JP2010267896A

JP2010267896A - Igbt

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Publication number: JP2010267896A
Application number: JP2009119570A
Authority: JP
Inventors: Hiroomi Eguchi; 博臣江口; Masahito Taki; 雅人滝; Kiyoharu Hayakawa; 清春早川
Original assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2009-05-18
Filing date: 2009-05-18
Publication date: 2010-11-25

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique capable of improving a trade-off relationship between a saturation voltage and turn-off loss, in a lateral IGBT. <P>SOLUTION: A semiconductor region 31 of this lateral IGBT 100 includes a drift region 22, a body region 6, 16, an emitter region 12, a body contact region 8, a collector region 26, a buffer region 28 and a diffusion region 14. The diffusion region 14 extends to a depth reaching the back face of an element region 31 from the front face of the element region 31 in body regions 6a, 16a between the emitter region 12 and the drift region 22, and divides the body region 6, 16 into a first region 6 in contact with the emitter region 12 and a second region 16 in contact with the drift region 22. The diffusion region 14 is of an n-type, and high in impurity concentration relative to the drift region 22. In the IGBT 100, a lot of holes are stored in an emitter region-side part 22a in the drift region 22 in turning off. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、横型のＩＧＢＴに関する。 The present invention relates to a lateral IGBT.

近年、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の大電流を制御できる耐圧特性の高い半導体装置が開発されている。特に横型のＩＧＢＴは高集積化に有利であり、注目されている。例えば特許文献１には、従来の横型のＩＧＢＴが開示されている。 In recent years, semiconductor devices having high withstand voltage characteristics such as IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) that can control a large current have been developed. In particular, a lateral IGBT is advantageous for high integration and has attracted attention. For example, Patent Document 1 discloses a conventional lateral IGBT.

平８−１３９３１９号公報Hei 8-139319

ＩＧＢＴでは、ターンオフ時に耐圧を維持するためにドリフト領域を高抵抗にする必要がある。このため、ターンオン時にはコレクタ領域から正孔を注入してドリフト領域の抵抗値を低減している。ターンオン時にドリフト領域内に蓄積される正孔の量はコレクタ領域から離れるほど減少する。このため、ドリフト領域内のエミッタ領域に近い部位では抵抗値が下がりにくい。その結果、飽和電圧が増大するという問題がある。なお本明細書において、飽和電圧とは、ベース電流を増加させていった場合に、コレクタ電極とエミッタ電極の間の電圧降下が減少しなくなったときのコレクタ電極とエミッタ電極の間の電圧降下をいう。また、以下では、ドリフト領域内のエミッタ領域に近い部位を、ドリフト領域内のエミッタ領域側の部位といい、ドリフト領域内のコレクタ領域に近い部位を、ドリフト領域内のコレクタ領域側の部位という。 In the IGBT, it is necessary to make the drift region have a high resistance in order to maintain the breakdown voltage at the time of turn-off. For this reason, at the time of turn-on, holes are injected from the collector region to reduce the resistance value of the drift region. The amount of holes accumulated in the drift region at turn-on decreases as the distance from the collector region increases. For this reason, the resistance value is unlikely to decrease at a portion close to the emitter region in the drift region. As a result, there is a problem that the saturation voltage increases. In this specification, the saturation voltage is the voltage drop between the collector electrode and the emitter electrode when the voltage drop between the collector electrode and the emitter electrode no longer decreases when the base current is increased. Say. In the following description, a part close to the emitter region in the drift region is referred to as a part on the emitter region side in the drift region, and a part close to the collector region in the drift region is referred to as a part on the collector region side in the drift region.

ターンオン時にドリフト領域内に蓄積される正孔の量を多くすることで、ドリフト領域内のエミッタ領域側の部位においても抵抗値を低減することができ、飽和電圧を低減することができる。しかしながら、ドリフト領域内に蓄積される正孔の量が増加するとターンオフ時にドリフト領域から排出される正孔の量が増加するため、ターンオフ損失が増加する。このため、飽和電圧とターンオフ損失はトレードオフの関係にある。なお本明細書において、ターンオフ損失とは、ＩＧＢＴのオン状態からオフ状態への遷移期間中に発生する損失、即ち、ターンオフ時のスイッチング損失をいう。 By increasing the amount of holes accumulated in the drift region at the time of turn-on, the resistance value can be reduced even at the emitter region side in the drift region, and the saturation voltage can be reduced. However, when the amount of holes accumulated in the drift region increases, the amount of holes discharged from the drift region at the time of turn-off increases, so that turn-off loss increases. For this reason, the saturation voltage and the turn-off loss are in a trade-off relationship. In this specification, the turn-off loss refers to a loss that occurs during the transition period from the on state to the off state of the IGBT, that is, a switching loss at the turn-off time.

