JP2006173297A - Igbt - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、PNダイオード耐圧の調整を容易に行えるIGBTの構造に関するものである。 The present invention relates to an IGBT structure capable of easily adjusting a PN diode breakdown voltage.
図28に、従来から用いられているIGBTの一例として、パンチスルー型のN型IGBTの断面構成を示す。この図に示されるように、パンチスルー型のN型IGBTでは、P+型基板J1の上にN+型バッファ層J2が形成され、そのバッファ層J2の上にN−型ドリフト層J3が形成された構成となっている(例えば、特許文献1、2参照)。
FIG. 28 shows a cross-sectional configuration of a punch-through type N-type IGBT as an example of a conventionally used IGBT. As shown in this figure, in the punch-through type N-type IGBT, an N + type buffer layer J2 is formed on a P + type substrate J1, and an N− type drift layer J3 is formed on the buffer layer J2. It has a configuration (for example, see
一般的に、バッファ層J2におけるN型不純物濃度を高くすればする程、また、バッファ層J2の厚みを厚くすればする程、IGBTのスイッチングスピードが速くなり、L負荷サージ耐量が向上するが、その反面、オン電圧は上昇してしまうことが知られている。 In general, the higher the N-type impurity concentration in the buffer layer J2 and the thicker the buffer layer J2, the faster the IGBT switching speed and the better the L load surge resistance. On the other hand, it is known that the on-voltage increases.
また、IGBTが車両搭載用として使用される場合、バッテリの端子が逆接続されたとしてもIGBTへの通電が行われないように、P+型基板J1とバッファ層J2とによるPN寄生ダイオードの耐圧が利用される。このようなPN寄生ダイオードの耐圧は、素子設計に応じて設定される。PN寄生ダイオードの耐圧を低く設定したい場合には、例えば25V以下の設計とされ、高く設定したい場合には、例えば40V以上の設計とされる。
しかしながら、バッファ層がバッファ機能を果たすようにするためには、ある程度、不純物濃度や厚みが決まってくる。したがって、バッファ層すべてをほぼ均一の不純物濃度で構成した場合には、必然的に、バッファ層の不純物濃度や厚みが決まることになる。このため、次のような問題が発生する。 However, in order for the buffer layer to perform the buffer function, the impurity concentration and thickness are determined to some extent. Therefore, when all the buffer layers are configured with a substantially uniform impurity concentration, the impurity concentration and thickness of the buffer layer are inevitably determined. For this reason, the following problems occur.
すなわち、PN寄生ダイオードの耐圧を低くしたい場合には、バッファ層の不純物濃度が高いために、オン電圧が上昇してしまい、結果的に、チップサイズを大きくしなければならないという問題が発生する。また、PN寄生ダイオードの耐圧を高くしたい場合には、バッファ層の濃度が低いために、スイッチングスピードが遅くなるという問題がある。したがって、PN寄生ダイオードの耐圧を低くしたい場合と高くした場合、いずれの場合にもIGBT特性であるオン損失、スイッチングスピード、サージ耐量を最適に設定することができず、不十分である。 That is, when it is desired to reduce the breakdown voltage of the PN parasitic diode, the on-voltage increases due to the high impurity concentration of the buffer layer, resulting in a problem that the chip size must be increased. Further, when it is desired to increase the breakdown voltage of the PN parasitic diode, there is a problem that the switching speed is slowed because the buffer layer concentration is low. Therefore, when the breakdown voltage of the PN parasitic diode is desired to be lowered or increased, the on-loss, switching speed, and surge resistance, which are IGBT characteristics, cannot be optimally set in either case, which is insufficient.
なお、特許文献1において、バッファ層の上に、不純物濃度が低い中間層を設ける構成が示されているが、これはターンオフ時のサージ電圧上昇を抑えるために、中間層の濃度が非常に低くしており、バッファ層としての機能を果たすものではない。
Note that
本発明は上記点に鑑みて、PN寄生ダイオードの耐圧を低くしたい場合と高くした場合に、IGBT特性であるオン損失、スイッチングスピード、サージ耐量を最適に設定することができるIGBTを提供することを目的とする。 In view of the above points, the present invention provides an IGBT capable of optimally setting on-loss, switching speed, and surge resistance, which are IGBT characteristics, when the breakdown voltage of a PN parasitic diode is desired to be lowered or increased. Objective.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、第1導電型の基板(1)の主表面側に第2導電型の第1バッファ層(2a)を形成し、この第1層(2a)の表面に第1バッファ層(2a)よりも不純物濃度が低くされた第2導電型の第2バッファ層(2b)を形成することを特徴としている。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a first buffer layer (2a) of the second conductivity type is formed on the main surface side of the substrate (1) of the first conductivity type. A second conductivity type second buffer layer (2b) having an impurity concentration lower than that of the first buffer layer (2a) is formed on the surface of (2a).
このような構成によれば、基板(1)の近傍において第2導電型不純物の濃度を高くすることができるため、スイッチングスピードが速く、L負荷サージ耐量も十分得られるIGBTとすることが可能となる。そして、バッファ層すべてにおいて第2導電型不純物の濃度が濃くされた訳ではないため、オン電圧が高くなり過ぎず、オン損失を少ないままにすることが可能になる。これにより、PN寄生ダイオードの耐圧を低くしたい場合に関して、IGBT特性であるオン損失、スイッチングスピード、サージ耐量を最適に設定することができるIGBTとすることができる。 According to such a configuration, since the concentration of the second conductivity type impurity can be increased in the vicinity of the substrate (1), it is possible to obtain an IGBT having a high switching speed and sufficient L load surge withstand capability. Become. In addition, since the concentration of the second conductivity type impurity is not increased in all the buffer layers, the ON voltage does not become too high, and the ON loss can be kept small. As a result, when it is desired to reduce the breakdown voltage of the PN parasitic diode, an IGBT capable of optimally setting the on-loss, switching speed, and surge resistance, which are IGBT characteristics, can be obtained.
請求項2に記載の発明では、第1バッファ層(2a)における第2導電型不純物の濃度がピークとなる位置から第1バッファ層(2a)と基板(1)とによるPN接合までの距離をD1とし、逆バイアス時における該PN接合での空乏層幅をW1とした場合に、W1≦D1≦W1+3μmの関係が成り立つように、第1バッファ層(2a)における第2導電型不純物の濃度を設定することを特徴としている。
In the invention according to
このように、第1バッファ層(2a)内における第2導電型不純物の濃度がピークとなる場所からコレクタ層までの距離D1の位置を決めることにより、第1バッファ層(2a)の膜厚が不必要に厚くなることを抑えることができる。これにより、第2導電型不純物の濃度が高くなる第1バッファ層(2a)の膜厚を極力薄く抑えることが可能となり、オン電圧の上昇を小さくすることが可能となる。 Thus, by determining the position of the distance D1 from the location where the concentration of the second conductivity type impurity peaks in the first buffer layer (2a) to the collector layer, the film thickness of the first buffer layer (2a) can be reduced. Unnecessarily thickening can be suppressed. As a result, it is possible to suppress the film thickness of the first buffer layer (2a) where the concentration of the second conductivity type impurity is high as much as possible, and it is possible to reduce the increase in the ON voltage.
