接合によって形成され、そ
のようにして、少数キャリアの寿命を短くしてスイッチ
ング速度を速くしたことを特徴とする絶縁ゲート型バイ
ポーラトランジスタ(IGBT)素子の製造方法。7. The collector as p+Silicon substrate, said
p+N bonded on a silicon substrate+With buffer layer
And n+The buffer layer has n−With thin layer
And said n−Selective p-type base region for main surface on thin layer
Pnp bipolar transistor
Is formed on the main surface of the base region. +Emitter area
Region and form an emitter metal over said emitter region
And a p-type base region and n−Thin layer and n+Layer emitter area
Acid in the channel region above the enclosed area
Of polysilicon gate electrode on oxide
Manufacture of gate type bipolar transistor (IGBT) device
In the fabrication method, the defect layer is+Silicon substrate and said
n+Formed by wafer bonding between buffer layers,
Switch to shorten the minority carrier life
Gate type insulator characterized by increased
A method for manufacturing a polar transistor (IGBT) element.
n−FZウエハに接合させることによってウエハ接合を
介してn+トップ層を有するように形成され、該n−F
Zウエハのn+トップ層は固体源拡散、ガス源拡散、あ
るいはイオン打ち込みによって形成され、イオン打ち込
みが用いられるならヒ素及びアンチモンが好ましいイオ
ンであり、また前記n−FZウエハの磨かれた表面はn
+ドープ前にパターン化し得る請求項7に記載の絶縁ゲ
ート型バイポーラトランジスタ(IGBT)素子。Wherein said defect layer is a p + CZ wafers polished n - is formed to have an n + top layer through the bonded wafer by bonding the FZ wafer, the n - F
The n + top layer of the Z wafer is formed by solid source diffusion, gas source diffusion, or ion implantation, where arsenic and antimony are the preferred ions if ion implantation is used, and the polished surface of the n - FZ wafer is n
The insulated gate bipolar transistor (IGBT) device of claim 7, which can be patterned before + doping.
p+シリコン基板上に形成されたn+バッファ層を有
し、また前記n+バッファ層は上部にn−薄層を有し、
前記n−薄層上の主表面にp型ベース領域を選択的に形
成することによってpnpバイポーラトランジスタを形
成し、前記ベース領域上の主表面にn+エミッタ領域を
形成し、前記エミッタ領域上にエミッタ金属を形成し、
p型ベース領域及びn−エピタキシャル層及びn+層エ
ミッタ領域で囲まれた部分の上部のチャネル領域にある
ゲート酸化物上にポリシリコンのゲート電極を形成して
なる絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)
素子のスイッチング速度を制御する方法において、ゲル
マニウムの原子の大きさがシリコンよりも大きいので、
n+バッファ層のエピタキシャル成長の間に少量のGe
H4をエピタキシャル成長装置内に添加することによっ
て前記n+バッファ層にゲルマニウム(Ge)を添加す
る方法により、前記n+バッファ層及び前記p+シリコ
ン基板及び前記n−エピタキシャル層の間の隣り合った
界面に位置して、ミスフィット転移層を形成することが
可能となり、そのようにして、少数キャリアの寿命を短
くしてスイッチング速度を速くしたことを特徴とする絶
縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)素子の
スイッチング速度を制御する方法。9. p + silicon substrate as a collector, the p + silicon having an n + buffer layer formed on the substrate and the n + buffer layer is n on top - has a thin layer,
Forming a pnp bipolar transistor by selectively forming a p-type base region on the main surface on the n − thin layer; forming an n + emitter region on the main surface on the base region; Forming the emitter metal,
An insulated gate bipolar transistor (IGBT) in which a polysilicon gate electrode is formed on a gate oxide in a channel region above a portion surrounded by a p-type base region, an n − epitaxial layer, and an n + layer emitter region.
In the method of controlling the switching speed of the device, since the size of germanium atoms is larger than that of silicon,
A small amount of Ge during epitaxial growth of the n + buffer layer
The method of adding germanium (Ge) in the n + buffer layer by the addition of H 4 in the epitaxial growth apparatus, the n + buffer layer and the p + silicon substrate and the n - adjacent between the epitaxial layer An insulated gate bipolar transistor (IGBT) device characterized in that a misfit transition layer can be formed at the interface, thereby shortening the life of minority carriers and increasing the switching speed. How to control the switching speed of a device.