本発明は上記の課題に鑑みて創作されたものである。本発明は、横型のＩＧＢＴにおいて、飽和電圧とターンオフ損失のトレードオフ関係を改善することができる技術を提供することを目的とする。 The present invention has been created in view of the above problems. An object of the present invention is to provide a technique capable of improving a trade-off relationship between a saturation voltage and a turn-off loss in a lateral IGBT.

本発明の第１の態様は、半導体基板の表面に臨む範囲に半導体領域が形成されている横型のＩＧＢＴに関する。その半導体領域は、ドリフト領域とボディ領域とエミッタ領域とコレクタ領域と拡散領域を備えている。ドリフト領域は、第１導電型である。ボディ領域は、第２導電型であり、ドリフト領域と隣接している。エミッタ領域は、第１導電型であり、半導体基板の表面に臨む範囲に形成されているとともにボディ領域に接しており、ボディ領域によってドリフト領域から分離されている。コレクタ領域は、第２導電型であり、半導体基板の表面に臨む範囲に形成されており、ドリフト領域によってボディ領域から分離されている。コレクタ領域はドリフト領域と接していてもよい。または、コレクタ領域とドリフト領域の間にドリフト領域よりも不純物濃度が高い第１導電型の領域が形成されていてもよい。拡散領域は、エミッタ領域とドリフト領域の間のボディ領域内において半導体領域の表面から半導体領域の裏面に達する深さまで伸びており、ボディ領域をエミッタ領域に接する第１領域とドリフト領域に接する第２領域に分離している。拡散領域は、第１導電型であり、ドリフト領域よりも不純物濃度が高い。 A first aspect of the present invention relates to a lateral IGBT in which a semiconductor region is formed in a range facing a surface of a semiconductor substrate. The semiconductor region includes a drift region, a body region, an emitter region, a collector region, and a diffusion region. The drift region is the first conductivity type. The body region is of the second conductivity type and is adjacent to the drift region. The emitter region is of a first conductivity type, is formed in a range facing the surface of the semiconductor substrate, is in contact with the body region, and is separated from the drift region by the body region. The collector region is of the second conductivity type, is formed in a range facing the surface of the semiconductor substrate, and is separated from the body region by the drift region. The collector region may be in contact with the drift region. Alternatively, a first conductivity type region having a higher impurity concentration than the drift region may be formed between the collector region and the drift region. The diffusion region extends from the surface of the semiconductor region to a depth reaching the back surface of the semiconductor region in the body region between the emitter region and the drift region, and the first region in contact with the emitter region and the second region in contact with the drift region. Separated into areas. The diffusion region is of the first conductivity type and has a higher impurity concentration than the drift region.

上記のＩＧＢＴでは、ドリフト領域内のエミッタ領域側の部位と隣接するボディ領域内にドリフト領域よりも第１導電型の不純物濃度が高い拡散領域が形成されている。このため、ターンオン時にドリフト領域内に蓄積される第２導電型のキャリアが拡散領域によって引き付けられ、ドリフト領域内のエミッタ領域側の部位にもキャリアが多く蓄積される。これによって、ドリフト領域内のエミッタ領域側の部位の抵抗値が大きく低減され、飽和電圧が低減される。一方で、ターンオフ損失の増加に影響するのはドリフト領域内のコレクタ領域側に蓄積されているキャリアであり、ドリフト領域内のエミッタ領域側に蓄積されているキャリアはターンオフ損失に影響しない。このため、ターンオン時にドリフト領域内のエミッタ領域側にキャリアが多く蓄積されても、ターンオフ損失は増加しない。その結果、飽和電圧とターンオフ損失のトレードオフ関係が改善される。 In the above-described IGBT, a diffusion region having a higher impurity concentration of the first conductivity type than the drift region is formed in the body region adjacent to the emitter region side portion in the drift region. For this reason, carriers of the second conductivity type that are accumulated in the drift region at the time of turn-on are attracted by the diffusion region, and a large amount of carriers are also accumulated in the site on the emitter region side in the drift region. As a result, the resistance value at the emitter region side in the drift region is greatly reduced, and the saturation voltage is reduced. On the other hand, it is the carriers accumulated on the collector region side in the drift region that affect the increase in turn-off loss, and the carriers accumulated on the emitter region side in the drift region do not affect the turn-off loss. For this reason, even if many carriers are accumulated on the emitter region side in the drift region at the time of turn-on, the turn-off loss does not increase. As a result, the trade-off relationship between saturation voltage and turn-off loss is improved.

