JP2008258262A - Igbt - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an IGBT of which the turn-on voltage is low and the breakdown voltage is high. <P>SOLUTION: The IGBT is provided with a first conductive collector region; a second conductive drift region stacked on the collector region; a first conductive body region that is isolated from the collector region by the drift region; a second conductive emitter region that is isolated from the drift region by the body region; and a gate electrode that is opposite to a body region separating the emitter region and the drift region, with an insulation film in between. The drift region is provided with a first low-concentration region that is low in impurity concentration and is in contact with the body region; a high-concentration region that is high in impurity concentration, is in contact with the first low-concentration region and is isolated from the body region by the first low-concentration region and is spread as a layer in the direction of the plane of the semiconductor substrate; and a second low-concentration area that is low impurity concentration and is in contact with the high-concentration region, and isolates the high-concentration region from the collector region. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、IGBTに関する。   The present invention relates to an IGBT.

第1導電型のコレクタ領域と、コレクタ領域上に積層されている第2導電型のドリフト領域と、ドリフト領域によってコレクタ領域から分離されている第1導電型のボディ領域と、ボディ領域によってドリフト領域から分離されている第2導電型のエミッタ領域と、エミッタ領域とドリフト領域を分離している範囲のボディ領域に絶縁膜を介して対向しているゲート電極を備えたIGBTが知られている。このIGBTのゲート電極にオン電圧を印加すると、ボディ領域にチャネルが形成される。これによって、第2キャリア(第2導電型半導体の多数キャリア)がエミッタ電極からエミッタ領域とボディ領域を通過してドリフト領域に流入する。ドリフト領域に流入した第2キャリアは、コレクタ領域を通過してコレクタ電極へと流れる。また、第2キャリアがドリフト領域に流入すると、それに応じて、第1キャリア(第1導電型半導体の多数キャリア)がコレクタ電極からコレクタ領域を通過してドリフト領域に流入する。第1キャリアと第2キャリアがドリフト領域に流入することによって、ドリフト領域内で伝導度変調現象が活発化し、ドリフト領域の抵抗が低下する。ドリフト領域に流入した第1キャリアは、ボディ領域を通過してエミッタ電極へと流れる。これによって、IGBTがオンする。   A collector region of the first conductivity type, a drift region of the second conductivity type stacked on the collector region, a body region of the first conductivity type separated from the collector region by the drift region, and a drift region by the body region There is known an IGBT including an emitter region of a second conductivity type separated from the gate electrode, and a gate electrode facing a body region in a range where the emitter region and the drift region are separated through an insulating film. When an on voltage is applied to the gate electrode of the IGBT, a channel is formed in the body region. As a result, the second carriers (majority carriers of the second conductivity type semiconductor) flow from the emitter electrode into the drift region through the emitter region and the body region. The second carriers flowing into the drift region pass through the collector region and flow to the collector electrode. When the second carriers flow into the drift region, the first carriers (majority carriers of the first conductivity type semiconductor) flow through the collector region from the collector electrode and flow into the drift region accordingly. When the first carrier and the second carrier flow into the drift region, the conductivity modulation phenomenon is activated in the drift region, and the resistance of the drift region is reduced. The first carriers flowing into the drift region pass through the body region and flow to the emitter electrode. As a result, the IGBT is turned on.

特許文献1には、オン時にドリフト領域内に蓄積するホールの量を増大させることによってドリフト領域の抵抗をより低下させ、IGBTのオン電圧をより低減させる技術が開示されている。特許文献1のIGBTは、ドリフト領域を下記の三層で構成する。
コレクタ領域と接する範囲には不純物濃度が高いバッファ領域を設ける。ボディ領域と接する範囲にも不純物濃度が高いバリア領域を設ける。バッファ領域とバリア領域の間に不純物濃度が低いベース領域を設ける。
このIGBTでは、オン時に、ホールがコレクタ電極からコレクタ領域とバッファ領域を通過してベース領域に流入する。ベース領域に流入したホールは、バリア領域とボディ領域を通ってエミッタ電極へ流れようとする。しかしながら、ベース領域とバリア領域の界面が障壁となって、ホールがバリア領域へ流入することが抑制される。したがって、ベース領域内により多くのホールが蓄積されることとなる。ベース領域内のホールの数が多くなると、ベース領域での伝導度変調現象が活発化して抵抗が低くなる。したがって、特許文献1のIGBTは、オン電圧が低い。
Patent Document 1 discloses a technique for further reducing the ON voltage of the IGBT by further reducing the resistance of the drift region by increasing the amount of holes accumulated in the drift region at the time of ON. In the IGBT of Patent Document 1, the drift region is composed of the following three layers.
A buffer region having a high impurity concentration is provided in a range in contact with the collector region. A barrier region having a high impurity concentration is also provided in a region in contact with the body region. A base region having a low impurity concentration is provided between the buffer region and the barrier region.
In this IGBT, when turned on, holes flow from the collector electrode to the base region through the collector region and the buffer region. The holes flowing into the base region try to flow to the emitter electrode through the barrier region and the body region. However, the interface between the base region and the barrier region serves as a barrier, and holes are prevented from flowing into the barrier region. Therefore, more holes are accumulated in the base region. As the number of holes in the base region increases, the conductivity modulation phenomenon in the base region becomes active and the resistance decreases. Therefore, the IGBT of Patent Document 1 has a low on-voltage.