コンの0.5及び4原子%の範囲内にある請求項5に記
載の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)
素子のスイッチング速度を制御する方法。10. The insulated gate bipolar transistor (IGBT) according to claim 5, wherein the concentration of germanium is preferably in the range of 0.5 and 4 at% of silicon.
A method of controlling the switching speed of an element.
記p+シリコン基板上に接合されたn+バッファ層を有
し、また前記n+バッファ層はその上に薄いn−薄層を
有し、前記n−薄層上の主表面にp型ベース領域を選択
的に形成することによってpnpバイポーラトランジス
タを形成し、前記ベース領域上の主表面にn+エミッタ
領域を形成し、前記エミッタ領域上にエミッタ金属を形
成し、p型ベース領域及びn−薄層及びn+層エミッタ
領域で囲まれた部分の上部のチャネル領域にあるゲート
酸化物上にポリシリコンのゲート電極を形成してなる絶
縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)素子の
スイッチング速度を制御する方法において、ミスフィッ
ト欠陥層が前記n+バッファ層内にゲルマニウム(G
e)をドープする方法によって形成され、また欠陥層が
前記p+シリコン基板と前記n+バッファ層の間にウエ
ハ接合によって形成され、そのようにして、少数キャリ
アの寿命を短くしてスイッチング速度を速くしたことを
特徴とする絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IG
BT)素子のスイッチング速度を制御する方法。11. p + silicon substrate as a collector, the p + silicon having an n + buffer layer which is bonded to a substrate and said n + buffer layer is thinner n thereon - having a thin layer, wherein the n - pnp bipolar transistor formed by selectively forming a p-type base region on the main surface of the thin layer, the n + emitter region formed on the main surface on said base region, an emitter on the emitter region An insulated gate type in which a metal is formed and a polysilicon gate electrode is formed on a gate oxide in a channel region above a portion surrounded by a p-type base region and an n − thin layer and an n + layer emitter region. In a method for controlling the switching speed of a bipolar transistor (IGBT) device, a misfit defect layer includes germanium (G) in the n + buffer layer.
e) and a defect layer is formed by wafer bonding between the p + silicon substrate and the n + buffer layer, thus shortening minority carrier lifetime and increasing switching speed. Insulated gate bipolar transistor (IG
BT) A method for controlling the switching speed of an element.
をn−FZウエハに接合させることによってウエハ接合
を介してn+トップ層を有するように形成され、該n−
FZウエハのn+トップ層は固体源拡散、ガス源拡散、
あるいはイオン打ち込みによって形成され、イオン打ち
込みが用いられるならヒ素及びアンチモンが好ましいイ
オンであり、また前記n−FZウエハの磨かれた表面は
n+ドープ前にパターン化し得る請求項11に記載の絶
縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)素子の
スイッチング速度を制御する方法。12. The defect layer a p + CZ wafers polished n - is formed to have an n + top layer through the bonded wafer by bonding the FZ wafer, the n -
The n + top layer of the FZ wafer has solid source diffusion, gas source diffusion,
Or formed by ion implantation, an ion implantation is arsenic and antimony are preferred ion if used, also the n - FZ polished surface of the wafer is insulated gate according to claim 11 capable of patterned before n + doped A method for controlling the switching speed of a bipolar transistor (IGBT) element.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
TW89126980A TW477012B (en) | 2000-12-16 | 2000-12-16 | Method for controlling the switching speed of insulated gate bipolar transistor (IGBT), and the insulated gate bipolar transistor (IGBT) device and the manufacturing method thereof |
TW089126980 | 2000-12-16 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002222951A true JP2002222951A (en) | 2002-08-09 |
Family
ID=21662354
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001369577A Pending JP2002222951A (en) | 2000-12-16 | 2001-12-04 | Method for controlling switching speed of insulated gate bipolar transistor(igbt) element, its structure and manufacturing method |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2002222951A (en) |
TW (1) | TW477012B (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009099920A (en) * | 2007-10-18 | 2009-05-07 | Fumihiko Hirose | Electronic switch |
JP2011009355A (en) * | 2009-06-24 | 2011-01-13 | Mitsubishi Electric Corp | Method of manufacturing power semiconductor device, and power semiconductor device |
