JP2003031584A - Bipolar transistor - Google Patents

Bipolar transistor

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JP2003031584A
JP2003031584A JP2001214634A JP2001214634A JP2003031584A JP 2003031584 A JP2003031584 A JP 2003031584A JP 2001214634 A JP2001214634 A JP 2001214634A JP 2001214634 A JP2001214634 A JP 2001214634A JP 2003031584 A JP2003031584 A JP 2003031584A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To actualize a semiconductor element which has high static dielectric strength and a sustain voltage, and a high current gain and a low ON-voltage at the same time. SOLUTION: On one surface of a high-resistance n-type base layer 1, an n-type collector layer 2 of high concentration is formed and on the other surface, a p-type base layer 3 is selectively formed. In the p-type base layer 3, an n-type emitter layer 4 is formed and in a region on the surface of the n-type base layer 1, which is different from the p-type base layer 3, a trench groove 8 is formed. Furthermore, a base electrode 5 is provided on the p-type base layer 3 located adjacent to the n-type emitter layer 4, a collector layer 6 is provided on the n-type collector layer 2, and an emitter electrode 7 is provided on the n-type emitter layer 4. In the trench groove 8, an embedded electrode 10 is formed via an insulation film 9. The embedded electrode 10 is electrically connected to the base electrode 5.

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、パワー半導体素子
に係り、特に電力用スイッチング素子として好適なバイ
ポーラ型の半導体素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power semiconductor device, and more particularly to a bipolar semiconductor device suitable as a power switching device.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年のパワーエレクトロニクス分野にお
いて、電源機器に対するの小型化・高性能化への要求が
ある。この要求を受けて、電源機器等に用いられるパワ
ー半導体素子においては、高耐圧化・大電流化と共に、
低損失化・高速化・高破壊耐量化に対する性能改善が注
目されている。特に、半導体素子の低損失化を図るため
には、オン電圧(定常損失)とスイッチング損失を低減
させる必要があり、様々な素子構造が開発、検討されて
いる。
2. Description of the Related Art In the field of power electronics in recent years, there is a demand for miniaturization and high performance of power supply equipment. In response to this demand, in power semiconductor devices used for power supply equipment, etc., along with higher breakdown voltage and larger current,
Attention has been focused on performance improvement for low loss, high speed, and high breakdown resistance. In particular, in order to reduce the loss of the semiconductor element, it is necessary to reduce the on-voltage (steady loss) and the switching loss, and various element structures have been developed and studied.

【0003】その中で、現在最も多く広い分野で用いら
れる代表的な中容量素子であるプレーナ構造のパワート
ランジスタについて述べる。
Among them, a power transistor having a planar structure, which is a typical medium-capacitance element used in a wide variety of fields at present, will be described.

【0004】図20は、npn型のパワートランジスタ
の構成を示す断面図である。このパワートランジスタで
は、高抵抗n型ベース層1aの一方の表面に高濃度のn
型コレクタ層2aが形成されている。高抵抗n型ベース
層1aの他方の面にはp型ベース層3aが形成され、p
型ベース層3a表面にはn型エミッタ層4aが選択的に
形成されている。p型ベース層3a表面のn型エミッタ
層4aとは異なる領域上には、ベース電極5aが設けら
れている。また、n型コレクタ層2a上にはコレクタ電
極6aが設けられ、n型エミッタ層4a上にはエミッタ
電極7aが設けられている。
FIG. 20 is a sectional view showing the structure of an npn type power transistor. In this power transistor, a high-concentration n-type base layer 1a has a high-concentration n-type on one surface thereof.
The type collector layer 2a is formed. A p-type base layer 3a is formed on the other surface of the high resistance n-type base layer 1a, and p
An n-type emitter layer 4a is selectively formed on the surface of the type base layer 3a. A base electrode 5a is provided on a region of the surface of the p-type base layer 3a different from that of the n-type emitter layer 4a. A collector electrode 6a is provided on the n-type collector layer 2a, and an emitter electrode 7a is provided on the n-type emitter layer 4a.

【0005】このパワートランジスタは、次のように動
作する。コレクタ電極6aに正電圧が印加され、エミッ
タ電極7aに零電圧が印加されているとする。ターンオ
ンの際には、p型ベース層3aとn型エミッタ層4aと
からなるpn接合のビルトイン電圧よりも大きい値の正
電圧がベース電極5aに印加される。
This power transistor operates as follows. It is assumed that a positive voltage is applied to the collector electrode 6a and a zero voltage is applied to the emitter electrode 7a. At the time of turn-on, a positive voltage larger than the built-in voltage of the pn junction composed of the p-type base layer 3a and the n-type emitter layer 4a is applied to the base electrode 5a.

【0006】これにより、図21に示すように、ベース
電極5aからp型ベース層3aを介してn型エミッタ層
4aに正孔hが注入され、n型エミッタ層4aからp型
ベース層3aに電子eが注入される。一部の電子eは、
p型ベース層3a中で正孔hと再結合して消滅するが、
p型ベース層3aの接合深さが浅く、またコレクタ電極
6aが正電位にバイアスされていることから、電子eの
多くはp型ベース層3aからn型ベース層1aに注入さ
れてn型コレクタ層2aを通ってコレクタ電極6aに流
出する。また、nベース層1a中に電子eが注入される
と、電荷中性条件をみたすように、正孔hもn型ベース
層1a中に注入される。この動作により、伝導度変調が
生じ、パワートランジスタがオン状態(導通状態)にな
る。
As a result, as shown in FIG. 21, holes h are injected from the base electrode 5a to the n-type emitter layer 4a through the p-type base layer 3a, and the holes h are injected from the n-type emitter layer 4a to the p-type base layer 3a. The electrons e are injected. Some electrons e are
Although it recombines with the holes h in the p-type base layer 3a and disappears,
Since the junction depth of the p-type base layer 3a is shallow and the collector electrode 6a is biased to a positive potential, most of the electrons e are injected from the p-type base layer 3a into the n-type base layer 1a and the n-type collector is formed. It flows out to the collector electrode 6a through the layer 2a. When electrons e are injected into the n base layer 1a, holes h are also injected into the n type base layer 1a so as to satisfy the charge neutral condition. By this operation, conductivity modulation occurs, and the power transistor is turned on (conducting state).

【0007】一方、ターンオフの際には、p型ベース層
3aとn型エミッタ層4aとからなるpn接合の耐圧よ
りも小さい値の負電圧がベース電極5aに印加される。
これにより、ベース・エミッタ間が逆バイアスされ、n
型エミッタ層4aからの電子eの注入が停止されると共
に、高抵抗n型ベース層1a内に蓄積されていた正孔h
がベース電極5aから排出され、ターンオフする。
On the other hand, at the time of turn-off, a negative voltage smaller than the withstand voltage of the pn junction composed of the p-type base layer 3a and the n-type emitter layer 4a is applied to the base electrode 5a.
This reverse-biases between the base and the emitter, n
The injection of electrons e from the type emitter layer 4a is stopped, and holes h accumulated in the high-resistance n-type base layer 1a are stopped.
Are discharged from the base electrode 5a and turned off.