本発明の第２の態様のＩＧＢＴは、上記した第１の態様のＩＧＢＴにおいて、拡散領域が形成されている位置のみ異なっている。本発明の第２の態様のＩＧＢＴでは、拡散領域が、ボディ領域とドリフト領域の間において半導体領域の表面から素子領域の裏面に達する深さまで伸びており、ボディ領域とドリフト領域に隣接している。 The IGBT according to the second aspect of the present invention is different from the IGBT according to the first aspect only in the position where the diffusion region is formed. In the IGBT according to the second aspect of the present invention, the diffusion region extends between the body region and the drift region to a depth reaching the back surface of the element region from the surface of the semiconductor region, and is adjacent to the body region and the drift region. .

上記のＩＧＢＴでは、ドリフト領域内のエミッタ領域側の部位に隣接してドリフト領域よりも第１導電型の不純物濃度が高い拡散領域が形成されている。このため、ターンオン時にドリフト領域内のエミッタ領域側の部位にもキャリアが多く蓄積される。その結果、上述したように、飽和電圧とターンオフ損失のトレードオフ関係が改善される。 In the above-described IGBT, a diffusion region having a higher impurity concentration of the first conductivity type than the drift region is formed adjacent to the site on the emitter region side in the drift region. For this reason, at the time of turn-on, a large amount of carriers are accumulated also in a portion on the emitter region side in the drift region. As a result, as described above, the trade-off relationship between the saturation voltage and the turn-off loss is improved.

本発明によると、横型のＩＧＢＴにおいて、飽和電圧とターンオフ損失のトレードオフ関係を改善することができる。 According to the present invention, in the lateral IGBT, the trade-off relationship between the saturation voltage and the turn-off loss can be improved.

（ａ）は、第１実施例のＩＧＢＴ１００の断面図を示す。（ｂ）は、従来のＩＧＢＴと第１実施例のＩＧＢＴにおいて、ドリフト領域内のコレクタ領域側の部位からエミッタ領域側の部位に向かう平面方向に沿ってターンオン時の正孔電流の密度をプロファイルした結果を示す。(A) shows sectional drawing of IGBT100 of 1st Example. (B) profiled the density of the hole current at turn-on along the planar direction from the collector region side portion to the emitter region side portion in the drift region in the conventional IGBT and the IGBT of the first embodiment. Results are shown. 従来のＩＧＢＴと本発明のＩＧＢＴにおける、飽和電圧とターンオフ損失のトレードオフ曲線を示す。2 shows a trade-off curve between saturation voltage and turn-off loss in a conventional IGBT and an IGBT of the present invention. 第２実施例のＩＧＢＴ２００の断面図を示す。Sectional drawing of IGBT200 of 2nd Example is shown.

以下、本発明の実施形態の特徴をいくつか説明する。
（形態１）エミッタ領域側の埋め込み酸化膜の表面に、ｎ型の埋め込み領域が形成されている。埋め込み領域は、コレクタ領域側からエミッタ領域側に向かうにつれてｎ型の不純物濃度が８段階に低下している。
（形態２）ドリフト領域およびボディ領域の表面にゲート絶縁膜としてフィールド酸化膜が形成されている。フィールド酸化膜は、ドリフト領域内のコレクタ領域側の部位近傍とエミッタ領域側の部位近傍にバーズビークを有している。 Hereinafter, some features of the embodiment of the present invention will be described.
(Mode 1) An n-type buried region is formed on the surface of the buried oxide film on the emitter region side. In the buried region, the n-type impurity concentration decreases in eight steps from the collector region side toward the emitter region side.
(Mode 2) A field oxide film is formed as a gate insulating film on the surfaces of the drift region and the body region. The field oxide film has bird's beaks in the vicinity of the collector region side portion and the emitter region side portion in the drift region.