特開2003−273359号公報JP 2003-273359 A

特許文献1のIGBTでは、ボディ領域に不純物濃度が比較的高いバリア領域が接している。したがって、IGBTのオフ時に、空乏層がドリフト領域とボディ領域の界面からドリフト領域側へ伸び難い。このために、特許文献1のIGBTは、耐圧が低いという問題があった。   In the IGBT of Patent Document 1, a barrier region having a relatively high impurity concentration is in contact with the body region. Therefore, when the IGBT is turned off, the depletion layer hardly extends from the interface between the drift region and the body region to the drift region side. For this reason, the IGBT of Patent Document 1 has a problem that the breakdown voltage is low.

本発明は、上述した実情に鑑みてなされたものであり、オン電圧が低いとともに耐圧が高いIGBTを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide an IGBT having a low on-voltage and a high breakdown voltage.

本発明のIGBTは、第1導電型のコレクタ領域と、コレクタ領域上に積層されている第2導電型のドリフト領域と、ドリフト領域によってコレクタ領域から分離されている第1導電型のボディ領域と、ボディ領域によってドリフト領域から分離されている第2導電型のエミッタ領域と、エミッタ領域とドリフト領域とを分離している範囲のボディ領域に絶縁膜を介して対向しているゲート電極を備えている。本発明のIGBTのドリフト領域は、第1低濃度領域と高濃度領域と第2低濃度領域を備えている。第1低濃度領域は、ボディ領域に接するとともに、不純物濃度が低い。高濃度領域は、第1低濃度領域に接しており、第1低濃度領域によってボディ領域から分離されており、半導体基板の表面と平行な方向に層状に広がっているとともに、不純物濃度が高い。第2低濃度領域は、高濃度領域に接しており、高濃度領域をコレクタ領域から分離しているとともに、不純物濃度が低い。   The IGBT of the present invention includes a first conductivity type collector region, a second conductivity type drift region stacked on the collector region, and a first conductivity type body region separated from the collector region by the drift region. An emitter region of a second conductivity type separated from the drift region by the body region, and a gate electrode facing the body region in a range separating the emitter region and the drift region via an insulating film Yes. The drift region of the IGBT of the present invention includes a first low concentration region, a high concentration region, and a second low concentration region. The first low concentration region is in contact with the body region and has a low impurity concentration. The high concentration region is in contact with the first low concentration region, is separated from the body region by the first low concentration region, spreads in layers in a direction parallel to the surface of the semiconductor substrate, and has a high impurity concentration. The second low concentration region is in contact with the high concentration region, separates the high concentration region from the collector region, and has a low impurity concentration.

上記IGBTで生じる現象をつぎに説明する。説明の便宜のために、最初は、コレクタ領域がp型であり、エミッタ領域がn型である場合を説明する。
IGBTがオンすると、ホールがコレクタ電極からコレクタ領域を通過して第2低濃度領域に流入する。第2低濃度領域に流入したホールは、高濃度領域と第1低濃度領域を通過してボディ領域へ流れようとする。しかしながら、不純物濃度が低い第2低濃度領域と不純物濃度が高い高濃度領域の界面が障壁となって、ホールが高濃度領域内へ流入することが抑制される。したがって、第2低濃度領域内により多くのホールが蓄積され、第2低濃度領域での伝導度変調現象が活発化して抵抗が低くなる。したがって、このIGBTのオン電圧は低い。
また、IGBTのオフ時には、ボディ領域と第1低濃度領域の界面に空乏層が形成される。ボディ領域と接する第1低濃度領域は不純物濃度が低いので、空乏層は前記界面から第1低濃度領域内に十分に広がることができる。したがって、空乏層の厚さが薄くなることが抑制される。すなわち、このIGBTは十分な耐圧を有している。
コレクタ領域がn型であり、エミッタ領域がp型である場合も、キャリアの導電型を反転した現象が生じる。この場合も、第2低濃度領域での伝導度変調現象が活発化して抵抗が低くなる。このIGBTでも、オン電圧は低い。
The phenomenon that occurs in the IGBT will be described next. For convenience of explanation, a case where the collector region is p-type and the emitter region is n-type will be described first.
When the IGBT is turned on, holes flow from the collector electrode through the collector region and flow into the second low concentration region. The holes flowing into the second low concentration region try to flow to the body region through the high concentration region and the first low concentration region. However, the interface between the second low-concentration region having a low impurity concentration and the high-concentration region having a high impurity concentration serves as a barrier, so that holes can be prevented from flowing into the high-concentration region. Therefore, more holes are accumulated in the second low concentration region, and the conductivity modulation phenomenon in the second low concentration region is activated and the resistance is lowered. Therefore, the on-voltage of the IGBT is low.
Further, when the IGBT is turned off, a depletion layer is formed at the interface between the body region and the first low concentration region. Since the first low-concentration region in contact with the body region has a low impurity concentration, the depletion layer can sufficiently extend from the interface into the first low-concentration region. Therefore, it is possible to suppress the depletion layer from becoming thinner. That is, this IGBT has a sufficient breakdown voltage.
Even when the collector region is n-type and the emitter region is p-type, a phenomenon in which the conductivity type of carriers is reversed occurs. Also in this case, the conductivity modulation phenomenon in the second low concentration region is activated and the resistance is lowered. Even in this IGBT, the on-voltage is low.