請求項3に記載の発明では、基板(1)の主表面上または表層部には、該基板(1)よりも第1導電型不純物の濃度が高くされた第1導電型層(1a)が形成され、この第1導電型層(1a)の上に、第1バッファ層(2a)が形成されていることを特徴としている。
In the invention according to
このように、基板(1)の主表面上または表層部に該基板(1)よりも第1導電型不純物の濃度が高くされた第1導電型層(1a)を形成することで、より第1導電型層(1a)と第1バッファ層(2a)との間に形成されるPN寄生ダイオードの耐圧の小さいIGBTとして利用することが可能となる。 As described above, the first conductivity type layer (1a) in which the concentration of the first conductivity type impurities is higher than that of the substrate (1) is formed on the main surface or the surface layer portion of the substrate (1), thereby further increasing the first conductivity type layer (1a). The PN parasitic diode formed between the one conductivity type layer (1a) and the first buffer layer (2a) can be used as an IGBT having a low withstand voltage.
このような構成の場合においても、請求項4に示されるように、第1バッファ層(2a)における第2導電型不純物の濃度がピークとなる位置から第1バッファ層(2a)と第1導電型層(1a)とによるPN接合までの距離をD1とし、逆バイアス時における該PN接合での空乏層幅をW1とした場合に、W1≦D1≦W1+3μmの関係が成り立つようにすれば、請求項2と同様の効果を得ることができる。
Even in such a configuration, as shown in
請求項5に記載の発明では、第1導電型の基板(1)の表層部に第2導電型の第1バッファ層(2a)を形成したことを特徴としている。
The invention according to
このように、請求項1に示した第1バッファ層(2a)を基板(1)の表層部に形成することも可能である。
Thus, it is possible to form the first buffer layer (2a) described in
この場合、請求項6に示されるように、第1バッファ層(2a)は、基板(1)の端面よりも内側で終端するようにすると好ましい。このようにすれば、基板(1)の端面における電流のリークを防止することが可能となる。
In this case, as shown in
請求項7に記載の発明では、基板(1)の表層部のうち、第1バッファ層(2a)が形成されていない場所には、基板(1)よりも第1導電型不純物の濃度が高く設定された第1導電型層(1a)が形成されていることを特徴としている。
In the invention according to
このように、請求項3で示した第1導電型層(1a)を基板(1)の表層部のうち第1バッファ層(2a)が形成されていない場所に形成することもできる。
Thus, the 1st conductivity type layer (1a) shown in
なお、上述した第1、第2バッファ層(2a、2b)の第1導電型不純物の濃度は、例えば、請求項8に示されるように、第1バッファ層(2a)が1×1017〜1×1019cm-3、第2バッファ層(2b)が1×1016〜5×1017cm-3に設定される。
The concentration of the first conductivity type impurities in the first and second buffer layers (2a, 2b) described above is 1 × 10 17 to 1 × 10 17 for the first buffer layer (2a), for example, as shown in
請求項9に記載の発明では、バッファ層(2)は、基板(1)からドリフト層にかけて連続的に第2導電型不純物の濃度が低くなる濃度勾配となっていることを特徴としている。
The invention according to
このように、基板(1)からドリフト層にかけて連続的に第2導電型不純物の濃度が低くなる濃度勾配を設けてバッファ層(2)を形成しても、請求項1と同様の効果を得ることができる。
Thus, even if the buffer layer (2) is formed by providing a concentration gradient in which the concentration of the second conductivity type impurity continuously decreases from the substrate (1) to the drift layer, the same effect as in
この場合、請求項10に示すように、バッファ層(2)における第2導電型不純物の濃度がピークとなる位置からバッファ層(2)と基板(1)とによるPN接合までの距離をD1とし、逆バイアス時における該PN接合での空乏層幅をW1とした場合に、W1≦D1≦W1+3μmの関係が成り立つように、バッファ層(2)における第2導電型不純物の濃度を設定すれば、請求項2と同様の効果を得ることができる。
In this case, as shown in
請求項11に記載の発明では、基板(1)の主表面上または表層部に、該基板(1)よりも第1導電型不純物の濃度が高くされた第1導電型層(1a)を形成することを特徴としている。
In the invention according to
このように、基板(1)の主表面上または表層部に第1導電型層(1a)を形成すれば、第1導電型層(1a)とバッファ層(2)との間のPN接合ダイオードの耐圧を低くすることができるため、請求項3と同様の効果を得ることができる。 Thus, if the first conductivity type layer (1a) is formed on the main surface or surface layer of the substrate (1), a PN junction diode between the first conductivity type layer (1a) and the buffer layer (2). Therefore, the same effect as that of the third aspect can be obtained.
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, the same or equivalent parts are denoted by the same reference numerals in the drawings.
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態について説明する。本実施形態では、逆バイアス時におけるコレクタ層−バッファ層間のPN寄生ダイオードの耐圧が20V程度(例えば23V以下)と低くされる場合について説明する。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, a case where the breakdown voltage of the PN parasitic diode between the collector layer and the buffer layer at the time of reverse bias is lowered to about 20 V (for example, 23 V or less) will be described.
図1は、本発明の第1実施形態が適用されたIGBTの断面構成を示したものである。また、図2は、図1におけるA−A断面における不純物濃度分布や逆バイアス時における空乏層幅を示した模式図である。以下、これらの図を参照して、本実施形態におけるIGBTの構成について説明する。 FIG. 1 shows a cross-sectional configuration of an IGBT to which the first embodiment of the present invention is applied. FIG. 2 is a schematic diagram showing the impurity concentration distribution in the AA cross section in FIG. 1 and the depletion layer width at the time of reverse bias. Hereinafter, the configuration of the IGBT in the present embodiment will be described with reference to these drawings.