（第１実施例）
図１（ａ）に、第１実施例に係る横型のＩＧＢＴ１００の断面図を示す。図１（ａ）に示すように、ＩＧＢＴ１００の半導体基板９の裏面に臨む範囲には、支持基板２が形成されている。半導体基板９の一部であって支持基板２の表面には、埋め込み酸化膜４が形成されている。半導体基板９の表面に臨む範囲であって埋め込み酸化膜４の表面には、横型のＩＧＢＴの半導体領域３１が形成されている。ＩＧＢＴの半導体領域３１は、ドリフト領域２２と、ボディ領域６、１６と、エミッタ領域１２と、ボディコンタクト領域８と、コレクタ領域２６と、バッファ領域２８と、拡散領域１４と、埋め込み領域３０で構成されている。ドリフト領域２２は、ｎ⁻型であり、半導体領域３１の一部に形成されている。ボディ領域６、１６は、ｐ型であり、半導体領域３１の他の一部に形成されており、ドリフト領域２２と隣接している。エミッタ領域１２は、ｎ^＋型であり、半導体基板９の表面に臨む範囲に形成されているとともにボディ領域６、１６に接しており、ボディ領域６、１６によってドリフト領域２２から分離されている。ボディコンタクト領域８は、ｐ^＋型であり、半導体基板９の表面、ボディ領域６、１６およびエミッタ領域１２に接しており、ドリフト領域２２から分離されている。コレクタ領域２６は、ｎ^＋型であり、半導体基板９の表面に臨む範囲に形成されており、ドリフト領域２２によってボディ領域６、１６から分離されている。バッファ領域２８は、ｎ型であり、ドリフト領域２２とコレクタ領域２６の間に形成されており、ドリフト領域２２とコレクタ領域２６に隣接している。拡散領域１４は、エミッタ領域１２とドリフト領域２２の間のボディ領域６ａ、１６ａ内において半導体領域３１の表面から半導体領域３１の裏面に達する深さまで伸びている。拡散領域１４は、ボディ領域６、１６をエミッタ領域１２に接する第１領域６とドリフト領域２２に接する第２領域１６に分離している。また拡散領域１４は、ｎ型であり、ドリフト領域２２よりも不純物濃度が高い。埋め込み領域３０は、半導体領域３１の裏面に臨む範囲に形成されており、埋め込み酸化膜４とドリフト領域２２とバッファ領域２８に接している。また埋め込み領域３０は、ｎ型であり、コレクタ領域２６側からエミッタ領域１２側に向かうにつれて不純物濃度が８段階に低下している。 (First embodiment)
FIG. 1A shows a cross-sectional view of a lateral IGBT 100 according to the first embodiment. As shown in FIG. 1A, the support substrate 2 is formed in a range facing the back surface of the semiconductor substrate 9 of the IGBT 100. A buried oxide film 4 is formed on a part of the semiconductor substrate 9 and on the surface of the support substrate 2. A lateral IGBT semiconductor region 31 is formed on the surface of the buried oxide film 4 in a range facing the surface of the semiconductor substrate 9. The semiconductor region 31 of the IGBT includes a drift region 22, body regions 6 and 16, an emitter region 12, a body contact region 8, a collector region 26, a buffer region 28, a diffusion region 14, and a buried region 30. Has been. The drift region 22 is n ⁻ type and is formed in a part of the semiconductor region 31. Body regions 6 and 16 are p-type, are formed in another part of semiconductor region 31, and are adjacent to drift region 22. The emitter region 12 is n ⁺ type, is formed in a range facing the surface of the semiconductor substrate 9, is in contact with the body regions 6, 16, and is separated from the drift region 22 by the body regions 6, 16. Body contact region 8 is p ⁺ type, is in contact with the surface of semiconductor substrate 9, body regions 6, 16 and emitter region 12, and is separated from drift region 22. The collector region 26 is n ⁺ type, is formed in a range facing the surface of the semiconductor substrate 9, and is separated from the body regions 6 and 16 by the drift region 22. The buffer region 28 is n-type, is formed between the drift region 22 and the collector region 26, and is adjacent to the drift region 22 and the collector region 26. The diffusion region 14 extends from the surface of the semiconductor region 31 to a depth reaching the back surface of the semiconductor region 31 in the body regions 6 a and 16 a between the emitter region 12 and the drift region 22. The diffusion region 14 separates the body regions 6 and 16 into a first region 6 in contact with the emitter region 12 and a second region 16 in contact with the drift region 22. The diffusion region 14 is n-type and has a higher impurity concentration than the drift region 22. The buried region 30 is formed in a range facing the back surface of the semiconductor region 31 and is in contact with the buried oxide film 4, the drift region 22, and the buffer region 28. The buried region 30 is n-type, and the impurity concentration decreases in eight steps from the collector region 26 side toward the emitter region 12 side.