上述したIGBTでは、ボディ領域がアイランド領域内に形成されており、高濃度領域が半導体基板の表面と平行な方向に層状に広がるとともに、ボディ領域下部の所定範囲内では高濃度領域が形成されていないことが好ましい。
このような構成によれば、IGBTをターンオフさせるときに、第2低濃度領域内に蓄積されていた第1キャリアが、高濃度領域が形成されていない所定範囲を通過してボディ領域に流れることができる。したがって、IGBTのターンオフ速度を向上させることができる。
In the IGBT described above, the body region is formed in the island region, the high concentration region spreads in layers in a direction parallel to the surface of the semiconductor substrate, and the high concentration region is formed in a predetermined range below the body region. Preferably not.
According to such a configuration, when the IGBT is turned off, the first carriers accumulated in the second low concentration region pass through the predetermined range where the high concentration region is not formed and flow into the body region. Can do. Therefore, the turn-off speed of the IGBT can be improved.

上記形式のIGBTでは、ボディ領域とエミッタ領域の上面にエミッタ電極が形成されており、ボディ領域のうちのエミッタ電極と接する範囲に、その範囲外のボディ領域より不純物濃度が高いボディコンタクト領域が形成されており、そのボディコンタクト領域の下部に高濃度領域が形成されていない所定範囲が確保されていることが好ましい。
このような構成によれば、IGBTのターンオフ速度をより向上させることができる。また、第1キャリアがエミッタ領域を流れることがなく、寄生サイリスタがオンする現象の発生を防止することができる。
In the IGBT of the above type, an emitter electrode is formed on the upper surface of the body region and the emitter region, and a body contact region having a higher impurity concentration than the body region outside the range is formed in the body region in contact with the emitter electrode. It is preferable that a predetermined range in which a high concentration region is not formed below the body contact region is secured.
According to such a configuration, the turn-off speed of the IGBT can be further improved. Further, the first carrier does not flow through the emitter region, and the occurrence of the phenomenon that the parasitic thyristor is turned on can be prevented.

上述したIGBTは、高濃度領域が、半導体基板を平面視したときに、IGBTのオン時にチャネルが形成される領域とドリフト領域と重なる範囲全体に形成されていることが好ましい。高濃度領域は、前記範囲の全体に亘っておればよく、それ以上の範囲に広がっていてもよい。
ドリフト領域のうち、チャネル領域と重なる範囲は最も多くの第2キャリアが流れる領域である。このIGBTでは、チャネル領域とドリフト領域が重なる範囲全体に高濃度領域が形成されているので、その範囲の第2低濃度領域に第1キャリアが蓄積される。すなわち、第2低濃度領域のうちで第2キャリアが最も多く流れる範囲の抵抗が下がる。したがって、高濃度領域が形成されていない範囲を形成したとしても、IGBTのオン電圧を十分低くすることができる。
In the IGBT described above, the high concentration region is preferably formed over the entire range where the channel region and the drift region overlap when the IGBT is turned on when the semiconductor substrate is viewed in plan. The high concentration region only needs to cover the entire range, and may extend to a range beyond that.
In the drift region, the range overlapping with the channel region is a region where the most second carriers flow. In this IGBT, since the high concentration region is formed in the entire range where the channel region and the drift region overlap, the first carriers are accumulated in the second low concentration region in the range. That is, the resistance of the range in which the second carrier flows most in the second low concentration region decreases. Therefore, even if the range where the high concentration region is not formed is formed, the on-voltage of the IGBT can be sufficiently lowered.

(第1実施例)
本発明の第1実施例に係るIGBTについて図面を参照しながら説明する。図1は、第1実施例のIGBT10の概略構成を示す断面図である。図示するように、IGBT10は、シリコン基板12と、コレクタ電極20と、エミッタ電極40と、絶縁膜42に覆われたゲート電極44を備えている。コレクタ電極20は、シリコン基板12の下面12bの略全面に形成されている。ゲート電極44は、シリコン基板12の上面12aに形成されており、シリコン基板12と絶縁膜42を介して対向している。エミッタ電極40は、シリコン基板12の上面12aの略全面に、ゲート電極44を覆うように形成されている。ゲート電極44とエミッタ電極40は、絶縁膜42によって絶縁されている。
(First embodiment)
The IGBT according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the IGBT 10 of the first embodiment. As illustrated, the IGBT 10 includes a silicon substrate 12, a collector electrode 20, an emitter electrode 40, and a gate electrode 44 covered with an insulating film 42. The collector electrode 20 is formed on substantially the entire lower surface 12 b of the silicon substrate 12. The gate electrode 44 is formed on the upper surface 12 a of the silicon substrate 12 and faces the silicon substrate 12 with the insulating film 42 interposed therebetween. The emitter electrode 40 is formed on the substantially entire surface of the upper surface 12 a of the silicon substrate 12 so as to cover the gate electrode 44. The gate electrode 44 and the emitter electrode 40 are insulated by an insulating film 42.