【0008】このパワートランジスタでは、p型ベース
層3aから高抵抗n型ベース層1aに正孔hが注入され
ることにより、n型ベース層1aで伝導度変調が生じる
ため、オン電圧が低く、大きな電流を制御できるという
特長がある。
In this power transistor, since the holes h are injected from the p-type base layer 3a into the high-resistance n-type base layer 1a, conductivity modulation occurs in the n-type base layer 1a, so that the on-state voltage is low, It has the feature of controlling a large current.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
パワートランジスタでは、オン状態においてベース電極
5aから注入される正孔電流のうち、かなりの割合が高
抵抗n型ベース層1aには注入されずに、p型ベース層
3a内やp型ベース層3a表面で電子eと再結合した
り、p型ベース層3aを通って直接n型エミッタ層4a
へ流れ込んだりする。
However, in the conventional power transistor, a considerable proportion of the hole current injected from the base electrode 5a in the ON state is not injected into the high resistance n-type base layer 1a. , Recombine with electrons e in the p-type base layer 3a or on the surface of the p-type base layer 3a, or directly through the p-type base layer 3a to the n-type emitter layer 4a.
Flow into.

【0010】同様に、エミッタ電極7aから注入される
電子電流のうち、かなりの割合が高抵抗n型ベース層1
aには注入されずに、p型ベース層3a内やp型ベース
層3a表面で正孔hと再結合したり、p型ベース層3a
を通って直接ベース電極5aへ流れ込んだりする。
Similarly, a considerable proportion of the electron current injected from the emitter electrode 7a is the high resistance n-type base layer 1.
a is not injected into a and recombines with the holes h in the p-type base layer 3a and the surface of the p-type base layer 3a, or the p-type base layer 3a
And flow directly into the base electrode 5a.

【0011】このため、大きなベース電流を必要とし、
電流利得(直流電流増幅率:hFE=IC/IB)が小
さいという問題がある。特に、従来の構造では、接合終
端領域や電極ボンディングパッド領域等を除く素子有効
領域の全域に亙ってp型ベース層3aが形成される。p
型ベース層3aは高抵抗n型ベース層1aと比べて不純
物濃度が大きく、キャリアライフタイムが小さいため、
キャリア再結合量が大きい。このため、素子有効領域の
全面に亙ってp型ベース層3aが形成される従来の構造
では、電流ゲインが著しく低下する。
Therefore, a large base current is required,
There is a problem that the current gain (DC current amplification factor: hFE = IC / IB) is small. Particularly, in the conventional structure, the p-type base layer 3a is formed over the entire element effective region except the junction termination region and the electrode bonding pad region. p
The type base layer 3a has a higher impurity concentration and a shorter carrier lifetime than the high resistance n-type base layer 1a.
The amount of carrier recombination is large. Therefore, in the conventional structure in which the p-type base layer 3a is formed over the entire element effective region, the current gain is significantly reduced.

【0012】このように、従来のトランジスタでは電流
利得が小さいという問題があることから、しばしば、図
22に示すような、2つのトランジスタをダーリントン
接続した形態で使用される。これにより、ベース電流は
小さくて済むが、コレクタ電圧が約0.8V以上印加さ
れなければ、上段トランジスタから下段トランジスタに
ベース電流が振り込まれない。このため、図23の電流
−電圧特性に見るように、素子のオン電圧を0.8V以
下に低減できないという問題がある。
As described above, since the conventional transistor has a problem that the current gain is small, the transistor is often used in a Darlington connection form as shown in FIG. As a result, the base current can be small, but unless the collector voltage of 0.8 V or more is applied, the base current is not transferred from the upper transistor to the lower transistor. Therefore, as seen from the current-voltage characteristics of FIG. 23, there is a problem that the ON voltage of the element cannot be reduced to 0.8 V or less.

【0013】以上のように、従来の半導体素子では、電
流利得が小さいという問題、あるいは、オン電圧が大き
いという問題がある。
As described above, the conventional semiconductor device has a problem that the current gain is small or the on-voltage is large.

【0014】本発明の目的は、上記事情を考慮してなさ
れたもので、従来よりも電流利得を増大でき、且つ、オ
ン電圧を低減し得る半導体素子を提供することである。
An object of the present invention was made in consideration of the above circumstances, and is to provide a semiconductor element capable of increasing the current gain and reducing the on-voltage as compared with the conventional one.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】この発明による半導体素
子は、高抵抗の第1導電型ベース層と、前記第1導電型
ベース層の一方の表面上に形成された第1導電型コレク
タ層と、前記第1導電型ベース層の他方の表面に選択的
に形成された第2導電型ベース層と、前記第2導電型ベ
ース層の表面に選択的に形成された第1導電型エミッタ
層と、前記第1導電型ベース層の他方の表面上で、前記
第2導電型ベース層とは異なる領域に形成されたトレン
チ溝と、前記第2導電型ベース層の表面上に形成され、
且つ、前記第1導電型エミッタ層に隣接して形成された
ベース電極と、前記第1導電型コレクタ層の表面上に形
成された第1の主電極と、前記第1導電型エミッタ層の
表面上に形成された第2の主電極とを備えたことを特徴
としている。
A semiconductor device according to the present invention comprises a high resistance first conductivity type base layer and a first conductivity type collector layer formed on one surface of the first conductivity type base layer. A second conductivity type base layer selectively formed on the other surface of the first conductivity type base layer, and a first conductivity type emitter layer selectively formed on the surface of the second conductivity type base layer. A trench groove formed on the other surface of the first conductivity type base layer in a region different from that of the second conductivity type base layer, and formed on a surface of the second conductivity type base layer,
And a base electrode formed adjacent to the first conductivity type emitter layer, a first main electrode formed on the surface of the first conductivity type collector layer, and a surface of the first conductivity type emitter layer. And a second main electrode formed above.