半導体基板９の表面には、エミッタ電極１０と、コレクタ電極２４と、フィールド酸化膜２０と、ゲート電極１８が形成されている。エミッタ電極１０は、エミッタ領域１２と接している。コレクタ電極２４は、コレクタ領域２４と接している。フィールド酸化膜２０は、ドリフト領域２２とボディ領域６、１６と拡散領域１４の表面を被覆しており、ドリフト領域２２内のコレクタ領域側の部位近傍とエミッタ領域側の部位近傍２２ａにバーズビークを有している。フィールド酸化膜２０は、ゲート絶縁膜として形成されており、ＬＯＣＯＳ（Local oxidation of silicon）法によって形成されている。ゲート絶縁膜２０の表面の一部には、ゲート電極１８が形成されている。ゲート電極１８は、フィールド酸化膜２０を介して、ドリフト領域２２内のエミッタ領域側の部位２２ａ、エミッタ領域１２とドリフト領域２２の間のボディ領域６ａ、１６ａおよび拡散領域１４に対向している。エミッタ電極１０とコレクタ電極２４とゲート電極１８は、フィールド酸化膜２０によって互いに絶縁されている。 An emitter electrode 10, a collector electrode 24, a field oxide film 20, and a gate electrode 18 are formed on the surface of the semiconductor substrate 9. The emitter electrode 10 is in contact with the emitter region 12. The collector electrode 24 is in contact with the collector region 24. Field oxide film 20 covers the surfaces of drift region 22, body regions 6, 16, and diffusion region 14, and has bird's beaks in the vicinity of the collector region side portion and the emitter region side portion 22 a in drift region 22. is doing. The field oxide film 20 is formed as a gate insulating film and is formed by a LOCOS (Local oxidation of silicon) method. A gate electrode 18 is formed on a part of the surface of the gate insulating film 20. The gate electrode 18 faces the emitter region side portion 22 a in the drift region 22, the body regions 6 a and 16 a between the emitter region 12 and the drift region 22, and the diffusion region 14 through the field oxide film 20. Emitter electrode 10, collector electrode 24, and gate electrode 18 are insulated from each other by field oxide film 20.

図１（ｂ）は、従来のＩＧＢＴと本実施例のＩＧＢＴ１００において、ドリフト領域２２内のコレクタ領域側の部位からエミッタ領域側の部位２２ａに向かう平面方向に沿ってターンオン時の正孔電流の密度をプロファイルした結果を示している。横軸は、エミッタ領域１２からの距離を示している。縦軸は、正孔電流密度（Ａ／ｍ^２）を示している。実線は、本実施例のＩＧＢＴ１００のプロファイル結果を示している。破線は、従来のＩＧＢＴのプロファイル結果を示している。図１（ｂ）に示すように、ドリフト領域２２内のエミッタ領域１２側の部位２２ａでは、従来のＩＧＢＴの正孔電流密度に比して本実施例のＩＧＢＴ１００の正孔電流密度が大きい。即ち、ターンオン時にドリフト領域２２内のエミッタ領域側の部位２２ａにも正孔が多く蓄積される。このため、本実施例のＩＧＢＴ１００では、従来のＩＧＢＴに比してターンオン時におけるドリフト領域２２内のエミッタ領域１２側の部位２２ａの抵抗値が大きく低減される。 FIG. 1B shows the density of the hole current at the time of turn-on in the conventional IGBT and the IGBT 100 of this embodiment along the planar direction from the collector region side portion to the emitter region side portion 22a in the drift region 22. The result of profiling is shown. The horizontal axis indicates the distance from the emitter region 12. The vertical axis represents the hole current density (A / m ² ). The solid line shows the profile result of the IGBT 100 of the present embodiment. A broken line indicates a profile result of the conventional IGBT. As shown in FIG. 1B, the hole current density of the IGBT 100 according to the present embodiment is higher than the hole current density of the conventional IGBT in the portion 22a on the emitter region 12 side in the drift region 22. That is, many holes are accumulated in the emitter region side portion 22a in the drift region 22 at the time of turn-on. For this reason, in the IGBT 100 of the present embodiment, the resistance value of the portion 22a on the emitter region 12 side in the drift region 22 at the turn-on time is greatly reduced as compared with the conventional IGBT.