シリコン基板12の下面12bに臨む領域には、p型のコレクタ層22が形成されている。コレクタ層22の上側には、n型のドリフト層30が形成されている。ドリフト層30は、コレクタ層22と接する第1ドリフト層24と、第1ドリフト層24の上側に形成されている第2ドリフト層26と、第2ドリフト層26の上側に形成されている第3ドリフト層28によって構成されている。第1ドリフト層24と第3ドリフト層28のn型不純物濃度は略等しい。第2ドリフト層26は、第1ドリフト層24及び第3ドリフト層28よりn型不純物濃度が高い。シリコン基板12の上面12aに臨む領域には、n型のエミッタ領域36と、p型のボディ領域32が選択的に形成されている。ボディ領域32は、アイランド領域内に形成されている。エミッタ領域36は、絶縁膜42及びエミッタ電極40と接するように形成されている。ボディ領域32は、エミッタ領域36を覆うように形成されている。ボディ領域32によって、エミッタ領域36はドリフト層30から分離されている。ボディ領域32は、絶縁膜42及びエミッタ電極40と接するように形成されている。ボディ領域32のうちの絶縁膜42を介してゲート電極44と対向している範囲は、ゲート電極44にオン電圧が印加されたときに、チャネルが形成されるチャネル形成領域33である。ボディ領域32のうちエミッタ電極40と接する部分には、ボディ領域32の他部よりもp型不純物濃度が高いボディコンタクト領域34が形成されている。   In a region facing the lower surface 12b of the silicon substrate 12, a p-type collector layer 22 is formed. An n-type drift layer 30 is formed on the collector layer 22. The drift layer 30 includes a first drift layer 24 in contact with the collector layer 22, a second drift layer 26 formed on the upper side of the first drift layer 24, and a third layer formed on the upper side of the second drift layer 26. The drift layer 28 is used. The n-type impurity concentrations of the first drift layer 24 and the third drift layer 28 are substantially equal. The second drift layer 26 has a higher n-type impurity concentration than the first drift layer 24 and the third drift layer 28. In the region facing the upper surface 12a of the silicon substrate 12, an n-type emitter region 36 and a p-type body region 32 are selectively formed. The body region 32 is formed in the island region. The emitter region 36 is formed in contact with the insulating film 42 and the emitter electrode 40. The body region 32 is formed so as to cover the emitter region 36. The emitter region 36 is separated from the drift layer 30 by the body region 32. The body region 32 is formed in contact with the insulating film 42 and the emitter electrode 40. A range of the body region 32 that faces the gate electrode 44 through the insulating film 42 is a channel formation region 33 in which a channel is formed when an on voltage is applied to the gate electrode 44. A body contact region 34 having a higher p-type impurity concentration than the other part of the body region 32 is formed in a portion of the body region 32 that is in contact with the emitter electrode 40.

図2は、図1のII−II線断面におけるドリフト層30内のn型不純物濃度Nの分布を示している。図示するように、第1ドリフト層24及び第3ドリフト層28内では、n型不純物は約1×1013/cmの略一定の濃度で存在している。また、第2ドリフト層26内では、n型不純物濃度が局所的に高くなっている。図示するように、第2ドリフト層26内では、n型不純物濃度が1×1015/cm以上の濃度となっている。 FIG. 2 shows the distribution of the n-type impurity concentration N in the drift layer 30 in the section taken along the line II-II in FIG. As shown in the figure, in the first drift layer 24 and the third drift layer 28, the n-type impurity is present at a substantially constant concentration of about 1 × 10 13 / cm 2 . In the second drift layer 26, the n-type impurity concentration is locally high. As shown in the drawing, the n-type impurity concentration is 1 × 10 15 / cm 2 or more in the second drift layer 26.