【0016】また、この発明による半導体素子は、高抵
抗の第1導電型ベース層と、前記第1導電型ベース層の
一方の表面上に形成された第1導電型コレクタ層と、前
記第1導電型ベース層の他方の表面に選択的に形成され
た第2導電型ベース層と、前記第2導電型ベース層の表
面に選択的に形成された第1導電型エミッタ層と、前記
第2導電型ベース層の表面上に選択的に形成されたトレ
ンチ溝と、前記第2導電型ベース層の表面に形成され、
且つ、前記第1導電型エミッタ層に隣接して形成された
ベース電極と、前記第1導電型コレクタ層に形成された
第1の主電極と、前記第1導電型エミッタ層に形成され
た第2の主電極とを備えたことを特徴としている。
Further, in the semiconductor device according to the present invention, a high resistance first conductivity type base layer, a first conductivity type collector layer formed on one surface of the first conductivity type base layer, and the first resistance type base layer. A second conductivity type base layer selectively formed on the other surface of the conductivity type base layer; a first conductivity type emitter layer selectively formed on the surface of the second conductivity type base layer; A trench groove selectively formed on the surface of the conductive type base layer, and formed on the surface of the second conductive type base layer,
A base electrode formed adjacent to the first conductivity type emitter layer, a first main electrode formed on the first conductivity type collector layer, and a first main electrode formed on the first conductivity type emitter layer. It is characterized by having two main electrodes.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態について説明する。なお、以下の全実施の
形態では、第1導電型としてn型、第2導電型としてp
型を用いている。 (第1の実施の形態)図1は、本発明における第1の実
施の形態に係る半導体素子の要部構造を示す断面図であ
る。本実施の形態は、高抵抗のn型ベース層1の一方の
面に高濃度のn型コレクタ層2が形成されている。n型
ベース層1の他方の面にはp型ベース層3が選択的に形
成され、p型ベース層3内にはn型エミッタ層4が形成
されている。また、n型ベース層1の表面でp型ベース
層3と異なる領域には、p型ベース層3より深くn型ベ
ース層1の途中までの深さをもつトレンチ溝8が形成さ
れている。さらに、p型ベース層3上にはn型エミッタ
層4に隣接してベース電極5が設けられ、n型コレクタ
層2上にはコレクタ電極6が設けられ、n型エミッタ層
4上にはエミッタ電極7が設けられている。また、トレ
ンチ溝8内には、絶縁膜9を介して埋め込み電極10が
形成されている。そして、この埋め込み電極10は、ベ
ース電極5と電気的に接続されている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In all the following embodiments, the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type.
I am using a mold. (First Embodiment) FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a main part of a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. In this embodiment, a high-concentration n-type collector layer 2 is formed on one surface of a high-resistance n-type base layer 1. A p-type base layer 3 is selectively formed on the other surface of the n-type base layer 1, and an n-type emitter layer 4 is formed in the p-type base layer 3. Further, a trench groove 8 having a depth deeper than the p-type base layer 3 and halfway through the n-type base layer 1 is formed in a region on the surface of the n-type base layer 1 different from the p-type base layer 3. Further, a base electrode 5 is provided on the p-type base layer 3 adjacent to the n-type emitter layer 4, a collector electrode 6 is provided on the n-type collector layer 2, and an emitter is provided on the n-type emitter layer 4. An electrode 7 is provided. A buried electrode 10 is formed in the trench groove 8 via an insulating film 9. The embedded electrode 10 is electrically connected to the base electrode 5.

【0018】次に、このような半導体素子の動作を図2
のタイムチャートを用いて説明する。図2中の各線は、
上から順に、ベース端子Bのベース電圧VB、ベース端
子Bのベース電流IB、コレクタ端子Cのコレクタ電圧
VCE、コレクタ端子Cのコレクタ電流ICを示してい
る。
Next, the operation of such a semiconductor device will be described with reference to FIG.
This will be described using the time chart of. Each line in Figure 2 is
The base voltage VB of the base terminal B, the base current IB of the base terminal B, the collector voltage VCE of the collector terminal C, and the collector current IC of the collector terminal C are shown in order from the top.

【0019】ターンオン時(時刻t=t1)には、ベー
ス端子Bにエミッタに対して正の電圧を印加する。これ
により、図3に示すように、p型ベース層3からn型ベ
ース層1に正孔が注入され、同時にn型エミッタ層4か
らn型ベース層1に電子が注入されて、素子がターンオ
ンする。この結果、n型ベース層1で伝導度変調が起こ
り、低オン電圧で通電される。
At turn-on (time t = t1), a positive voltage is applied to the base terminal B with respect to the emitter. As a result, as shown in FIG. 3, holes are injected from the p-type base layer 3 to the n-type base layer 1 and at the same time electrons are injected from the n-type emitter layer 4 to the n-type base layer 1 to turn on the device. To do. As a result, conductivity modulation occurs in the n-type base layer 1, and current is applied at a low on-voltage.

【0020】図4は、nエミッタ層4を切る縦方向断面
での導通状態(オン状態)におけるキャリア分布を示
す。n型ベース層1の深い位置まで正孔が注入されて伝
導度変調を起こし、オン電圧が低減される。これは、n
型ベース層1表面に占めるp型ベース層3の領域が小さ
いことから、p型ベース層3内での電子と正孔の再結合
量が低減されるためである。
FIG. 4 shows a carrier distribution in a conducting state (on state) in a vertical cross section that cuts the n emitter layer 4. Holes are injected to a deep position in the n-type base layer 1 to cause conductivity modulation, and the on-voltage is reduced. This is n
This is because the region of the p-type base layer 3 occupying the surface of the type base layer 1 is small, and thus the recombination amount of electrons and holes in the p-type base layer 3 is reduced.

【0021】図5は、本発明の半導体素子の電圧−電流
特性を示した図であり、図20に示した従来のパワート
ランジスタの電圧−電流特性と比較した図である。本発
明の半導体素子、従来のパワートランジスタ共にベース
電流として2A/cm2通電した場合の電圧−電流特性
を示している。例えば、100A/cm2のコレクタ電
流を通電させる場合、本発明の半導体素子によれば、約
0.3Vの低オン電圧が得られる。
FIG. 5 is a diagram showing the voltage-current characteristics of the semiconductor device of the present invention, and is a diagram for comparison with the voltage-current characteristics of the conventional power transistor shown in FIG. Both the semiconductor device of the present invention and the conventional power transistor show voltage-current characteristics when a current of 2 A / cm 2 is applied as a base current. For example, when a collector current of 100 A / cm 2 is applied, a low ON voltage of about 0.3 V can be obtained by the semiconductor device of the present invention.

【0022】しかし、従来のパワートランジスタの場合
は、0.3Vのコレクタ電圧をもって流せるコレクタ電
流は高々30A/cm2以下となる。もし仮に、本発明
の電圧−電流特性に近づけるためには、ベース電流とし
て15A/cm2程度通電する必要があり、ベース駆動
損失(消費電力)が大きくなる。このため、従来のパワ
ートランジスタは、図22のようにダーリントン接続し
て使用され、これに起因して電圧−電流特性は約0.8
Vから立ち上がる。
However, in the case of the conventional power transistor, the collector current that can be passed with the collector voltage of 0.3 V is 30 A / cm 2 or less at the most. If, in order to approach the voltage-current characteristics of the present invention, it is necessary to apply a current of about 15 A / cm 2 as a base current, resulting in a large base drive loss (power consumption). For this reason, the conventional power transistor is used in Darlington connection as shown in FIG. 22, and due to this, the voltage-current characteristic is about 0.8.
Stand up from V.