図1に示されるように、IGBTは、コレクタ層として機能するP+型のシリコン基板1の一面を主表面とし、この主表面上にN+型の第1バッファ層2aおよびN++型第2バッファ層2bからなるバッファ層2およびN−型のドリフト層3が形成されたものを半導体基板4として用いて形成されている。
As shown in FIG. 1, the IGBT has one surface of a P +
ドリフト層3の表層部には、P型のベース領域5が形成されていると共に、このP型ベース領域5の表層部においてP型のベース領域5内で終端するようにN+型のエミッタ領域6が形成されている。
A P-
また、P型のベース領域5の表面部のうちドリフト層3とエミッタ領域6との間に挟まれる部分をチャネル領域として、このチャネル領域上には、ゲート絶縁膜7を介してゲート電極8が形成されている。このゲート電極8は、層間絶縁膜9で覆われている。
A portion sandwiched between the
層間絶縁膜9には、コンタクトホールが形成されており、このコンタクトホールを通じて、エミッタ領域6およびベース領域5と接触するエミッタ電極10が形成されている。そして、シリコン基板1の裏面側に、コレクタ電極11が形成されている。以上のようにして、本実施形態のIGBTが構成されている。
A contact hole is formed in the
このような構成において、本実施形態では、第1バッファ層2a、第2バッファ層2bおよびドリフト層3の不純物濃度C1、C2、C3は、図2に示されるように、第1バッファ層2aが最も高く、ドリフト層3が最も低くなるという関係(C1>C2>C3)が成り立っている。また、第1バッファ層2a、第2バッファ層2bおよびドリフト層3の厚さt1、t2、t3は、第1バッファ層2aが最も薄く、ドリフト層3が最も厚くなるという関係(t1>t2>t3)が成り立っている。
In such a configuration, in the present embodiment, the impurity concentrations C1, C2, and C3 of the
ここで、第1、第2バッファ層2a、2bは、これら2つのバッファ層によって一般的なバッファ機能を奏するような半導体層となるものである。このため、第1、第2バッファ層2a、2bのうちN型不純物の濃度が低い第2バッファ層2bであっても、ドリフト層3に対して少なくとも1桁以上濃い濃度(10倍以上の濃度)、好ましくは20倍以上の濃度となっている。
Here, the first and second buffer layers 2a and 2b are semiconductor layers that exhibit a general buffer function by these two buffer layers. For this reason, even in the
例えば、半導体基板4の各部について、シリコン基板1のP型不純物の濃度が1〜5×1018cm-3、第1バッファ層2aのN型不純物の濃度が1×1017〜1×1019cm-3、第2バッファ層2bのN型不純物の不純物濃度が1×1016〜5×1017cm-3、ドリフト層3の1〜5×1014cm-3となるようにしている。
For example, for each part of the
さらに、第1バッファ層2aに関しては、図2に示されるように、逆バイアス時にコレクタ層−バッファ層間に発生する空乏層の幅W1に対して、第1バッファ層2a内におけるN型不純物の濃度がピークとなる場所からコレクタ層までの距離D1が、W1≦D1≦W1+3μmの関係が成り立つように濃度設定が為されている。
Further, with respect to the
また、第1、第2バッファ層2a、2bの膜厚に関しては、これら2つのバッファ層によって従来のバッファ層におけるバッファ機能と同等の機能が得られるような値に設定されている。例えば、従来構造のIGBTに備えられていた1層構造のバッファ層の膜厚が15μm、不純物濃度から決まるシート抵抗値が0.05Ω・cmであったとすると、本実施形態のIGBTでは、第1バッファ層2aの膜厚が5μm、シート抵抗値が0.023Ω・cm、第2バッファ層2bの膜厚が10μm、シート抵抗値が0.087Ω・cmとされる。
Further, the film thicknesses of the first and second buffer layers 2a and 2b are set to such values that a function equivalent to the buffer function in the conventional buffer layer can be obtained by these two buffer layers. For example, when the film thickness of a single-layer buffer layer provided in a conventional IGBT is 15 μm and the sheet resistance value determined from the impurity concentration is 0.05 Ω · cm, the IGBT of this embodiment has the first The thickness of the
この第1、第2バッファ層2a、2bの膜厚やシート抵抗値に関しては、適宜調整可能であり、例えば、第1バッファ層2aに関しては、膜厚を3〜8μm、シート抵抗値を0.02〜0.03Ω・cm、第2バッファ層2bに関しては、膜厚を5〜10μm、シート抵抗値を0.05〜0.2Ω・cmとすることができる。
The film thickness and sheet resistance value of the first and second buffer layers 2a and 2b can be adjusted as appropriate. For example, for the
このような構成のIGBTによれば、以下の効果を得ることができる。 According to the IGBT having such a configuration, the following effects can be obtained.
コレクタ層として機能するP+型のシリコン基板1とバッファ層2との間に形成されるPN寄生ダイオードの耐圧は、バッファ層2の一部、つまりバッファ層2のうちのシリコン基板1の近傍のみである。このため、本実施形態のように、シリコン基板1の近傍をN型不純物の濃度が濃い第1バッファ層2aとし、それ以外の部分を濃度が薄い第2バッファ層2bとして濃度差をつけている。
The breakdown voltage of the PN parasitic diode formed between the P +
したがって、シリコン基板1の近傍においてN型不純物の濃度を高くすることができるため、スイッチングスピードが速く、L負荷サージ耐量も十分得られるIGBTとすることが可能となる。そして、バッファ層すべてにおいてN型不純物の濃度が濃くされた訳ではないため、オン電圧が高くなり過ぎず、オン損失を少ないままにすることが可能になる。これにより、PN寄生ダイオードの耐圧を低くしたい場合に関して、IGBT特性であるオン損失、スイッチングスピード、サージ耐量を最適に設定することができるIGBTとすることができる。
Therefore, since the concentration of the N-type impurity can be increased in the vicinity of the
そして、本実施形態では、逆バイアス時にコレクタ層−バッファ層間に発生する空乏層の幅W1に対して、第1バッファ層2a内におけるN型不純物の濃度がピークとなる場所からコレクタ層までの距離D1が、W1≦D1≦W1+3μmの関係が成り立つように濃度設定を行っている。
In this embodiment, with respect to the width W1 of the depletion layer generated between the collector layer and the buffer layer during reverse bias, the distance from the location where the concentration of the N-type impurity in the
これは、第1バッファ層2aの膜厚をコントロールするためであり、第1バッファ層2a内におけるN型不純物の濃度がピークとなる場所からコレクタ層までの距離D1の位置を決めることにより、第1バッファ層2aの膜厚が不必要に厚くなることを抑えることができる。これにより、N型不純物の濃度が高くなる第1バッファ層2aの膜厚を極力薄く抑えることが可能となり、オン電圧の上昇を小さくすることが可能となる。
This is for controlling the film thickness of the
さらに、本実施形態では、第1バッファ層2aだけでなく、第1バッファ層2aよりもN型不純物の濃度が低い第2バッファ層2bを設けた構成としている。このため、第1バッファ層2aのみでバッファ層を構成する場合よりもバッファ層のトータルの膜厚を厚くすることができる。
Further, in the present embodiment, not only the
これにより、P+型で構成されたシリコン基板1からのP型不純物の拡散により、P型不純物がドリフト層3まで達してしまうことを防止することができる。したがって、L負荷サージ耐量の向上を図ることが可能となる。
Thereby, it is possible to prevent the P-type impurities from reaching the
次に、本実施形態のIGBTの製造方法について、図3に示すIGBTの製造工程図を参照して説明する。 Next, the manufacturing method of the IGBT of this embodiment will be described with reference to the manufacturing process diagram of the IGBT shown in FIG.
まず、図3(a)に示されるように、例えば1〜5×1018cm-3の不純物濃度を有するP+型のシリコン基板1を用意し、このシリコン基板1の主表面に、図3(b)に示されるように、N++型の第1バッファ層2aを形成する。このとき、第1バッファ層2aのN型不純物の濃度が1×1017〜1×1019cm-3となるように、エピタキシャル成長を行うようにしている。
First, as shown in FIG. 3A, for example, a P +
次に、図3(c)に示されるように、第1バッファ層2aの表面に、N+型の第2バッファ層2bを形成する。このとき、第2バッファ層2bのN型不純物の濃度が1×1016〜5×1017cm-3となるように、エピタキシャル成長を行うようにしている。
Next, as shown in FIG. 3C, an N + type
続いて、図3(d)に示されるように、第2バッファ層2bの表面に、N−型のドリフト層3を形成する。このとき、ドリフト層3のN型不純物の濃度が1〜5×1014cm-3となるようにエピタキシャル成長を行うようにしている。このように、第1バッファ層2a、第2バッファ層2b、ドリフト層3を3連続してエピタキシャル成長によって形成するトリプルエピを行っている。これら各層の形成に関しては、同じエピタキシャル成長であることから、同じエピタキシャル成長装置を用いて、その成長条件を調整することにより、N型不純物の濃度の調整を行うようにしている。
Subsequently, as illustrated in FIG. 3D, the N−
この後、イオン注入を行うことでP型のベース領域5、N+型のエミッタ領域6を形成したり、ゲート酸化によってゲート絶縁膜7を形成したり、ドープトポリシリコンをパターニングすることでゲート電極8を形成するなど、周知のIGBT製造工程を行うことで、図1に示したIGBTを製造することができる。
Thereafter, by performing ion implantation, a P-
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態も、逆バイアス時におけるコレクタ層−バッファ層間のPN寄生ダイオードの耐圧が20V程度(例えば23V以下)と低くされる場合について説明する。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, the case where the breakdown voltage of the PN parasitic diode between the collector layer and the buffer layer at the time of reverse bias is lowered to about 20 V (for example, 23 V or less) will be described.