IGBT10のコレクタ電極20−エミッタ電極40間に順電圧を印加し、ゲート電極44にオン電圧を印加すると、IGBT10はオンする。すなわち、ボディ領域32中のチャネル形成領域33にチャネルが形成される。すると、電子が、エミッタ電極40からエミッタ領域36とボディ領域32のうちのチャネル形成領域33を通過してドリフト層30内に流入する。ドリフト層30内に流入した電子は、ドリフト層30とコレクタ層22を通過してコレクタ電極20へと流れる。
また、電子がドリフト層30内に流入すると、ホールがコレクタ電極20からコレクタ層22を通過して第1ドリフト層24内に流入する。第1ドリフト層24内に流入したホールは第2ドリフト層26内へと流れようとする。しかしながら、第1ドリフト層24と第2ドリフト層26の界面が障壁となってホールが第2ドリフト層26内へ流れることが抑制される。したがって、第2ドリフト層26内へ流れるホールは比較的少量となり、第1ドリフト層24内におけるホールの濃度が高くなる。すると、第1ドリフト層24内で伝導度変調現象が活発化して第1ドリフト層24の抵抗が非常に小さくなる。したがって、電子はほとんど損失を発生させることなく第1ドリフト層24内を流れることができる。
なお、第2ドリフト層26内へ流入した比較的少量のホールは、第3ドリフト層28とボディ領域32を通過してボディコンタクト領域34からエミッタ電極40へ流れる。
When a forward voltage is applied between the collector electrode 20 and the emitter electrode 40 of the IGBT 10 and an on-voltage is applied to the gate electrode 44, the IGBT 10 is turned on. That is, a channel is formed in the channel formation region 33 in the body region 32. Then, electrons flow from the emitter electrode 40 through the channel region 33 in the emitter region 36 and the body region 32 into the drift layer 30. The electrons flowing into the drift layer 30 pass through the drift layer 30 and the collector layer 22 and flow to the collector electrode 20.
When electrons flow into the drift layer 30, holes flow from the collector electrode 20 through the collector layer 22 and flow into the first drift layer 24. The holes that have flowed into the first drift layer 24 tend to flow into the second drift layer 26. However, the interface between the first drift layer 24 and the second drift layer 26 serves as a barrier to prevent holes from flowing into the second drift layer 26. Therefore, a relatively small amount of holes flow into the second drift layer 26, and the concentration of holes in the first drift layer 24 increases. Then, the conductivity modulation phenomenon is activated in the first drift layer 24 and the resistance of the first drift layer 24 becomes very small. Therefore, electrons can flow in the first drift layer 24 with almost no loss.
A relatively small amount of holes flowing into the second drift layer 26 flows from the body contact region 34 to the emitter electrode 40 through the third drift layer 28 and the body region 32.

ゲート電極44に印加している電圧をオフすると、チャネル形成領域33に形成されていたチャネルが消失し、IGBT10がオフする。IGBT10がオフすると、ボディ領域32と第3ドリフト層28との界面に電圧が印加されるので、その界面近傍に空乏層が広がる。ボディ領域32に接している第3ドリフト層28のn型不純物濃度は低いので、空乏層は第3ドリフト層28内に十分に広がることができる。すなわち、空乏層の厚さが極端に薄くなることが無い。したがって、IGBT10は、十分な耐圧を有している。   When the voltage applied to the gate electrode 44 is turned off, the channel formed in the channel formation region 33 disappears and the IGBT 10 is turned off. When the IGBT 10 is turned off, a voltage is applied to the interface between the body region 32 and the third drift layer 28, so that a depletion layer spreads in the vicinity of the interface. Since the n-type impurity concentration of the third drift layer 28 in contact with the body region 32 is low, the depletion layer can sufficiently spread in the third drift layer 28. That is, the thickness of the depletion layer does not become extremely thin. Therefore, the IGBT 10 has a sufficient breakdown voltage.

以上に説明したように、IGBT10では、第2ドリフト層26のn型不純物濃度が第1ドリフト層24よりも高い。したがって、第1ドリフト層24に流入したホールが第2ドリフト層26内に流入し難く、第1ドリフト層24の抵抗をより低くすることができる。すなわち、IGBT10のオン電圧が低減されている。また、第2ドリフト層26とボディ領域32の間にn型不純物濃度が第2ドリフト層26より低い第3ドリフト層28が形成されている。したがって、IGBT10のオフ時にボディ領域32と第3ドリフト層28の界面から第3ドリフト層28内に空乏層が広がり、空乏層が薄くならない。したがって、IGBT10のオフ時の耐圧が高い。   As described above, in the IGBT 10, the n-type impurity concentration of the second drift layer 26 is higher than that of the first drift layer 24. Therefore, the holes that have flowed into the first drift layer 24 are unlikely to flow into the second drift layer 26, and the resistance of the first drift layer 24 can be further reduced. That is, the on-voltage of the IGBT 10 is reduced. A third drift layer 28 having an n-type impurity concentration lower than that of the second drift layer 26 is formed between the second drift layer 26 and the body region 32. Therefore, when the IGBT 10 is turned off, a depletion layer extends from the interface between the body region 32 and the third drift layer 28 into the third drift layer 28, and the depletion layer does not become thin. Therefore, the breakdown voltage when the IGBT 10 is off is high.

なお、第2ドリフト層26のn型不純物濃度は、1×1015/cm以上であることが好ましく、第1ドリフト層24のn型不純物濃度は、1×1013/cm以下であることが好ましい。このような濃度でn型不純物が分布していると、IGBT10のオン時に第1ドリフト層24内のホールの濃度を十分に高くすることができる。 The n-type impurity concentration of the second drift layer 26 is preferably 1 × 10 15 / cm 2 or more, and the n-type impurity concentration of the first drift layer 24 is 1 × 10 13 / cm 2 or less. It is preferable. When the n-type impurity is distributed at such a concentration, the concentration of holes in the first drift layer 24 can be sufficiently increased when the IGBT 10 is turned on.