【0023】これに対して、本発明の半導体素子では、
低オン電圧を得るのに必要なベース電流が小さく、電流
利得(直流電流増幅率:hFE=IC/IB)が大きい
ので、ダーリントン接続して使用する必要がない。この
結果、図5に示すように零電圧から電流が立ち上がるの
で、低電流領域から高電流領域にわたって低オン電圧を
得ることができる。
On the other hand, in the semiconductor device of the present invention,
Since the base current required to obtain a low ON voltage is small and the current gain (DC current amplification factor: hFE = IC / IB) is large, it is not necessary to use Darlington connection. As a result, the current rises from zero voltage as shown in FIG. 5, so that a low on-voltage can be obtained from the low current region to the high current region.

【0024】ここで、本発明の半導体素子において大き
な電流利得が得られる理由を説明する。図6は、図1の
半導体素子における、p型ベース層3の幅に対する電流
利得の依存性を示す図である。電流利得は、単位構造面
積(セル面積)に対する高濃度不純物層の面積比率に大
きく依存するので、本実施の形態では、p型ベース層3
の面積占有率(Wp/Wcell)とn型エミッタ層4の面
積占有率(Wn+/Wcell)に大きく依存する。これは、不
純物濃度が大きいほどキャリアライフタイムが小さいこ
とに起因する。すなわち、p型ベース層3の面積やn型
エミッタ層4の面積が大きいほど、ベース電極5から注
入された正孔hがこれらの高濃度不純物層内で再結合す
るキャリア量(再結合電流)が増加し、電流利得が低下
する。
Now, the reason why a large current gain is obtained in the semiconductor device of the present invention will be described. FIG. 6 is a diagram showing the dependence of the current gain on the width of the p-type base layer 3 in the semiconductor device of FIG. Since the current gain largely depends on the area ratio of the high-concentration impurity layer to the unit structure area (cell area), in the present embodiment, the p-type base layer 3 is used.
Area occupancy (Wp / Wcell) and the area occupancy of the n-type emitter layer 4 (Wn + / Wcell). This is because the carrier lifetime is smaller as the impurity concentration is higher. That is, as the area of the p-type base layer 3 and the area of the n-type emitter layer 4 are larger, the amount of carriers (recombination current) in which the holes h injected from the base electrode 5 are recombined in these high-concentration impurity layers. Is increased and the current gain is decreased.

【0025】これに対して、本発明の半導体素子では、
p型ベース層3が選択的に分割形成されており、p型ベ
ース層3の面積が小さく設定されるので、大きな電流ゲ
インが実現される。具体的には、例えば、図6に示すよ
うに、単位構造とp型ベース層3をWcell=20μm、
Wp=8μmの寸法をもって形成し、且つ、p型ベース
層3の不純物ドーズ量を1×1014cm-2以下の低ドー
ズ量をもって形成することによって、hFS=50以上
の高電流利得が得られる。
On the other hand, in the semiconductor device of the present invention,
Since the p-type base layer 3 is selectively divided and formed, and the area of the p-type base layer 3 is set small, a large current gain is realized. Specifically, for example, as shown in FIG. 6, the unit structure and the p-type base layer 3 are Wcell = 20 μm,
A high current gain of hFS = 50 or more can be obtained by forming the p-type base layer 3 with a low dose of 1 × 10 14 cm −2 or less while forming it with a size of Wp = 8 μm. .

【0026】但し、図1のようなトレンチ溝8と埋め込
み電極10を設けず、単にp型ベース層3を分割形成し
た場合は、p型ベース層3の面積占有比率を縮小してい
くにつれて、素子の静耐圧(VDSS)やターンオフ時の
サステイン電圧(VDSX(SUS)、サージ耐量)が低下し、
場合によって素子破壊に至る。図6において、△印や×
印で表した点がこれに相当する。
However, when the p-type base layer 3 is simply formed separately without providing the trench groove 8 and the buried electrode 10 as shown in FIG. 1, as the area occupation ratio of the p-type base layer 3 is reduced, The static withstand voltage (V DSS ) of the device and the sustain voltage (V DSX (SUS) , surge withstanding capacity) at turn-off decrease,
In some cases, the device may be destroyed. In Fig. 6, the △ mark and ×
The points indicated by marks correspond to this.

【0027】図7に、電流利得と静耐圧のp型ベース層
のドーズ量に対する依存性を示す。図1のようなトレン
チ溝8と埋め込み電極10を設けず、単にp型ベース層
3を分割形成した場合、図7中の点線で示すように耐圧
が低下する。これは以下の理由による。素子の阻止状態
(オフ状態)やターンオフに伴う高電圧発生時には、n
型ベース層1とp型ベース層3の接合によって耐圧が保
持される。p型ベース層3を分割形成して相互の離間距
離を離すと、p型ベース層3の角部(底辺のエッジ部)
において電界強度が大きくなり、素子耐圧やサステイン
電圧が低下する。
FIG. 7 shows the dependence of the current gain and the static breakdown voltage on the dose amount of the p-type base layer. When the p-type base layer 3 is simply formed without providing the trench groove 8 and the buried electrode 10 as shown in FIG. 1, the breakdown voltage decreases as shown by the dotted line in FIG. This is for the following reason. When a high voltage is generated due to the blocking state (off state) of the device or turn-off, n
The breakdown voltage is maintained by the junction between the mold base layer 1 and the p-type base layer 3. When the p-type base layer 3 is formed separately and separated from each other, a corner portion (edge portion at the bottom) of the p-type base layer 3 is formed.
In this case, the electric field strength increases, and the element breakdown voltage and the sustain voltage decrease.

【0028】これに対して、本発明の半導体素子では、
トレンチ溝8が形成されているため、p型ベース層3の
角部において電界強度が大きくならず、p型ベース層3
の端部から空乏層の端部に至るまでの距離を均一化でき
る。また、隣り合うトレンチ溝8から空乏層が広がり、
相互に連結されて空乏層の形状が平坦化されるので、高
い耐圧とサステイン電圧が保持される。具体例を挙げる
と、図7に示すように、点線から実線に静耐圧が向上し
(矢印A)、p型ベース層3が高ドーズ量をもって形成
される場合と遜色ない静耐圧が保持される。
On the other hand, in the semiconductor device of the present invention,
Since the trench groove 8 is formed, the electric field strength does not increase at the corners of the p-type base layer 3, and the p-type base layer 3
It is possible to make the distance from the edge of the depletion layer to the edge of the depletion layer uniform. In addition, the depletion layer spreads from the adjacent trench grooves 8,
Since they are connected to each other and the shape of the depletion layer is flattened, a high breakdown voltage and a sustain voltage are maintained. As a specific example, as shown in FIG. 7, the static breakdown voltage is improved from the dotted line to the solid line (arrow A), and the static breakdown voltage is comparable to that when the p-type base layer 3 is formed with a high dose amount. .