図4は、本実施形態におけるIGBTの断面構成を示した図であり、図5は、図4のB−B断面における不純物濃度分布を示した模式図である。以下、これらの図を参照して、本実施形態におけるIGBTの構成について説明するが、本実施形態のIGBTの基本構造に関しては第1実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。 FIG. 4 is a diagram showing a cross-sectional configuration of the IGBT in the present embodiment, and FIG. 5 is a schematic diagram showing an impurity concentration distribution in the BB cross section of FIG. Hereinafter, the configuration of the IGBT in the present embodiment will be described with reference to these drawings. However, since the basic structure of the IGBT in the present embodiment is the same as that in the first embodiment, only different portions will be described.
本実施形態では、第1実施形態のような第1、第2バッファ層2a、2bという2層構造のバッファ層ではなく、図4および図5に示されるように、深さ方向において、濃度分布に勾配を持たせ、浅くなるほど(ドリフト層3に近くなる程)N型不純物の濃度が連続的に低くなるようなバッファ層としている。その他の部分に関しては、第1実施形態と同様である。 In the present embodiment, the concentration distribution is not shown in the depth direction as shown in FIGS. 4 and 5 instead of the buffer layer having the two-layer structure of the first and second buffer layers 2a and 2b as in the first embodiment. The buffer layer is formed such that the concentration of the N-type impurity continuously decreases as the depth becomes shallower (closer to the drift layer 3). Other parts are the same as those in the first embodiment.
このバッファ層は、基本的には、P+型のシリコン基板1側からN−型のドリフト層3にかけて順にN型不純物の濃度が低くなるような構成となっているが、P+型のシリコン基板1との境界部において、N型不純物の濃度がその境界部から離れた位置よりも低くされたものとなっている。つまり、バッファ層のうちP+型のシリコン基板1との境界部から若干離れた位置でN型不純物の濃度がピークとなっている。そして、このピークとなる場所からコレクタ層までの距離D1が、逆バイアス時にコレクタ層−バッファ層間に発生する空乏層の幅W1に対して、W1≦D1≦W1+3μmの関係が成り立つように濃度設定が為されている。
This buffer layer is basically configured so that the concentration of N-type impurities decreases in order from the P +
このような構成のバッファ層としても、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、本実施形態のIGBTの製造方法に関しては、バッファ層を形成する際のエピタキシャル成長において、導入するN型不純物の量を徐々に少なくする点以外は第1実施形態と同様である。 Even with the buffer layer having such a configuration, the same effects as those of the first embodiment can be obtained. The IGBT manufacturing method of the present embodiment is the same as that of the first embodiment except that the amount of N-type impurities to be introduced is gradually reduced in the epitaxial growth when forming the buffer layer.
(第3実施形態)
本発明の第3実施形態について説明する。本実施形態も、逆バイアス時におけるコレクタ層−バッファ層間のPN寄生ダイオードの耐圧が20V程度(例えば23V以下)と低くされる場合について説明する。
(Third embodiment)
A third embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, the case where the breakdown voltage of the PN parasitic diode between the collector layer and the buffer layer at the time of reverse bias is lowered to about 20 V (for example, 23 V or less) will be described.
図6は、本実施形態におけるIGBTの断面構成を示した図であり、図7は、図6のC−C断面における不純物濃度分布や逆バイアス時における空乏層幅を示した模式図である。以下、これらの図を参照して、本実施形態におけるIGBTの構成について説明するが、本実施形態のIGBTの基本構造に関しては第1実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。 FIG. 6 is a diagram showing a cross-sectional configuration of the IGBT in this embodiment, and FIG. 7 is a schematic diagram showing the impurity concentration distribution in the CC cross section of FIG. 6 and the depletion layer width during reverse bias. Hereinafter, the configuration of the IGBT in the present embodiment will be described with reference to these drawings. However, since the basic structure of the IGBT in the present embodiment is the same as that in the first embodiment, only different portions will be described.
本実施形態では、第1、第2実施形態のようにバッファ層を工夫するのではなく、図6および図7に示されるように、P+型のシリコン基板1の表面、つまり、シリコン基板1とバッファ層との間にシリコン基板1よりもP型不純物の濃度が濃いP++型層1aを配置した構造としている。その他の部分に関しては、第1、第2実施形態と同様である。
In this embodiment, the buffer layer is not devised as in the first and second embodiments, but as shown in FIGS. 6 and 7, the surface of the P +
例えば、このP++型層1aは、P型不純物の濃度が1〜9×1019cm-3程度とされている。そして、P++型層1aのうち最もP型不純物の濃度がピークとなる位置からP++型層1aおよびバッファ層によるPN接合までの距離をDpとすると、逆バイアス時にP++型層1a−バッファ層間に発生する空乏層の幅Wpに対して、Wp≦D1≦W1+3μmの関係が成り立つように濃度設定が為されている。
For example, the P ++
このような構成によれば、P++型層1aにより、逆バイアス時におけるP++型層1aとバッファ層との間に形成されるPN寄生ダイオードの耐圧を下げることができる。このため、オン電圧の上昇を抑えることができ、第1実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。
According to such a configuration, the P ++
次に、本実施形態のIGBTの製造方法について、図8に示すIGBTの製造工程図を参照して説明する。 Next, the manufacturing method of the IGBT of this embodiment will be described with reference to the manufacturing process diagram of the IGBT shown in FIG.
まず、図8(a)に示されるように、例えば1〜5×1018cm-3の不純物濃度を有するP+型のシリコン基板1を用意し、このシリコン基板1の主表面に、図8(b)に示されるように、P++型層1aを形成する。このとき、P++型層1aのP型不純物の濃度が1〜9×1019cm-3となるように、エピタキシャル成長を行うようにしている。
First, as shown in FIG. 8A, for example, a P +
次に、図8(c)に示されるように、P++型層1aの表面に、N+型のバッファ層を形成する。このとき、バッファ層のN型不純物の濃度が1×1016〜5×1017cm-3となるように、エピタキシャル成長を行うようにしている。
Next, as shown in FIG. 8C, an N + type buffer layer is formed on the surface of the P ++
この後の図8(d)、(e)では、第1実施形態における図3(d)、(e)に示される工程と同様の工程を行う。これにより、本実施形態のIGBTを製造することができる。 Thereafter, in FIG. 8D and FIG. 8E, the same processes as those shown in FIG. 3D and FIG. 3E in the first embodiment are performed. Thereby, the IGBT of this embodiment can be manufactured.