また、第3ドリフト層28のn型不純物濃度は、1×1013/cm以下であることが好ましい。このように第3ドリフト層28が形成されていると、空乏層が第3ドリフト層28内に十分に広がることができる。 The n-type impurity concentration of the third drift layer 28 is preferably 1 × 10 13 / cm 2 or less. When the third drift layer 28 is formed in this way, the depletion layer can sufficiently spread in the third drift layer 28.

なお、第1実施例のIGBT10においては、第2ドリフト層26は略同一深さに形成されていたが、図3に示すように、第2ドリフト層26が形成されている深さがシリコン基板12の平面方向の位置によって変化していても良い。また、図4に示すように、第2ドリフト層26の厚さがシリコン基板12の平面方向の位置によって変化していても良い。このように第2ドリフト層26が形成されていても、IGBT10のオン電圧を低減させることができる。   In the IGBT 10 of the first embodiment, the second drift layer 26 is formed at substantially the same depth. However, as shown in FIG. 3, the depth at which the second drift layer 26 is formed is the silicon substrate. It may be changed depending on the position of the 12 plane directions. Further, as shown in FIG. 4, the thickness of the second drift layer 26 may change depending on the position of the silicon substrate 12 in the planar direction. Even when the second drift layer 26 is thus formed, the on-voltage of the IGBT 10 can be reduced.

また、第1実施例のIGBT10においては、第1ドリフト層24がコレクタ層22と接していた。しかしながら、ドリフト層30が、第1ドリフト層24とコレクタ層22の間に形成されているとともにn型不純物濃度が高いバッファ層を有していてもよい。   In the IGBT 10 of the first embodiment, the first drift layer 24 is in contact with the collector layer 22. However, the drift layer 30 may include a buffer layer formed between the first drift layer 24 and the collector layer 22 and having a high n-type impurity concentration.

(第2実施例)
次に第2実施例のIGBTについて説明する。第2実施例では、オン電圧が低減され、耐圧が向上されているとともに、ターンオフ速度が高速化されているIGBTについて説明する。
(Second embodiment)
Next, the IGBT of the second embodiment will be described. In the second embodiment, an IGBT in which the on-voltage is reduced, the breakdown voltage is improved, and the turn-off speed is increased will be described.

図5は、第2実施例のIGBT100の概略構成を示している。図5に示すように、第2実施例のIGBT100は、ドリフト層30を除いて第1実施例のIGBT10と同様に構成されている。   FIG. 5 shows a schematic configuration of the IGBT 100 of the second embodiment. As shown in FIG. 5, the IGBT 100 of the second embodiment is configured in the same manner as the IGBT 10 of the first embodiment except for the drift layer 30.

図5に示すように、IGBT100では、ボディコンタクト領域34の下部の範囲C1においては第2ドリフト層26が形成されていない。すなわち、範囲C1においては、第1ドリフト層24と第3ドリフト層28が直接、接しており、ホールがボディコンタクト領域34に流れることを妨げる高濃度領域26が形成されていない。その他の範囲においては、第2ドリフト層26が形成されており、ドリフト層30内のn型不純物の濃度分布は図2に示す分布となっている。   As shown in FIG. 5, in the IGBT 100, the second drift layer 26 is not formed in the range C <b> 1 below the body contact region 34. That is, in the range C1, the first drift layer 24 and the third drift layer 28 are in direct contact with each other, and the high concentration region 26 that prevents the holes from flowing into the body contact region 34 is not formed. In other ranges, the second drift layer 26 is formed, and the concentration distribution of the n-type impurity in the drift layer 30 is a distribution shown in FIG.

IGBT10のコレクタ電極20−エミッタ電極40間に順電圧を印加し、ゲート電極44にオン電圧を印加すると、電子が、エミッタ電極40からエミッタ領域36とボディ領域32のチャネル形成領域33を通過してドリフト層30内に流入する。ドリフト層30内に流入した電子は、ドリフト層30とコレクタ層22を通過してコレクタ電極20へと流れる。   When a forward voltage is applied between the collector electrode 20 and the emitter electrode 40 of the IGBT 10 and an on-voltage is applied to the gate electrode 44, electrons pass from the emitter electrode 40 through the emitter region 36 and the channel formation region 33 of the body region 32. It flows into the drift layer 30. The electrons flowing into the drift layer 30 pass through the drift layer 30 and the collector layer 22 and flow to the collector electrode 20.