ＩＧＢＴ１００の拡散領域１４を除いた部位は、公知の横型のＩＧＢＴの製造方法によって製造することができる。以下では、ＩＧＢＴ１００の半導体領域３１に拡散領域１４を形成する方法を説明する。拡散領域１４は、半導体領域３１にボディ領域６、１６を形成した後に、エミッタ領域６とドリフト領域１６の間のボディ領域６ａ、１６ａにｎ型不純物を多段イオン注入することによって形成することができる。注入条件としては、例えば、高電圧と中電流を併用した４〜５回のイオン注入とすることができる。これによって、半導体領域３１の表面から半導体領域３１の裏面に達する深さまで伸びる拡散領域１４を形成することができる。 The site | part except the spreading | diffusion area | region 14 of IGBT100 can be manufactured with the manufacturing method of a well-known horizontal type IGBT. Hereinafter, a method for forming the diffusion region 14 in the semiconductor region 31 of the IGBT 100 will be described. The diffusion region 14 can be formed by forming n-type impurities into the body regions 6a and 16a between the emitter region 6 and the drift region 16 after the body regions 6 and 16 are formed in the semiconductor region 31. . As the implantation conditions, for example, the ion implantation can be performed 4 to 5 times using both high voltage and medium current. Thereby, the diffusion region 14 extending from the front surface of the semiconductor region 31 to a depth reaching the back surface of the semiconductor region 31 can be formed.

ＩＧＢＴ１００では、ターンオン時にドリフト領域２２内に正孔が蓄積される。この際に、ドリフト領域２２内のエミッタ領域側の部位２２ａにも正孔が多く蓄積される。これによって、ドリフト領域２２内のエミッタ領域側の部位２２ａの抵抗値が大きく低減され、飽和電圧が低減される。一方で、ターンオフ損失は増加しないために、飽和電圧とターンオフ損失のトレードオフ関係が改善される。 In the IGBT 100, holes are accumulated in the drift region 22 at the time of turn-on. At this time, a lot of holes are also accumulated in the region 22 a on the emitter region side in the drift region 22. As a result, the resistance value of the region 22a on the emitter region side in the drift region 22 is greatly reduced, and the saturation voltage is reduced. On the other hand, since the turn-off loss does not increase, the trade-off relationship between the saturation voltage and the turn-off loss is improved.

図２に、従来のＩＧＢＴと本実施例のＩＧＢＴの飽和電圧とターンオフ損失のトレードオフ曲線を示す。横軸は、飽和電圧（Ｖ）を示している。縦軸は、ターンオフ損失（Ｊ）を示している。実線は、本実施例のＩＧＢＴ１００のトレードオフ曲線を示している。破線は、従来のＩＧＢＴのトレードオフ曲線を示している。図２に示すように、本実施例のＩＧＢＴ１００では、従来のＩＧＢＴに比して飽和電圧とターンオフ損失がともに低減される方向へトレードオフ曲線が改善されている。 FIG. 2 shows a trade-off curve between the saturation voltage and the turn-off loss of the conventional IGBT and the IGBT of this embodiment. The horizontal axis represents the saturation voltage (V). The vertical axis represents the turn-off loss (J). A solid line indicates a trade-off curve of the IGBT 100 of the present embodiment. A broken line indicates a trade-off curve of the conventional IGBT. As shown in FIG. 2, in the IGBT 100 of this embodiment, the trade-off curve is improved in a direction in which both the saturation voltage and the turn-off loss are reduced as compared with the conventional IGBT.