【0029】図8に、p型ベース層3とn型エミッタ層
4の面積占有比率に対する電流利得の依存性を示す。n
型ベース層1表面に占めるp型ベース層3の面積占有率
を0.1以下(点A)に設定することによって、静耐圧
とサステイン電圧の低下を伴わず、高電流利得を実現で
きる。
FIG. 8 shows the dependence of the current gain on the area occupation ratio of the p-type base layer 3 and the n-type emitter layer 4. n
By setting the area occupancy of the p-type base layer 3 on the surface of the mold base layer 1 to 0.1 or less (point A), a high current gain can be realized without lowering the static withstand voltage and the sustain voltage.

【0030】一方、第1の実施の形態に対応する半導体
素子は、ターンオフ時、ベース端子に負電圧を印加する
(図2、時刻t=t3)。これにより、図9に示すよう
に、n型ベース層1中に蓄積されていた正孔hが、p型
ベース層3を介してベース電極5から素子外に排出され
る。正孔hの排出に伴い、p型ベース層3の電位がpn
接合のビルトイン電圧以下まで低下する結果、n型エミ
ッタ層4からの電子注入が止まり、素子がターンオフす
る(t=t3〜t4)。ターンオフ時には、n型エミッ
タ層4に隣接して設けられたベース電極5を介して正孔
hが排出されるので、高いターンオフ能力をもつ半導体
素子を実現することができる。
On the other hand, the semiconductor device according to the first embodiment applies a negative voltage to the base terminal at the time of turn-off (FIG. 2, time t = t3). As a result, as shown in FIG. 9, the holes h accumulated in the n-type base layer 1 are discharged from the base electrode 5 to the outside of the element through the p-type base layer 3. As the holes h are discharged, the potential of the p-type base layer 3 becomes pn.
As a result of lowering to the built-in voltage of the junction or lower, electron injection from the n-type emitter layer 4 stops, and the device turns off (t = t3 to t4). At the time of turn-off, the holes h are discharged through the base electrode 5 provided adjacent to the n-type emitter layer 4, so that a semiconductor element having a high turn-off capability can be realized.

【0031】さらに、オフ状態では、ターンオフ時に引
き続き、ベース端子Bにエミッタに対して負の電圧を印
加する(t=t4〜)。これにより、p型ベース層3の
電位がベース電極5を介して負の電位に固定されるの
で、ノイズによる誤点弧を防止することができる。
Further, in the off-state, a negative voltage is applied to the base terminal B to the emitter (t = t4.about.) After turn-off. As a result, the potential of the p-type base layer 3 is fixed to a negative potential via the base electrode 5, so that false ignition due to noise can be prevented.

【0032】上述したように、第1の実施の形態によれ
ば、オン状態では、n型ベース層1の深い位置まで電子
・正孔の双方のキャリアが蓄積されて伝導度変調が起
き、且つ、p型ベース層3とn型エミッタ層4における
キャリア再結合が低減されるので、高い電流利得(直流
電流増幅率)を実現することができる。また、ターンオ
フ時には、n型エミッタ層4に隣接して設けられたベー
ス電極5を介して正孔hが排出されるので、高いターン
オフ能力が得られる。また、トレンチ溝8と埋め込み電
極10によりp型ベース層3の端部における電界集中が
緩和されるので、高いサステイン電圧(サージ耐量)が
保持される。さらに、オフ状態では、埋め込み電極10
から広がる空乏層が連結されて、空乏層の形状が平坦化
されるので、高い静耐圧が保持される。また、ベース電
極5にエミッタに対して負の電圧を印加することによ
り、p型ベース層3の電位が負の電位に固定されるの
で、ノイズによる誤点弧を防止することができる。 (第2の実施の形態)図10は、本発明における第2の
実施の形態に係る半導体素子の要部構造を示す断面図で
あり、図1の半導体素子における変形例である。なお、
図1と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は
省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
As described above, according to the first embodiment, in the ON state, carriers of both electrons and holes are accumulated up to the deep position of the n-type base layer 1 to cause conductivity modulation, and Since carrier recombination in the p-type base layer 3 and the n-type emitter layer 4 is reduced, a high current gain (DC current amplification factor) can be realized. Further, at the time of turn-off, the holes h are discharged through the base electrode 5 provided adjacent to the n-type emitter layer 4, so that a high turn-off ability can be obtained. Further, since the electric field concentration at the end portion of the p-type base layer 3 is relaxed by the trench groove 8 and the embedded electrode 10, a high sustain voltage (surge withstand amount) is maintained. Further, in the off state, the embedded electrode 10
Since the depletion layers extending from are connected and the shape of the depletion layer is flattened, a high static breakdown voltage is maintained. Further, by applying a negative voltage to the base electrode 5 with respect to the emitter, the potential of the p-type base layer 3 is fixed to a negative potential, so that false ignition due to noise can be prevented. (Second Embodiment) FIG. 10 is a cross-sectional view showing a main structure of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention, which is a modification of the semiconductor device of FIG. In addition,
The same parts as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted, and only different parts will be described here.

【0033】本実施の形態では、図1で示した第1の実
施の形態と異なって、p型ベース層3上のn型エミッタ
層4に隣接してp+型層11が形成され、このp+型層
11上にベース電極5が設けられている。これによっ
て、ベース電極5のコンタクト抵抗が低減されるので、
ターンオン時に効率良く正孔が注入されると共に、ター
ンオフ時にはより早く正孔を排出することができる。こ
れにより、オン電圧とスイッチング時間がいっそう低減
される。 (第3の実施の形態)図11は、本発明における第3の
実施の形態に係る半導体素子の要部構造を示す断面図で
あり、図1の半導体素子における変形例である。
In this embodiment, unlike the first embodiment shown in FIG. 1, a p + type layer 11 is formed adjacent to the n type emitter layer 4 on the p type base layer 3, and the p + type layer 11 is formed. The base electrode 5 is provided on the mold layer 11. This reduces the contact resistance of the base electrode 5,
Holes can be efficiently injected at the time of turn-on, and holes can be discharged earlier at the time of turn-off. This further reduces the on-voltage and switching time. (Third Embodiment) FIG. 11 is a cross-sectional view showing a main structure of a semiconductor element according to a third embodiment of the present invention, which is a modification of the semiconductor element shown in FIG.

【0034】本実施の形態では、図1で示した第1の実
施の形態と異なって、埋め込み電極10とエミッタ電極
7とは電気的に接続されている。これによって、埋め込
み電極10の電位は常にエミッタ電位に固定されるの
で、高い静耐圧とサステイン電圧がいっそう安定して得
られる。 (第4の実施の形態)図12は、本発明における第4の
実施の形態に係る半導体素子の要部構造を示す断面図で
あり、図1の半導体素子における変形例である。
In the present embodiment, unlike the first embodiment shown in FIG. 1, the buried electrode 10 and the emitter electrode 7 are electrically connected. As a result, the potential of the embedded electrode 10 is always fixed to the emitter potential, so that a high static withstand voltage and a sustain voltage can be obtained more stably. (Fourth Embodiment) FIG. 12 is a cross-sectional view showing a main structure of a semiconductor element according to a fourth embodiment of the present invention, which is a modification of the semiconductor element shown in FIG.