また、電子がドリフト層30内に流入すると、ホールが、コレクタ電極20からコレクタ層22を通過して第1ドリフト層24内に流入する。第1ドリフト層24内に流入したホールは第3ドリフト層28側へ流れようとする。このとき、第2ドリフト層26が形成されている範囲(すなわち、範囲C1を除く範囲)では、第1ドリフト層24と第2ドリフト層26の界面が障壁となってホールが第3ドリフト層28側へ流れることが抑制される。したがって、第2ドリフト層26の下部の第1ドリフト層24内のホールの濃度が高くなる。したがって、その範囲の第1ドリフト層24内で伝導度変調現象が活発化して抵抗が下がる。ドリフト層30のうちチャネル形成領域33の下部は、最も多くの電子が流れる範囲である。チャネル形成領域33の下部には第2ドリフト層26が形成されているので、チャネル形成領域33の下部の第1ドリフト層24は抵抗が低くなっている。したがって、電子はほとんど損失を発生させることなく第1ドリフト層24内を流れることができる。   When electrons flow into the drift layer 30, holes flow from the collector electrode 20 through the collector layer 22 and flow into the first drift layer 24. The holes flowing into the first drift layer 24 tend to flow toward the third drift layer 28 side. At this time, in the range where the second drift layer 26 is formed (that is, the range excluding the range C1), the interface between the first drift layer 24 and the second drift layer 26 serves as a barrier, and the holes become the third drift layer 28. The flow to the side is suppressed. Therefore, the concentration of holes in the first drift layer 24 below the second drift layer 26 is increased. Therefore, the conductivity modulation phenomenon is activated in the first drift layer 24 in that range, and the resistance is lowered. In the drift layer 30, the lower part of the channel formation region 33 is a range where most electrons flow. Since the second drift layer 26 is formed below the channel formation region 33, the resistance of the first drift layer 24 below the channel formation region 33 is low. Therefore, electrons can flow in the first drift layer 24 with almost no loss.

上述したように、ボディコンタクト領域34の下部の範囲C1には、第2ドリフト層26が形成されていない。したがって、範囲C1では、ホールが第1ドリフト層24から第3ドリフト層28へ容易に流れることができる。したがって、範囲C1の下部の第1ドリフト層24では、ホールの濃度があまり高くならず、抵抗が比較的高くなっている。しかしながら、範囲C1の下部の第1ドリフト層24には、電子がそれほど多く流れないので、抵抗が高くてもほとんど問題とならない。   As described above, the second drift layer 26 is not formed in the range C <b> 1 below the body contact region 34. Accordingly, holes can easily flow from the first drift layer 24 to the third drift layer 28 in the range C1. Therefore, in the first drift layer 24 below the range C1, the hole concentration is not so high and the resistance is relatively high. However, since not many electrons flow through the first drift layer 24 below the range C1, there is almost no problem even if the resistance is high.

ゲート電極44に印加する電圧をオフすると、チャネル形成領域33に形成されているチャネルが消失する。すると、シリコン基板12内の電子がコレクタ電極20へ排出され、ホールがエミッタ電極40へ排出される。   When the voltage applied to the gate electrode 44 is turned off, the channel formed in the channel formation region 33 disappears. Then, electrons in the silicon substrate 12 are discharged to the collector electrode 20 and holes are discharged to the emitter electrode 40.

第1ドリフト層24内のホールは、第2ドリフト層26内へ流入し難い。しかしながら、IGBT100では、ボディコンタクト領域34の下部の範囲C1に第2ドリフト層26が形成されていない。したがって、第1ドリフト層24内のホールは、範囲C1を通過して第3ドリフト層28内へ流れることができる。第3ドリフト層28内へ流入したホールは、ボディ領域32を通過して、ボディコンタクト領域34からエミッタ電極40へ流れる。すなわち、IGBT100のターンオフ時に、第1ドリフト層24内のホールが素早くエミッタ電極40に排出される。特に、範囲C1がボディコンタクト領域34の下部(すなわち、ボディコンタクト領域34に最も近い位置)に形成されているので、第1ドリフト層24内のホールがより高速でエミッタ電極40へ排出される。したがって、IGBT100は、高速でターンオフすることができる。   Holes in the first drift layer 24 are unlikely to flow into the second drift layer 26. However, in the IGBT 100, the second drift layer 26 is not formed in the range C1 below the body contact region 34. Therefore, holes in the first drift layer 24 can flow into the third drift layer 28 through the range C1. The holes flowing into the third drift layer 28 pass through the body region 32 and flow from the body contact region 34 to the emitter electrode 40. That is, when the IGBT 100 is turned off, the holes in the first drift layer 24 are quickly discharged to the emitter electrode 40. Particularly, since the range C1 is formed below the body contact region 34 (that is, the position closest to the body contact region 34), the holes in the first drift layer 24 are discharged to the emitter electrode 40 at a higher speed. Therefore, the IGBT 100 can be turned off at high speed.

以上に説明したように、第2実施例のIGBT100では、ボディコンタクト領域34の下部の範囲C1に第2ドリフト層26が形成されていない。したがって、IGBT100は高速でターンオフすることができる。
また、IGBT100では、チャネル形成領域33の下部に第2ドリフト層26が形成されている。したがって、IGBT100のオン時に、第1ドリフト層24のうちの多くの電子が流れる範囲の抵抗が低くなる。これによって、IGBT100のオン電圧が低減されている。
As described above, in the IGBT 100 of the second embodiment, the second drift layer 26 is not formed in the range C1 below the body contact region 34. Therefore, the IGBT 100 can be turned off at high speed.
In the IGBT 100, the second drift layer 26 is formed below the channel formation region 33. Therefore, when the IGBT 100 is turned on, the resistance in a range where many electrons of the first drift layer 24 flow is lowered. Thereby, the on-voltage of the IGBT 100 is reduced.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology illustrated in the present specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.