さらにＩＧＢＴ１００では、拡散領域１４がボディ領域６、１６の間に形成されているため、ＩＧＢＴ１００のターンオフ時に拡散領域１４が両側面から空乏化される。このため、ターンオフ時に拡散領域１４が一方の側面からのみ空乏化される場合に比して、拡散領域１４の不純物濃度を高くしてもターンオフ時に拡散領域１４が空乏化させることができ、ＩＧＢＴ１００の耐圧特性を維持することができる。拡散領域１４の不純物濃度を高くすることによって、ＩＧＢＴ１００のターンオン時にドリフト領域２２内のエミッタ領域側の部位２２ａに正孔を効果的に引き付けることができ、飽和電圧とターンオフ損失のトレードオフ関係を効果的に改善することができる。 Further, in the IGBT 100, since the diffusion region 14 is formed between the body regions 6 and 16, the diffusion region 14 is depleted from both sides when the IGBT 100 is turned off. Therefore, compared with the case where the diffusion region 14 is depleted only from one side surface at the time of turn-off, the diffusion region 14 can be depleted at the time of turn-off even if the impurity concentration of the diffusion region 14 is increased. The breakdown voltage characteristic can be maintained. By increasing the impurity concentration of the diffusion region 14, holes can be effectively attracted to the emitter region side portion 22 a in the drift region 22 when the IGBT 100 is turned on, and the trade-off relationship between the saturation voltage and the turn-off loss is effective. Can be improved.

（第２実施例）
図３に、第２実施例に係る横型のＩＧＢＴ２００の断面図を示す。ＩＧＢＴ２００の構造は第１実施例に係るＩＧＢＴ１００の構造と同一であり、拡散領域４４が形成されている位置のみ異なっている。このため、図３において、図１の参照符号に数字３０を加えた部材は、図１で説明した部材と同一である。ＩＧＢＴ２００では、拡散領域４４が、ボディ領域３６とドリフト領域５２の間において半導体領域６１の表面からドリフト領域５２を貫通する深さまで伸びており、ボディ領域３６とドリフト領域５２に隣接している。なお、ＩＧＢＴ２００では、ドリフト領域２２内のエミッタ領域側の部位５２ａがフィールド酸化膜５０を介してゲート電極４８に対向しているが、ドリフト領域２２内のエミッタ領域側の部位５２ａはフィールド酸化膜５０を介してゲート電極４８に対向していてもよいし、対向していなくてもよい。 (Second embodiment)
FIG. 3 is a cross-sectional view of a lateral IGBT 200 according to the second embodiment. The structure of the IGBT 200 is the same as that of the IGBT 100 according to the first embodiment, and only the position where the diffusion region 44 is formed is different. For this reason, in FIG. 3, the member which added the number 30 to the referential mark of FIG. 1 is the same as the member demonstrated in FIG. In IGBT 200, diffusion region 44 extends from the surface of semiconductor region 61 to a depth penetrating drift region 52 between body region 36 and drift region 52, and is adjacent to body region 36 and drift region 52. In the IGBT 200, the emitter region side portion 52 a in the drift region 22 faces the gate electrode 48 through the field oxide film 50, but the emitter region side portion 52 a in the drift region 22 is in the field oxide film 50. The gate electrode 48 may or may not be opposed to the gate electrode 48.

ＩＧＢＴ２００では、ターンオン時にドリフト領域５２内に正孔が蓄積される。この際に、ドリフト領域５２内のエミッタ領域側の部位５２ａにも正孔が多く蓄積される。その結果、飽和電圧とターンオフ損失のトレードオフ関係が改善される。 In the IGBT 200, holes are accumulated in the drift region 52 at the time of turn-on. At this time, a lot of holes are also accumulated in the region 52 a on the emitter region side in the drift region 52. As a result, the trade-off relationship between saturation voltage and turn-off loss is improved.