【0035】本実施の形態では、図1で示した第1の実
施の形態と異なって、選択的に形成されたp型ベース層
3において、トレンチ溝8に接する領域にn型エミッタ
層4が形成されている。これにより、n型エミッタ層4
の密度が増えるので、電子が効率良く注入され、いっそ
う低オン電圧が得られる。 (第5の実施の形態)図13は、本発明における第5の
実施の形態に係る半導体素子の要部構造を示す断面図で
あり、図1の半導体素子における変形例である。
In this embodiment, unlike the first embodiment shown in FIG. 1, in the selectively formed p-type base layer 3, the n-type emitter layer 4 is formed in a region in contact with the trench groove 8. Has been formed. Thereby, the n-type emitter layer 4
Since the density of the electrons is increased, electrons are efficiently injected, and a lower on-voltage can be obtained. (Fifth Embodiment) FIG. 13 is a cross-sectional view showing a main structure of a semiconductor element according to a fifth embodiment of the present invention, which is a modification of the semiconductor element shown in FIG.

【0036】本実施の形態では、図1で示した第1の実
施の形態と異なって、埋め込み電極10が、ベース電極
5によって直接、電気的に接続される。これにより、構
成が簡素化され、簡易な製造方法をもって形成すること
が可能になる。 (第6の実施の形態)図14は、本発明における第6の
実施の形態に係る半導体素子の要部構造を示す断面図で
あり、図1の半導体素子における変形例である。
In this embodiment, unlike the first embodiment shown in FIG. 1, the embedded electrode 10 is directly and electrically connected by the base electrode 5. As a result, the structure is simplified and it can be formed by a simple manufacturing method. (Sixth Embodiment) FIG. 14 is a sectional view showing a main structure of a semiconductor element according to a sixth embodiment of the present invention, which is a modification of the semiconductor element shown in FIG.

【0037】本実施の形態では、図1で示した第1の実
施の形態と異なって、n型ベース層1表面において、p
型ベース層3と異なる領域に、複数のトレンチ溝8が形
成されている。これにより、トレンチ溝8を形成する工
程と、トレンチ溝8内に埋め込み電極10を埋め込み形
成する工程とが容易になり、同時に、第1の実施の形態
と同様の効果が実現される。 (第7の実施の形態)図15は、本発明における第7の
実施の形態に係る半導体素子の要部構造を示す断面図で
あり、図13の半導体素子における変形例である。
In the present embodiment, unlike the first embodiment shown in FIG. 1, on the surface of the n-type base layer 1, p
A plurality of trench grooves 8 are formed in a region different from the mold base layer 3. This facilitates the step of forming the trench groove 8 and the step of burying the buried electrode 10 in the trench groove 8, and at the same time, the same effect as that of the first embodiment is realized. (Seventh Embodiment) FIG. 15 is a cross-sectional view showing the main structure of a semiconductor device according to a seventh embodiment of the present invention, which is a modification of the semiconductor device shown in FIG.

【0038】本実施の形態では、図13で示した第5の
実施の形態と異なって、トレンチ溝8内は埋め込み電極
10で完全に埋め込まれていない。すなわち、ベース電
極5と一体形成された埋め込み電極10が、絶縁膜9を
介してn型ベース層1表面に埋め込み形成されている。
これにより、埋め込み電極10を形成するにあたって、
例えば化学的気相成長法(CVD法)によるポリシリコ
ン堆積工程などを用いる必要が無くなる。また、例えば
金属電極形成工程により、ベース電極5を形成する際に
ベース電極5と一括形成することができるので、製造工
程が簡素化される。 (第8の実施の形態)図16は、本発明における第8の
実施の形態に係る半導体素子の要部構造を示す斜視断面
図である。
In the present embodiment, unlike the fifth embodiment shown in FIG. 13, the trench groove 8 is not completely filled with the buried electrode 10. That is, the embedded electrode 10 formed integrally with the base electrode 5 is embedded in the surface of the n-type base layer 1 via the insulating film 9.
Thereby, when forming the embedded electrode 10,
For example, it is not necessary to use a polysilicon deposition step by a chemical vapor deposition method (CVD method). Moreover, since the base electrode 5 can be collectively formed when the base electrode 5 is formed, for example, by the metal electrode forming step, the manufacturing process is simplified. (Eighth Embodiment) FIG. 16 is a perspective sectional view showing the structure of a main part of a semiconductor device according to an eighth embodiment of the present invention.

【0039】本実施の形態では、図1に示した断面構造
が、奥行き方向(トレンチ溝8と平行な方向)に沿って
均一に形成されている。これにより、図1において説明
した効果と同様の効果が実現される。 (第9の実施の形態)図17は、本発明における第9の
実施の形態に係る半導体素子の要部構造を示す斜視断面
図であり、図16の半導体素子における変形例である。
In the present embodiment, the sectional structure shown in FIG. 1 is formed uniformly along the depth direction (direction parallel to trench groove 8). As a result, the same effect as the effect described with reference to FIG. 1 is realized. (Ninth Embodiment) FIG. 17 is a perspective sectional view showing a main part structure of a semiconductor element according to a ninth embodiment of the present invention, which is a modification of the semiconductor element shown in FIG.

【0040】本実施の形態では、図16で示した第8の
実施の形態と異なって、奥行き方向(トレンチ溝8と平
行な方向)において、p型ベース層3が分割形成されて
いる。これにより、素子領域に占めるp型ベース層3及
びn型エミッタ層4の面積占有比率がいっそう低減され
るため、電流利得がより向上する。 (第10の実施の形態)図18は、本発明における第1
0の実施の形態に係る半導体素子の要部構造を示す斜視
断面図であり、図16の半導体素子における変形例であ
る。
In the present embodiment, unlike the eighth embodiment shown in FIG. 16, the p-type base layer 3 is divided and formed in the depth direction (direction parallel to the trench groove 8). As a result, the area occupation ratio of the p-type base layer 3 and the n-type emitter layer 4 in the element region is further reduced, so that the current gain is further improved. (Tenth Embodiment) FIG. 18 shows a first embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a perspective cross-sectional view showing the main part structure of the semiconductor element according to the embodiment of 0, and is a modification of the semiconductor element of FIG. 16.

【0041】本実施の形態では、図16で示した第8の
実施の形態と異なって、トレンチ溝8が格子形状をもっ
て設けられ、素子の上面から見た場合のx,y両方向に
わたって、図1と同様な断面構造が形成されている。こ
れにより、素子領域に占めるp型ベース層3及びn型エ
ミッタ層4の面積占有比率が効果的に低減されると同時
に、高い静耐圧とサステイン電圧が保持される。 (第11の実施の形態)図19は、本発明における第1
1の実施の形態に係る半導体素子の要部構造を示す断面
図である。
In this embodiment, unlike the eighth embodiment shown in FIG. 16, the trench grooves 8 are provided in a lattice shape, and the trench grooves 8 are formed in both the x and y directions when viewed from the upper surface of the device. A cross-sectional structure similar to is formed. As a result, the area occupation ratio of the p-type base layer 3 and the n-type emitter layer 4 in the element region is effectively reduced, and at the same time, high static breakdown voltage and sustain voltage are maintained. (Eleventh Embodiment) FIG. 19 shows a first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a main part structure of the semiconductor element according to the first embodiment.