第1実施例のIGBT10の概略断面図。The schematic sectional drawing of IGBT10 of 1st Example. ドリフト層30の厚さ方向のn型不純物の濃度分布を示すグラフ。3 is a graph showing the concentration distribution of n-type impurities in the thickness direction of the drift layer 30. 変形例のIGBT10の概略断面図。The schematic sectional drawing of IGBT10 of a modification. 変形例のIGBT10の概略断面図。The schematic sectional drawing of IGBT10 of a modification. 第2実施例のIGBT100の概略断面図。The schematic sectional drawing of IGBT100 of 2nd Example.

符号の説明Explanation of symbols

10:IGBT
12:シリコン基板
20:コレクタ電極
22:コレクタ層
24:第1ドリフト層
26:第2ドリフト層
28:第3ドリフト層
30:ドリフト層
32:ボディ領域
33:チャネル形成領域
34:ボディコンタクト領域
36:エミッタ領域
40:エミッタ電極
42:絶縁膜
44:ゲート電極
100:IGBT
10: IGBT
12: Silicon substrate 20: Collector electrode 22: Collector layer 24: First drift layer 26: Second drift layer 28: Third drift layer 30: Drift layer 32: Body region 33: Channel formation region 34: Body contact region 36: Emitter region 40: Emitter electrode 42: Insulating film 44: Gate electrode 100: IGBT

Claims (4)

IGBTであって、
第1導電型のコレクタ領域と、
コレクタ領域上に積層されている第2導電型のドリフト領域と、
ドリフト領域によってコレクタ領域から分離されている第1導電型のボディ領域と、
ボディ領域によってドリフト領域から分離されている第2導電型のエミッタ領域と、
エミッタ領域とドリフト領域を分離している範囲のボディ領域に絶縁膜を介して対向しているゲート電極と、
を備えており、
前記ドリフト領域は、
ボディ領域に接するとともに、不純物濃度が低い第1低濃度領域と、
第1低濃度領域に接しており、第1低濃度領域によってボディ領域から分離されており、半導体基板の表面と平行な方向に層状に広がっているとともに、不純物濃度が高い高濃度領域と、
高濃度領域に接しており、高濃度領域をコレクタ領域から分離しているとともに、不純物濃度が低い第2低濃度領域と、
を有することを特徴とするIGBT。
An IGBT,
A collector region of a first conductivity type;
A drift region of a second conductivity type stacked on the collector region;
A body region of a first conductivity type separated from the collector region by a drift region;
An emitter region of a second conductivity type separated from the drift region by a body region;
A gate electrode facing the body region in a range separating the emitter region and the drift region through an insulating film;
With
The drift region is
A first low concentration region in contact with the body region and having a low impurity concentration;
A high-concentration region in contact with the first low-concentration region, separated from the body region by the first low-concentration region, spreading in layers in a direction parallel to the surface of the semiconductor substrate, and having a high impurity concentration;
A second low concentration region that is in contact with the high concentration region, separates the high concentration region from the collector region, and has a low impurity concentration;
IGBT characterized by having.
前記ボディ領域は、アイランド領域内に形成されており、
前記高濃度領域は、半導体基板の表面と平行な方向に層状に広がるとともに、ボディ領域下部の所定範囲内では形成されていないことを特徴とする請求項1に記載のIGBT。
The body region is formed in an island region,
2. The IGBT according to claim 1, wherein the high-concentration region extends in layers in a direction parallel to the surface of the semiconductor substrate and is not formed within a predetermined range below the body region.
ボディ領域とエミッタ領域の上面にエミッタ電極が形成されており、
ボディ領域のうちのエミッタ電極と接する範囲に、その範囲外のボディ領域より不純物濃度が高いボディコンタクト領域が形成されており、
前記高濃度領域が形成されていない所定範囲が、ボディコンタクト領域の下部に形成されていることを特徴とする請求項2に記載のIGBT。
Emitter electrodes are formed on the upper surfaces of the body region and the emitter region,
A body contact region having a higher impurity concentration than the body region outside the range is formed in the body region in contact with the emitter electrode.
The IGBT according to claim 2, wherein a predetermined range in which the high concentration region is not formed is formed in a lower portion of the body contact region.
高濃度領域は、少なくとも、半導体基板を平面視したときに、IGBTのオン時にチャネルが形成される領域とドリフト領域が重なる範囲全体に形成されていることを特徴とする請求項2または3に記載のIGBT。   The high-concentration region is formed at least over the entire range where the region where the channel is formed and the drift region overlap when the IGBT is turned on when the semiconductor substrate is viewed in plan. IGBT.
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