(第4実施形態)
本発明の第4実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態と第3実施形態を組み合わせたものであり、逆バイアス時におけるコレクタ層−バッファ層間のPN寄生ダイオードの耐圧が例えば10V以下と低くされる場合に適用される。
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment of the present invention will be described. This embodiment is a combination of the first embodiment and the third embodiment, and is applied when the breakdown voltage of the PN parasitic diode between the collector layer and the buffer layer at the time of reverse bias is lowered to 10 V or less, for example.
図9は、本実施形態におけるIGBTの断面構成を示した図であり、図10は、図9のD−D断面における不純物濃度分布を示した模式図である。この図に示されるように、本実施形態のIGBTは、第1実施形態で説明したような第1、第2バッファ層2a、2bが備えられていると共に、P+型のシリコン基板1と第1バッファ層2aとの間に第3実施形態で示したP++型層1aが備えられた構造となっている。第1バッファ層2aの濃度分布やP++型層1aの濃度分布に関して、不純物濃度がピークとなる位置が、これら第1バッファ層2aとP++型層1aとによって形成されるPN接合からの距離によって決められていることが第1、第3実施形態と異なるが、その距離関係に関しては、第1、第3実施形態と同様である。その他の部分に関しても、第1、第3実施形態と同様である。
FIG. 9 is a diagram showing a cross-sectional configuration of the IGBT in the present embodiment, and FIG. 10 is a schematic diagram showing an impurity concentration distribution in the DD cross section of FIG. As shown in this figure, the IGBT of the present embodiment is provided with the first and second buffer layers 2a and 2b as described in the first embodiment, and the P +
このように、第1実施形態と第3実施形態と組み合わせることもできる。このような構成によれば、より第1バッファ層2aとP++型層1aとの間に形成されるPN寄生ダイオードの耐圧の小さいIGBTとして利用することが可能となる。
Thus, it can also combine with 1st Embodiment and 3rd Embodiment. According to such a configuration, it can be used as an IGBT having a low breakdown voltage of the PN parasitic diode formed between the
(第5実施形態)
本発明の第5実施形態について説明する。本実施形態は、第2実施形態と第3実施形態を組み合わせたものであり、逆バイアス時におけるコレクタ層−バッファ層間のPN寄生ダイオードの耐圧が例えば10V以下と低くされる場合に適用される。
(Fifth embodiment)
A fifth embodiment of the present invention will be described. This embodiment is a combination of the second embodiment and the third embodiment, and is applied when the breakdown voltage of the PN parasitic diode between the collector layer and the buffer layer at the time of reverse bias is lowered to, for example, 10 V or less.
図11は、本実施形態におけるIGBTの断面構成を示した図であり、図12は、図11のE−E断面における不純物濃度分布を示した模式図である。この図に示されるように、本実施形態のIGBTは、第2実施形態で説明したような濃度分布に勾配を持たせたバッファ層が備えられていると共に、P+型のシリコン基板1とバッファ層との間に第3実施形態で示したP++型層1aが備えられた構造となっている。バッファ層の濃度分布やP++型層1aの濃度分布に関して、不純物濃度がピークとなる位置が、これらバッファ層とP++型層1aとによって形成されるPN接合からの距離によって決められていることが第1、第3実施形態と異なるが、その距離関係に関しては、第2、第3実施形態と同様である。その他の部分に関しても、第2、第3実施形態と同様である。
FIG. 11 is a diagram showing a cross-sectional configuration of the IGBT in the present embodiment, and FIG. 12 is a schematic diagram showing an impurity concentration distribution in the EE cross section of FIG. As shown in this figure, the IGBT of this embodiment is provided with a buffer layer having a gradient in concentration distribution as described in the second embodiment, and a P +
このように、第2実施形態と第3実施形態と組み合わせることもできる。このような構成によれば、よりバッファ層とP++型層1aとの間に形成されるPN寄生ダイオードの耐圧の小さいIGBTとして利用することが可能となる。
Thus, it can also combine with 2nd Embodiment and 3rd Embodiment. According to such a configuration, it can be used as an IGBT having a smaller breakdown voltage of the PN parasitic diode formed between the buffer layer and the P ++
(第6実施形態)
本発明の第6実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態で示した第1バッファ層2aをP+型のシリコン基板1に部分的に形成するものである。したがって、本実施形態も、逆バイアス時におけるコレクタ層−バッファ層間のPN寄生ダイオードの耐圧が20V程度(例えば23V以下)と低くされる場合に適用される。
(Sixth embodiment)
A sixth embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the
図13は、本実施形態におけるIGBTの断面構成を示した図であり、図14は、図13のF−F断面における不純物濃度分布や逆バイアス時における空乏層幅を示した模式図である。以下、これらの図を参照して、本実施形態におけるIGBTの構成について説明するが、本実施形態のIGBTの基本構造に関しては第1実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。 FIG. 13 is a diagram showing a cross-sectional configuration of the IGBT in the present embodiment, and FIG. 14 is a schematic diagram showing the impurity concentration distribution in the FF cross section of FIG. 13 and the depletion layer width at the time of reverse bias. Hereinafter, the configuration of the IGBT in the present embodiment will be described with reference to these drawings. However, since the basic structure of the IGBT in the present embodiment is the same as that in the first embodiment, only different portions will be described.
図13から分かるように、本実施形態では、第1バッファ層2aがP+型のシリコン基板1の表層部に、複数個互いに離間して配置されている。この第1バッファ層2aは、半導体基板4の端面、つまりIGBTがチップ単位に分割される際に、ダイシングカットされる部分となるダイシング領域には形成されないような構成とされている。
As can be seen from FIG. 13, in this embodiment, a plurality of first buffer layers 2 a are arranged on the surface layer portion of the P +
このような構成によれば、基本的に第1実施形態と同様の効果を得ることが可能になると共に、ダイシング領域に第1バッファ層2aが形成されていないことから、半導体基板4の端面からの電流のリークが発生しないようにすることができるという効果も得られる。つまり、半導体基板4の端面は、ダイシングによる欠陥層が形成されるため、この部分だけはPN寄生ダイオードの耐圧を低下させないようにすることで、電流耐量を挙げることが可能となるのである。
According to such a configuration, basically the same effect as that of the first embodiment can be obtained, and the
また、本実施形態では、第1バッファ層2aを複数箇所互いに離間して配置したものとしている。このような構成とすれば、複数の第1バッファ層2a間の距離を調整することにより、オン電圧やスイッチングの速度を調整することが可能となる。したがって、より要望に応じたIGBT設計を行うことが可能となる。
In the present embodiment, the
続いて、本実施形態のIGBTの製造方法について、図15に示すIGBTの製造工程図を参照して説明する。 Next, a method for manufacturing the IGBT of the present embodiment will be described with reference to a manufacturing process diagram of the IGBT shown in FIG.
まず、図15(a)に示されるように、例えば1〜5×1018cm-3の不純物濃度を有するP+型のシリコン基板1を用意し、このシリコン基板1の主表面に、図8(b)に示されるように、イオン注入や気相拡散等を行うことで、シリコン基板1の表層部に第1バッファ層2aを形成する。このとき、第1バッファ層2aのN型不純物の濃度が1×1017〜1×1019cm-3となるように調整している。
First, as shown in FIG. 15A, for example, a P +
次に、図15(c)に示されるように、第1バッファ層2aの表面を含むシリコン基板1の表面にN+型の第2バッファ層2bを形成する。このとき、バッファ層のN型不純物の濃度が1×1016〜5×1017cm-3となるように、エピタキシャル成長を行うようにしている。
Next, as shown in FIG. 15C, an N + type
この後の図15(d)、(e)では、第1実施形態における図3(d)、(e)に示される工程と同様の工程を行う。これにより、本実施形態のIGBTを製造することができる。 Thereafter, in FIGS. 15D and 15E, the same processes as those shown in FIGS. 3D and 3E in the first embodiment are performed. Thereby, the IGBT of this embodiment can be manufactured.