【0042】本実施の形態では、p型ベース層3の表面
にトレンチ溝8が形成されており、トレンチ溝8の深さ
は、n型エミッタ層4の深さより深く、p型ベース層3
の深さより浅く形成されている。これにより、p型ベー
ス層3の角部への電界集中が無くなるだけでなく、トレ
ンチ溝8の角部への電界集中も緩和されるので、高い静
耐圧とサステイン電圧がより安定的に保持される。同時
に、p型ベース層3の体積占有比率が低減されるので、
図1で示した機構と同様の機構により高い電流利得が実
現される。特に、p型ベース層3が、n型ベース層1表
面からの不純物拡散により形成される場合には、p型ベ
ース層3の不純物濃度は表面に近いほど大きく、キャリ
アライフタイムは表面に近いほど小さいので、トレンチ
溝8によって低ライフタイム領域の体積が低減されて、
高い電流利得が得られる。
In the present embodiment, the trench groove 8 is formed on the surface of the p-type base layer 3, and the depth of the trench groove 8 is deeper than the depth of the n-type emitter layer 4 and is p-type base layer 3.
Is formed shallower than the depth of. As a result, not only the electric field concentration on the corners of the p-type base layer 3 is eliminated but also the electric field concentration on the corners of the trench groove 8 is alleviated, so that the high static breakdown voltage and the sustain voltage are held more stably. It At the same time, since the volume occupation ratio of the p-type base layer 3 is reduced,
A high current gain is realized by a mechanism similar to that shown in FIG. In particular, when the p-type base layer 3 is formed by impurity diffusion from the surface of the n-type base layer 1, the impurity concentration of the p-type base layer 3 is higher as it is closer to the surface and the carrier lifetime is closer to the surface. Since it is small, the volume of the low lifetime region is reduced by the trench groove 8,
High current gain can be obtained.

【0043】その他、この発明の要旨を変えない範囲に
おいて、種々変形実施可能なことは勿論である。
Of course, various modifications can be made without departing from the scope of the invention.

【0044】[0044]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、ト
レンチ溝と埋め込み電極が設けられてp型ベース層の端
部への電界集中が緩和されるので、オフ状態で素子耐圧
の低下を伴わず、ターンオフ時も高いサステイン電圧を
保持できる。また、オン状態では、n型ベース層の深い
位置まで電子・正孔双方のキャリアが蓄積されて伝導度
変調が起き、且つ、p型ベース層3とn型エミッタ層4
におけるキャリア再結合が低減されるので、高い電流利
得(直流電流増幅率)が得られる。これにより、低オン
電圧と高い静耐圧、破壊耐量を合わせもった半導体素子
を実現できる。
As described above in detail, according to the present invention, since the trench groove and the buried electrode are provided to reduce the electric field concentration at the end of the p-type base layer, the breakdown voltage of the element is lowered in the off state. Therefore, a high sustain voltage can be maintained even during turn-off. Further, in the ON state, carriers of both electrons and holes are accumulated to a deep position in the n-type base layer to cause conductivity modulation, and the p-type base layer 3 and the n-type emitter layer 4 are formed.
Since carrier recombination at is reduced, a high current gain (DC current amplification factor) can be obtained. As a result, it is possible to realize a semiconductor element having a low on-voltage, a high static breakdown voltage, and a breakdown resistance.

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

【図1】本発明における第1の実施の形態に係る半導体
素子の要部構造を示す断面図。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a main part structure of a semiconductor element according to a first embodiment of the present invention.

【図2】第1の実施の形態における動作およびベース駆
動方法を示すタイムチャート。
FIG. 2 is a time chart showing an operation and a base driving method according to the first embodiment.

【図3】第1の実施の形態における導通状態のキャリア
の流れを示す模式図。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a flow of carriers in a conductive state according to the first embodiment.

【図4】第1の実施の形態における導通状態のキャリア
濃度分布を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing a carrier concentration distribution in a conductive state according to the first embodiment.

【図5】第1の実施の形態における半導体素子の電流−
電圧特性と従来のパワートランジスタの電流−電圧特性
とを比較して示す特性図。
FIG. 5 shows a current flowing through a semiconductor device according to the first embodiment.
The characteristic view which compares and shows the voltage characteristic and the current-voltage characteristic of the conventional power transistor.

【図6】第1の実施の形態における電流利得のp型ベー
ス層幅依存性を示す特性図。
FIG. 6 is a characteristic diagram showing the p-type base layer width dependence of the current gain in the first embodiment.

【図7】第1の実施の形態における電流利得と静耐圧の
p型ベース層ドーズ量依存性を示す特性図。
FIG. 7 is a characteristic diagram showing the dependence of the current gain and the static breakdown voltage on the p-type base layer dose amount in the first embodiment.

【図8】第1の実施の形態における電流利得の高濃度層
面積依存性を示す特性図。
FIG. 8 is a characteristic diagram showing the dependence of the current gain on the high-concentration layer area in the first embodiment.

【図9】第1の実施の形態におけるターンオフ時のキャ
リアの流れを示す模式図。
FIG. 9 is a schematic diagram showing the flow of carriers at the time of turn-off in the first embodiment.

【図10】本発明における第2の実施の形態に係る半導
体素子の要部構造を示す断面図。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a main part structure of a semiconductor element according to a second embodiment of the present invention.

【図11】本発明における第3の実施の形態に係る半導
体素子の要部構造を示す断面図。
FIG. 11 is a sectional view showing a main part structure of a semiconductor element according to a third embodiment of the present invention.

【図12】本発明における第4の実施の形態に係る半導
体素子の要部構造を示す断面図。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a main part structure of a semiconductor element according to a fourth embodiment of the present invention.

【図13】本発明における第5の実施の形態に係る半導
体素子の要部構造を示す断面図。
FIG. 13 is a sectional view showing a main part structure of a semiconductor device according to a fifth embodiment of the present invention.

【図14】本発明における第6の実施の形態に係る半導
体素子の要部構造を示す断面図。
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a main structure of a semiconductor element according to a sixth embodiment of the present invention.

【図15】本発明における第7の実施の形態に係る半導
体素子の要部構造を示す断面図。
FIG. 15 is a cross-sectional view showing the main part structure of a semiconductor element according to a seventh embodiment of the present invention.

【図16】本発明における第8の実施の形態に係る半導
体素子の要部構造を示す斜視断面図。
FIG. 16 is a perspective sectional view showing a main structure of a semiconductor element according to an eighth embodiment of the present invention.