DE102013009985A1 (en) | 2013-06-14 | 2014-12-18 | X-Fab Semiconductor Foundries Ag | IGBT power transistor for high voltages in trench-isolated SOI technology and method for its production |
CN104716169A (en) * | 2013-12-11 | 2015-06-17 | 英飞凌科技股份有限公司 | Semiconductor Device with Recombination Region |
CN115939185A (en) * | 2022-11-23 | 2023-04-07 | 扬州国宇电子有限公司 | Fast recovery diode chip and preparation method thereof |
-
2000
- 2000-12-16 TW TW89126980A patent/TW477012B/en not_active IP Right Cessation
-
2001
- 2001-12-04 JP JP2001369577A patent/JP2002222951A/en active Pending
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009099920A (en) * | 2007-10-18 | 2009-05-07 | Fumihiko Hirose | Electronic switch |
JP2011009355A (en) * | 2009-06-24 | 2011-01-13 | Mitsubishi Electric Corp | Method of manufacturing power semiconductor device, and power semiconductor device |
DE102013009985A1 (en) | 2013-06-14 | 2014-12-18 | X-Fab Semiconductor Foundries Ag | IGBT power transistor for high voltages in trench-isolated SOI technology and method for its production |
DE102013009985B4 (en) | 2013-06-14 | 2019-06-13 | X-Fab Semiconductor Foundries Ag | IGBT power transistor, producible in trench-isolated SOI technology and method of making same |
CN104716169A (en) * | 2013-12-11 | 2015-06-17 | 英飞凌科技股份有限公司 | Semiconductor Device with Recombination Region |
CN115939185A (en) * | 2022-11-23 | 2023-04-07 | 扬州国宇电子有限公司 | Fast recovery diode chip and preparation method thereof |
CN115939185B (en) * | 2022-11-23 | 2024-03-08 | 扬州国宇电子有限公司 | Fast recovery diode chip and preparation method thereof |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
TW477012B (en) | 2002-02-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3906076B2 (en) | Semiconductor device | |
US5891776A (en) | Methods of forming insulated-gate semiconductor devices using self-aligned trench sidewall diffusion techniques | |
JP3004077B2 (en) | Power transistor device with very deep concentration increase region | |
US8563986B2 (en) | Power semiconductor devices having selectively doped JFET regions and related methods of forming such devices | |
KR101237345B1 (en) | Power semiconductor device using silicon substrate as field stop layer and method of manufacturing the same | |
US5200632A (en) | Conductivity modulation mosfet | |
JP2984478B2 (en) | Conductivity modulation type semiconductor device and method of manufacturing the same | |
JPH07107935B2 (en) | Semiconductor device | |
US9941383B2 (en) | Fast switching IGBT with embedded emitter shorting contacts and method for making same | |
JP2008042013A (en) | Method of manufacturing semiconductor device | |
US5270230A (en) | Method for making a conductivity modulation MOSFET | |
US5264378A (en) | Method for making a conductivity modulation MOSFET | |
JP2002261281A (en) | Manufacturing method of insulated gate bipolar transistor | |
JP2004039893A (en) | Semiconductor device using different material | |
JP2004247593A (en) | Semiconductor device, and manufacturing method thereof | |
CN116435353A (en) | Reverse conducting insulated gate bipolar transistor structure and preparation method thereof | |
JP2002222951A (en) | Method for controlling switching speed of insulated gate bipolar transistor(igbt) element, its structure and manufacturing method | |
JP2004221370A (en) | Semiconductor device | |
CN114023815B (en) | Semi-vertical GaN-based reverse conducting IGBT device and preparation method thereof | |
CN113782586A (en) | Multi-channel super-junction IGBT device | |
CN114256340A (en) | Insulated gate bipolar transistor | |
CN114023814B (en) | Semi-vertical GaN-based field cut-off IGBT device and preparation method thereof | |
JP2003264288A (en) | Semiconductor device | |
JPH10335630A (en) | Semiconductor device and its manufacture | |
JPH0982955A (en) | Manufacture of semiconductor device |