第１、第２実施例のＩＧＢＴでは、エミッタ領域側の埋め込み酸化膜の表面に、ｎ型の埋め込み領域が形成されている。埋め込み領域は、コレクタ領域側からエミッタ領域側に向かうに連れて不純物の濃度が８段階で低下している。このような埋め込み領域を形成することによって、埋め込み酸化膜と埋め込み領域の界面において、ＩＧＢＴの深さ方向の電界強度を大きく低減することができる。これによって、局所的な電界集中によるアバランシェ降伏の発生を抑制することができ、高い耐圧特性を維持することができる。 In the IGBTs of the first and second embodiments, an n-type buried region is formed on the surface of the buried oxide film on the emitter region side. In the buried region, the impurity concentration decreases in eight steps from the collector region side toward the emitter region side. By forming such a buried region, the electric field strength in the depth direction of the IGBT can be greatly reduced at the interface between the buried oxide film and the buried region. As a result, the occurrence of avalanche breakdown due to local electric field concentration can be suppressed, and high breakdown voltage characteristics can be maintained.

第１、第２実施例のＩＧＢＴでは、ゲート絶縁膜としてフィールド酸化膜が形成されている。フィールド酸化膜は、ドリフト領域内のコレクタ領域側の部位近傍とエミッタ領域側の部位近傍にバーズビークを有している。このようなフィールド酸化膜を形成することによって、ドリフト領域の厚みを薄くすることができ、ドリフト領域内を縦方向に伸びる電界によって正孔が移動する距離を短くすることができる。これによって、局所的な電界集中によるアバランシェ降伏の発生を抑制することができ、高い耐圧特性を維持することができる。 In the IGBTs of the first and second embodiments, a field oxide film is formed as a gate insulating film. The field oxide film has bird's beaks in the vicinity of the collector region side portion and the emitter region side portion in the drift region. By forming such a field oxide film, the thickness of the drift region can be reduced, and the distance that holes move by the electric field extending in the vertical direction in the drift region can be shortened. As a result, the occurrence of avalanche breakdown due to local electric field concentration can be suppressed, and high breakdown voltage characteristics can be maintained.

２、３２：支持基板
４、３４：埋め込み酸化膜
６、１６、３６：ボディ領域
８、３８：ボディコンタクト領域
９、３９：半導体基板
１０、４０：エミッタ電極
１２、４２：エミッタ領域
１４、４４：拡散領域
１８、４８：ゲート電極
２０、５０：ゲート酸化膜
２２、５２：ドリフト領域
２４、５４：コレクタ電極
２６、４６：コレクタ領域
２８、５８：バッファ領域
３０、６０：埋め込み領域
３１、５１：半導体領域
１００、２００：ＩＧＢＴ 2, 32: support substrate 4, 34: buried oxide film 6, 16, 36: body region 8, 38: body contact region 9, 39: semiconductor substrate 10, 40: emitter electrode 12, 42: emitter region 14, 44: Diffusion region 18, 48: Gate electrode 20, 50: Gate oxide film 22, 52: Drift region 24, 54: Collector electrode 26, 46: Collector region 28, 58: Buffer region 30, 60: Buried region 31, 51: Semiconductor Region 100, 200: IGBT

Claims

A lateral IGBT in which a semiconductor region is formed in a range facing the surface of a semiconductor substrate,
The semiconductor region is
A drift region of a first conductivity type;
A body region of a second conductivity type adjacent to the drift region;
An emitter region of a first conductivity type formed in a range facing the surface of the semiconductor substrate and in contact with the body region, separated from the drift region by the body region;
A collector region of a second conductivity type formed in a range facing the surface of the semiconductor substrate and separated from the body region by the drift region;
A first region in contact with the emitter region and the drift region extending from the surface of the semiconductor region to a depth reaching the back surface of the semiconductor region in the body region between the emitter region and the drift region A first conductivity type diffusion region having an impurity concentration higher than that of the drift region.
IGBT characterized by comprising.

A lateral IGBT in which a semiconductor region is formed in a range facing the surface of a semiconductor substrate,
The semiconductor region is
A drift region of a first conductivity type;
A second conductivity type body region;
An emitter region of a first conductivity type formed in a range facing the surface of the semiconductor substrate and in contact with the body region, separated from the drift region by the body region;
A collector region of a second conductivity type formed in a range facing the surface of the semiconductor substrate and separated from the body region by the drift region;
Extending from the surface of the semiconductor region to a depth reaching the back surface of the semiconductor region between the body region and the drift region, adjacent to the body region and the drift region, and having a higher impurity concentration than the drift region. A diffusion region of one conductivity type,
IGBT characterized by comprising.