【図17】本発明における第9の実施の形態に係る半導
体素子の要部構造を示す斜視断面図。
FIG. 17 is a perspective sectional view showing a main part structure of a semiconductor element according to a ninth embodiment of the present invention.

【図18】本発明における第10の実施の形態に係る半
導体素子の要部構造を示す斜視断面図。
FIG. 18 is a perspective sectional view showing a main part structure of a semiconductor device according to a tenth embodiment of the invention.

【図19】本発明における第11の実施の形態に係る半
導体素子の要部構造を示す断面図。
FIG. 19 is a sectional view showing a main part structure of a semiconductor element according to an eleventh embodiment of the present invention.

【図20】従来におけるnpn型のパワートランジスタ
の構成を示す断面図。
FIG. 20 is a sectional view showing the configuration of a conventional npn-type power transistor.

【図21】従来におけるnpn型のパワートランジスタ
におけるオン状態のキャリアの流れを示す模式図。
FIG. 21 is a schematic diagram showing a flow of carriers in an ON state in a conventional npn type power transistor.

【図22】従来におけるnpn型パワートランジスタが
使用される際のダーリントン接続を示す図。
FIG. 22 is a diagram showing Darlington connection when a conventional npn type power transistor is used.

【図23】図22に示す構成の電流−電圧特性を示す特
性図。
23 is a characteristic diagram showing current-voltage characteristics of the configuration shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,1a…高抵抗n型ベース層 2,2a…n型コレクタ層 3,3a…p型ベース層 4,4a…n型エミッタ層 5,5a…ベース電極 6,6a…コレクタ電極 7,7a…エミッタ電極 8…トレンチ溝 9…絶縁膜 10…埋め込み電極 11…p+型層(高濃度p型層) 1, 1a ... High resistance n-type base layer 2, 2a ... n type collector layer 3, 3a ... p-type base layer 4, 4a ... N-type emitter layer 5, 5a ... Base electrode 6, 6a ... Collector electrode 7, 7a ... Emitter electrode 8 ... Trench groove 9 ... Insulating film 10 ... Embedded electrode 11 ... p + type layer (high concentration p type layer)

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】高抵抗の第1導電型ベース層と、 前記第1導電型ベース層の一方の表面上に形成された第
1導電型コレクタ層と、 前記第1導電型ベース層の他方の表面に選択的に形成さ
れた第2導電型ベース層と、 前記第2導電型ベース層の表面に選択的に形成された第
1導電型エミッタ層と、 前記第1導電型ベース層の他方の表面上で、前記第2導
電型ベース層とは異なる領域に形成されたトレンチ溝
と、 前記第2導電型ベース層の表面上に形成され、且つ、前
記第1導電型エミッタ層に隣接して形成されたベース電
極と、 前記第1導電型コレクタ層の表面上に形成された第1の
主電極と、 前記第1導電型エミッタ層の表面上に形成された第2の
主電極とを備えたことを特徴とする半導体素子。
1. A high-conductivity first conductivity type base layer, a first conductivity type collector layer formed on one surface of the first conductivity type base layer, and the other of the first conductivity type base layer. A second conductive type base layer selectively formed on the surface, a first conductive type emitter layer selectively formed on the surface of the second conductive type base layer, and the other of the first conductive type base layer A trench groove formed on a surface of the second conductivity type base layer in a region different from that of the second conductivity type base layer; and adjacent to the first conductivity type emitter layer formed on a surface of the second conductivity type base layer. A formed base electrode; a first main electrode formed on the surface of the first conductivity type collector layer; and a second main electrode formed on the surface of the first conductivity type emitter layer. A semiconductor device characterized by the above.
【請求項2】前記第1導電型ベース層の表面で前記第2
導電型ベース層の占める面積占有比率が、0.1以下で
あることを特徴とする請求項1に記載の半導体素子。
2. The second conductive layer is formed on the surface of the first conductive type base layer.
The semiconductor element according to claim 1, wherein an area occupation ratio of the conductive type base layer is 0.1 or less.
【請求項3】前記トレンチ構内に、絶縁膜を介して埋め
込み電極が形成されていることを特徴とする請求項1ま
たは2に記載の半導体素子。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein a buried electrode is formed in the trench structure via an insulating film.
【請求項4】前記埋め込み電極は、 前記第2の主電極あるいは前記ベース電極と電気的に接
続されていることを特徴とする請求項3に記載の半導体
素子。
4. The semiconductor element according to claim 3, wherein the embedded electrode is electrically connected to the second main electrode or the base electrode.
【請求項5】前記トレンチ溝の深さは、 前記第2導電型ベース層の深さよりも深いことを特徴と
する請求項1乃至4に記載の半導体素子。
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein a depth of the trench groove is deeper than a depth of the second conductivity type base layer.
【請求項6】高抵抗の第1導電型ベース層と、 前記第1導電型ベース層の一方の表面上に形成された第
1導電型コレクタ層と、 前記第1導電型ベース層の他方の表面に選択的に形成さ
れた第2導電型ベース層と、 前記第2導電型ベース層の表面に選択的に形成された第
1導電型エミッタ層と、 前記第2導電型ベース層の表面上に選択的に形成された
トレンチ溝と、 前記第2導電型ベース層の表面に形成され、且つ、前記
第1導電型エミッタ層に隣接して形成されたベース電極
と、 前記第1導電型コレクタ層に形成された第1の主電極
と、 前記第1導電型エミッタ層に形成された第2の主電極と
を備えたことを特徴とする半導体素子。
6. A high resistance first conductivity type base layer, a first conductivity type collector layer formed on one surface of the first conductivity type base layer, and the other of the first conductivity type base layer. A second conductivity type base layer selectively formed on the surface, a first conductivity type emitter layer selectively formed on the surface of the second conductivity type base layer, and a surface of the second conductivity type base layer A trench groove selectively formed in the first conductive layer, a base electrode formed on the surface of the second conductive type base layer and adjacent to the first conductive type emitter layer, and the first conductive type collector. A semiconductor element comprising: a first main electrode formed on the layer; and a second main electrode formed on the first conductivity type emitter layer.
【請求項7】前記第2導電型ベース層の表面で前記トレ
ンチ溝の形成されていない領域の占める面積占有比率
は、0.1以下であることを特徴とする請求項6に記載
の半導体素子。
7. The semiconductor device according to claim 6, wherein an area occupation ratio of a region where the trench groove is not formed on the surface of the second conductivity type base layer is 0.1 or less. .
【請求項8】前記トレンチ溝の深さは、 前記第2導電型ベース層の深さより浅く、且つ、前記第
1導電型エミッタ層の深さより深いことを特徴とする請
求項6または7に記載の半導体素子。
8. The depth of the trench groove is shallower than the depth of the second conductive type base layer and deeper than the depth of the first conductive type emitter layer. Semiconductor device.
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