(第7実施形態)
本発明の第7実施形態について説明する。図16は、本発明の第7実施形態におけるIGBTの断面図である。本実施形態は、第3実施形態で示したP++型層1aを第6実施形態のようにP+型のシリコン基板1の表層部に形成したものである。このように、P++型層1aをシリコン基板1の表層部に形成しても、第3実施形態と同様の効果を得ることができると共に、第6実施形態と同様に、半導体基板4の端面における電流のリークを防止することが可能となるという効果を得ることもできる。
(Seventh embodiment)
A seventh embodiment of the present invention will be described. FIG. 16 is a cross-sectional view of an IGBT according to the seventh embodiment of the present invention. In the present embodiment, the P ++
なお、本実施形態のIGBTの製造方法に関しては、第6実施形態で示した第1バッファ層2aを形成する工程(図15(b)の工程)の不純物をN型からP型に変更するだけでその他は同様であるため、説明を省略する。
As for the method of manufacturing the IGBT of this embodiment, the impurity in the step of forming the
(第8実施形態)
本発明の第8実施形態について説明する。図17は、本発明の第8実施形態におけるIGBTの断面図である。本実施形態は、第6実施形態で示した第1バッファ層2aと第7実施形態で示したP++型層1aを共にP+型のシリコン基板1の表層部に部分的に形成するものである。このような構成とすれば、第6実施形態の効果に加え、第7実施形態の効果を得ることも可能となり、よりPN寄生ダイオードの耐圧の小さいIGBTとして利用することが可能となる。
(Eighth embodiment)
An eighth embodiment of the present invention will be described. FIG. 17 is a cross-sectional view of an IGBT according to the eighth embodiment of the present invention. In the present embodiment, the
(第9実施形態)
本発明の第9実施形態について説明する。本実施形態では、上記第1〜第8実施形態とは異なり、逆バイアス時におけるコレクタ層−バッファ層間のPN寄生ダイオードの耐圧が40V以上と高くされる場合について説明する。
(Ninth embodiment)
A ninth embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, unlike the first to eighth embodiments, a case will be described in which the breakdown voltage of the PN parasitic diode between the collector layer and the buffer layer at the time of reverse bias is increased to 40 V or higher.
図18は、本発明の第9実施形態が適用されたIGBTの断面構成を示したものである。また、図19は、図18におけるG−G断面における不純物濃度分布や逆バイアス時における空乏層幅を示した模式図である。以下、これらの図を参照して、本実施形態におけるIGBTの構成について説明する。 FIG. 18 shows a cross-sectional configuration of an IGBT to which the ninth embodiment of the present invention is applied. FIG. 19 is a schematic diagram showing the impurity concentration distribution in the GG section in FIG. 18 and the depletion layer width at the time of reverse bias. Hereinafter, the configuration of the IGBT in the present embodiment will be described with reference to these drawings.
図18に示されるように、本実施形態も、第1実施形態と同様に、P+型のシリコン基板1の表面に、第1、第2バッファ層2a、2bを形成している。ただし、本実施形態では、第1バッファ層2aが第2バッファ層2bよりもN型不純物の濃度が低くなるような濃度設定とされている。
As shown in FIG. 18, in the present embodiment as well, the first and second buffer layers 2a and 2b are formed on the surface of a P +
このように、PN寄生ダイオードを構成するPN接合部分の境界位置において、第1バッファ層2aのN型不純物の濃度を低く設定することで、オン電圧を低くすることができ、PN寄生ダイオードの耐圧を高く設定することが可能となる。これにより、PN寄生ダイオードの耐圧が高いIGBTに利用することが可能となる。
Thus, by setting the concentration of the N-type impurity of the
なお、本実施形態のIGBTの製造方法に関しては、第1、第2バッファ層2a、2bの濃度を第1実施形態と異ならせること以外はすべて同様であるため、省略する。 The IGBT manufacturing method of this embodiment is the same as that of the first embodiment except that the concentrations of the first and second buffer layers 2a and 2b are different from those of the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
(第10実施形態)
本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態も、逆バイアス時におけるコレクタ層−バッファ層間のPN寄生ダイオードの耐圧が40V以上と高くされる場合について説明する。
(10th Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, the case where the breakdown voltage of the PN parasitic diode between the collector layer and the buffer layer at the time of reverse bias is increased to 40 V or more will be described.
図20は、本実施形態におけるIGBTの断面構成を示した図であり、図21は、図20のH−H断面における不純物濃度分布を示した模式図である。以下、これらの図を参照して、本実施形態におけるIGBTの構成について説明するが、本実施形態のIGBTの基本構造に関しては第9実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。 20 is a diagram showing a cross-sectional configuration of the IGBT in the present embodiment, and FIG. 21 is a schematic diagram showing an impurity concentration distribution in the HH cross section of FIG. Hereinafter, the configuration of the IGBT in the present embodiment will be described with reference to these drawings. However, since the basic structure of the IGBT in the present embodiment is the same as that in the ninth embodiment, only different portions will be described.
本実施形態では、第9実施形態のような第1、第2バッファ層2a、2bという2層構造のバッファ層ではなく、図20および図21に示されるように、深さ方向において、濃度分布に勾配を持たせ、浅くなるほど(ドリフト層3に近くなる程)N型不純物の濃度が連続的に高くなるようなバッファ層としている。その他の部分に関しては、第9実施形態と同様である。つまり、第2実施形態と逆の濃度分布となるような設定としている。 In the present embodiment, the concentration distribution is not shown in the depth direction as shown in FIGS. 20 and 21 instead of the buffer layer having the two-layer structure of the first and second buffer layers 2a and 2b as in the ninth embodiment. The buffer layer is such that the concentration of N-type impurities increases continuously as the depth becomes shallower (closer to the drift layer 3). Other parts are the same as those in the ninth embodiment. In other words, the density distribution is set to be opposite to that of the second embodiment.
このような構成のバッファ層としても、第9実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、本実施形態のIGBTの製造方法に関しても、バッファ層の濃度を第2実施形態と異ならせること以外はすべて同様であるため、ここでは省略する。 Even with the buffer layer having such a configuration, the same effects as those of the ninth embodiment can be obtained. The IGBT manufacturing method of this embodiment is the same as that of the second embodiment except that the concentration of the buffer layer is different from that of the second embodiment.
(第11実施形態)
本発明の第11実施形態について説明する。本実施形態も、逆バイアス時におけるコレクタ層−バッファ層間のPN寄生ダイオードの耐圧が40V以上と高くされる場合について説明する。
(Eleventh embodiment)
An eleventh embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, the case where the breakdown voltage of the PN parasitic diode between the collector layer and the buffer layer at the time of reverse bias is increased to 40 V or more will be described.
図22は、本実施形態におけるIGBTの断面構成を示した図であり、図23は、図22のI−I断面における不純物濃度分布を示した模式図である。以下、これらの図を参照して、本実施形態におけるIGBTの構成について説明するが、本実施形態のIGBTの基本構造に関しては第9実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。 FIG. 22 is a diagram showing a cross-sectional configuration of the IGBT in the present embodiment, and FIG. 23 is a schematic diagram showing an impurity concentration distribution in the II cross section of FIG. Hereinafter, the configuration of the IGBT in the present embodiment will be described with reference to these drawings. However, since the basic structure of the IGBT in the present embodiment is the same as that in the ninth embodiment, only different portions will be described.
本実施形態では、第9、第10実施形態のようにバッファ層を工夫するのではなく、図22および図23に示されるように、P+型のシリコン基板1の表面、つまり、シリコン基板1とバッファ層との間にシリコン基板1よりもP型不純物の濃度が薄いP−型層を配置した構造としている。例えば、このP−型層は、P型不純物の濃度が0.1〜5×1017cm-3程度とされている。その他の部分に関しては、第9、第10実施形態と同様である。
In this embodiment, the buffer layer is not devised as in the ninth and tenth embodiments, but as shown in FIGS. 22 and 23, the surface of the P +
このような構成のP−型層を用いれば、逆バイアス時におけるP−型層とバッファ層との間に形成されるPN寄生ダイオードの耐圧を上げることができる。このため、オン電圧を上昇させないようにすることができ、第9、第10実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。 By using the P-type layer having such a configuration, the breakdown voltage of the PN parasitic diode formed between the P-type layer and the buffer layer at the time of reverse bias can be increased. For this reason, it is possible to prevent the on-voltage from increasing, and it is possible to obtain the same effect as in the ninth and tenth embodiments.
なお、このようなIGBTの製造方法に関しても、P−型層の濃度を第3実施形態に示したP++型層1aと異ならせること以外はすべて同様であるため、ここでは省略する。
The IGBT manufacturing method is the same as that of the P− type layer except that the concentration of the P− type layer is different from that of the P ++
(第12実施形態)
本発明の第12実施形態について説明する。本実施形態は、第9実施形態と第11実施形態を組み合わせたものであり、逆バイアス時におけるコレクタ層−バッファ層間のPN寄生ダイオードの耐圧が非常に高くされる場合に適用される。
(Twelfth embodiment)
A twelfth embodiment of the present invention will be described. This embodiment is a combination of the ninth embodiment and the eleventh embodiment, and is applied when the breakdown voltage of the PN parasitic diode between the collector layer and the buffer layer during reverse bias is very high.
図24は、本実施形態におけるIGBTの断面構成を示した図であり、図25は、図24のJ−J断面における不純物濃度分布を示した模式図である。この図に示されるように、本実施形態のIGBTは、第9実施形態で説明したような第1、第2バッファ層2a、2bが備えられていると共に、P+型のシリコン基板1と第1バッファ層2aとの間に第11実施形態で示したP−型層が備えられた構造となっている。その他の部分に関しても、第9、第11実施形態と同様である。
FIG. 24 is a diagram showing a cross-sectional configuration of the IGBT in the present embodiment, and FIG. 25 is a schematic diagram showing an impurity concentration distribution in the JJ cross section of FIG. As shown in this figure, the IGBT of this embodiment is provided with the first and second buffer layers 2a and 2b as described in the ninth embodiment, and the P +
このように、第9実施形態と第11実施形態と組み合わせることもできる。このような構成によれば、より第1バッファ層2aとP−型層との間に形成されるPN寄生ダイオードの耐圧の大きいIGBTとして利用することが可能となる。
Thus, the ninth embodiment and the eleventh embodiment can be combined. According to such a configuration, it can be used as an IGBT having a higher breakdown voltage of the PN parasitic diode formed between the
(第13実施形態)
本発明の第13実施形態について説明する。本実施形態は、第10実施形態と第11実施形態を組み合わせたものであり、逆バイアス時におけるコレクタ層−バッファ層間のPN寄生ダイオードの耐圧が高くされる場合に適用される。
(13th Embodiment)
A thirteenth embodiment of the present invention will be described. The present embodiment is a combination of the tenth embodiment and the eleventh embodiment, and is applied when the breakdown voltage of the PN parasitic diode between the collector layer and the buffer layer at the time of reverse bias is increased.
図26は、本実施形態におけるIGBTの断面構成を示した図であり、図27は、図26のK−K断面における不純物濃度分布を示した模式図である。この図に示されるように、本実施形態のIGBTは、第10実施形態で説明したような濃度分布に勾配を持たせたバッファ層が備えられていると共に、P+型のシリコン基板1とバッファ層との間に第11実施形態で示したP−型層が備えられた構造となっている。その他の部分に関しても、第10、第11実施形態と同様である。
FIG. 26 is a diagram showing a cross-sectional configuration of the IGBT in the present embodiment, and FIG. 27 is a schematic diagram showing an impurity concentration distribution in the KK cross section of FIG. As shown in this figure, the IGBT of this embodiment is provided with a buffer layer having a gradient in concentration distribution as described in the tenth embodiment, and a P +
このように、第10実施形態と第11実施形態と組み合わせることもできる。このような構成によれば、よりバッファ層とP−型層との間に形成されるPN寄生ダイオードの耐圧の高いIGBTとして利用することが可能となる。 As described above, the tenth embodiment and the eleventh embodiment can be combined. According to such a configuration, it can be used as an IGBT having a higher breakdown voltage of a PN parasitic diode formed between the buffer layer and the P− type layer.
(他の実施形態)
上記各実施形態で示した各部の不純物濃度はあくまで例示であり、ここに示されていない不純物濃度の適用を除外するものではない。
(Other embodiments)
The impurity concentration of each part shown in the above embodiments is merely an example, and does not exclude application of impurity concentration not shown here.
また、上記各実施形態では、NチャネルタイプのIGBTを例に挙げて説明したが、各部の導電型が反転したPチャネルのIGBTについても同様に本発明を適用することが可能である。 In each of the above embodiments, an N-channel type IGBT has been described as an example. However, the present invention can also be applied to a P-channel IGBT in which the conductivity type of each part is reversed.
1…シリコン基板、1a…P++型層、2…バッファ層、2a…第1バッファ層、2b…第2バッファ層、3…ドリフト層、4…半導体基板、5…ベース領域、6…エミッタ領域、7…ゲート絶縁膜、8…ゲート電極、9…層間絶縁膜、10…エミッタ電極、11…コレクタ電極。
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記第1導電型の基板(1)の主表面側に形成された、第2導電型の第1バッファ層(2a)と、
前記第1バッファ層(2a)の表面に形成され、前記第1バッファ層(2a)よりも不純物濃度が低く構成された第2導電型の第2バッファ層(2b)と、
前記第2バッファ層(2b)の上に形成され、前記第2バッファ層(2b)よりも不純物濃度が低く構成された第2導電型のドリフト層(3)と、
前記第2導電型のドリフト層(3)の表層部に形成された第1導電型のベース領域(5)と、
前記ベース領域(5)の表層部において、該ベース領域(5)内で終端するように形成された第2導電型のエミッタ領域(6)と、
前記エミッタ領域(6)と前記ドリフト領域(3)との間をチャネル領域として、該チャネル領域の表面に形成されたゲート絶縁膜(7)と、
前記ゲート絶縁膜(7)の表面に形成されたゲート電極(8)と、
前記エミッタ領域(6)および前記ベース領域(5)と電気的に接続されるように構成されたエミッタ電極(10)と、
前記基板(1)の裏面に形成されたコレクタ電極(11)と、を有していることを特徴とするIGBT。 A first conductivity type substrate (1);
A first buffer layer (2a) of the second conductivity type formed on the main surface side of the substrate (1) of the first conductivity type;
A second conductivity type second buffer layer (2b) formed on a surface of the first buffer layer (2a) and having a lower impurity concentration than the first buffer layer (2a);
A second conductivity type drift layer (3) formed on the second buffer layer (2b) and having a lower impurity concentration than the second buffer layer (2b);
A first conductivity type base region (5) formed in a surface layer portion of the second conductivity type drift layer (3);
A second conductivity type emitter region (6) formed to terminate in the base region (5) at a surface layer portion of the base region (5);
A gate insulating film (7) formed on the surface of the channel region with a channel region between the emitter region (6) and the drift region (3),
A gate electrode (8) formed on the surface of the gate insulating film (7);
An emitter electrode (10) configured to be electrically connected to the emitter region (6) and the base region (5);
And an collector electrode (11) formed on the back surface of the substrate (1).
前記第1導電型の基板(1)の表層部に形成された、第2導電型の第1バッファ層(2a)と、
前記第1バッファ層(2a)の表面に形成され、前記第1バッファ層(2a)よりも不純物濃度が低く構成された第2導電型の第2バッファ層(2b)と、
前記第2バッファ層(2b)の上に形成され、前記第2バッファ層(2b)よりも不純物濃度が低く構成された第2導電型のドリフト層(3)と、
前記第2導電型のドリフト層(3)の表層部に形成された第1導電型のベース領域(5)と、
前記ベース領域(5)の表層部において、該ベース領域(5)内で終端するように形成された第2導電型のエミッタ領域(6)と、
前記エミッタ領域(6)と前記ドリフト領域(3)との間をチャネル領域として、該チャネル領域の表面に形成されたゲート絶縁膜(7)と、
前記ゲート絶縁膜(7)の表面に形成されたゲート電極(8)と、
前記エミッタ領域(6)および前記ベース領域(5)と電気的に接続されるように構成されたエミッタ電極(10)と、
前記基板(1)の裏面に形成されたコレクタ電極(11)と、を有していることを特徴とするIGBT。 A first conductivity type substrate (1);
A second conductivity type first buffer layer (2a) formed on a surface layer portion of the first conductivity type substrate (1);
A second conductivity type second buffer layer (2b) formed on a surface of the first buffer layer (2a) and having a lower impurity concentration than the first buffer layer (2a);
A second conductivity type drift layer (3) formed on the second buffer layer (2b) and having a lower impurity concentration than the second buffer layer (2b);
A first conductivity type base region (5) formed in a surface layer portion of the second conductivity type drift layer (3);
A second conductivity type emitter region (6) formed to terminate in the base region (5) at a surface layer portion of the base region (5);
A gate insulating film (7) formed on the surface of the channel region with a channel region between the emitter region (6) and the drift region (3),
A gate electrode (8) formed on the surface of the gate insulating film (7);
An emitter electrode (10) configured to be electrically connected to the emitter region (6) and the base region (5);
And an collector electrode (11) formed on the back surface of the substrate (1).
前記第1導電型の基板(1)の主表面に形成された第2導電型のバッファ層(2)と、
前記バッファ層(2)の上に形成され、前記バッファ層(2)よりも不純物濃度が低く構成された第2導電型のドリフト層(3)と、
前記第2導電型のドリフト層(3)の表層部に形成された第1導電型のベース領域(5)と、
前記ベース領域(5)の表層部において、該ベース領域(5)内で終端するように形成された第2導電型のエミッタ領域(6)と、
前記エミッタ領域(6)と前記ドリフト領域(3)との間をチャネル領域として、該チャネル領域の表面に形成されたゲート絶縁膜(7)と、
前記ゲート絶縁膜(7)の表面に形成されたゲート電極(8)と、
前記エミッタ領域(6)および前記ベース領域(5)と電気的に接続されるように構成されたエミッタ電極(10)と、
前記基板(1)の裏面に形成されたコレクタ電極(11)と、を有し、
前記バッファ層(2)は、前記基板(1)から前記ドリフト層にかけて連続的に第2導電型不純物の濃度が低くなる濃度勾配となっていることを特徴とするIGBT。 A first conductivity type substrate (1);
A second conductivity type buffer layer (2) formed on the main surface of the first conductivity type substrate (1);
A second conductivity type drift layer (3) formed on the buffer layer (2) and having a lower impurity concentration than the buffer layer (2);
A first conductivity type base region (5) formed in a surface layer portion of the second conductivity type drift layer (3);
A second conductivity type emitter region (6) formed to terminate in the base region (5) at a surface layer portion of the base region (5);
A gate insulating film (7) formed on the surface of the channel region with a channel region between the emitter region (6) and the drift region (3),
A gate electrode (8) formed on the surface of the gate insulating film (7);
An emitter electrode (10) configured to be electrically connected to the emitter region (6) and the base region (5);
A collector electrode (11) formed on the back surface of the substrate (1),
The IGBT according to claim 1, wherein the buffer layer (2) has a concentration gradient in which the concentration of the second conductivity type impurity continuously decreases from the substrate (1) to the drift layer.
前記基板(1)の主表面上または表層部に形成され、該基板(1)よりも第1導電型不純物の濃度が高くされた第1導電型層(1a)と、
前記第1導電型層(1a)の表面に形成された第2導電型のバッファ層(2)と、
前記バッファ層(2)の上に形成され、前記バッファ層(2)よりも不純物濃度が低く構成された第2導電型のドリフト層(3)と、
前記第2導電型のドリフト層(3)の表層部に形成された第1導電型のベース領域(5)と、
前記ベース領域(5)の表層部において、該ベース領域(5)内で終端するように形成された第2導電型のエミッタ領域(6)と、
前記エミッタ領域(6)と前記ドリフト領域(3)との間をチャネル領域として、該チャネル領域の表面に形成されたゲート絶縁膜(7)と、
前記ゲート絶縁膜(7)の表面に形成されたゲート電極(8)と、
前記エミッタ領域(6)および前記ベース領域(5)と電気的に接続されるように構成されたエミッタ電極(10)と、
前記基板(1)の裏面に形成されたコレクタ電極(11)と、を有していることを特徴とするIGBT。
A first conductivity type substrate (1);
A first conductivity type layer (1a) formed on the main surface or surface layer of the substrate (1) and having a higher concentration of first conductivity type impurities than the substrate (1);
A second conductivity type buffer layer (2) formed on the surface of the first conductivity type layer (1a);
A second conductivity type drift layer (3) formed on the buffer layer (2) and having a lower impurity concentration than the buffer layer (2);
A first conductivity type base region (5) formed in a surface layer portion of the second conductivity type drift layer (3);
A second conductivity type emitter region (6) formed to terminate in the base region (5) at a surface layer portion of the base region (5);
A gate insulating film (7) formed on the surface of the channel region with a channel region between the emitter region (6) and the drift region (3),
A gate electrode (8) formed on the surface of the gate insulating film (7);
An emitter electrode (10) configured to be electrically connected to the emitter region (6) and the base region (5);
And an collector electrode (11) formed on the back surface of the substrate (1).
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