JP2950025B2 - Insulated gate bipolar transistor - Google Patents

Insulated gate bipolar transistor

Info

Publication number
JP2950025B2
JP2950025B2 JP4175430A JP17543092A JP2950025B2 JP 2950025 B2 JP2950025 B2 JP 2950025B2 JP 4175430 A JP4175430 A JP 4175430A JP 17543092 A JP17543092 A JP 17543092A JP 2950025 B2 JP2950025 B2 JP 2950025B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor layer
layer
conductivity type
region
drain
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP4175430A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH0621358A (en
Inventor
直人 岡部
規仁 戸倉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
Priority to JP4175430A priority Critical patent/JP2950025B2/en
Publication of JPH0621358A publication Critical patent/JPH0621358A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2950025B2 publication Critical patent/JP2950025B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/30Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by physical imperfections; having polished or roughened surface
    • H01L29/32Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by physical imperfections; having polished or roughened surface the imperfections being within the semiconductor body
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70Bipolar devices
    • H01L29/72Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/739Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
    • H01L29/7393Insulated gate bipolar mode transistors, i.e. IGBT; IGT; COMFET
    • H01L29/7395Vertical transistors, e.g. vertical IGBT

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、高耐圧,大電流のパワ
ースイッチング素子として用いる絶縁ゲート型バイポー
ラトランジスタ(以下、IGBTと記す)に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an insulated gate bipolar transistor (hereinafter, referred to as an IGBT) used as a high voltage, high current power switching element.

【0002】[0002]

【従来の技術】IGBTはパワーMOSFETと類似の
構造を有するが、ドレイン領域にpn接合を設ける事に
より動作時に高抵抗ドレイン層に導電率変調を起こさ
せ、パワーMOSFETでは不可能な高耐圧と低オン抵
抗の両立が達成できる。
2. Description of the Related Art An IGBT has a structure similar to that of a power MOSFET. However, by providing a pn junction in a drain region, conductivity modulation is caused in a high-resistance drain layer during operation. On-resistance can be achieved at the same time.

【0003】しかしながら、通常高耐圧化手段として用
いられる素子外周部のガードリング構造部の耐圧は、n
チャネルIGBTを例にとると、内在pnp3層構造の
ブレークダウン動作により耐圧が決まり、pn2層構造
のブレークダウンで耐圧が決まるパワーMOSFETと
比較すると、同じ抵抗率と厚さの高抵抗ドレイン層を有
する場合、オン抵抗は格段に小さいが耐圧が低くなる。
これに対し特開昭62−219667号公報によれば、
IGBT素子の外周部の高抵抗ドレイン層3表面にn+
ベース領域15を設け、このn+ ベース領域15と基板
+ 領域2を外部配線により電気的にショートする構造
を提案している(図4参照)。
However, the withstand voltage of the guard ring structure at the element outer periphery, which is usually used as a means for increasing the withstand voltage, is n
Taking a channel IGBT as an example, the breakdown voltage is determined by the breakdown operation of the intrinsic pnp three-layer structure, and compared to a power MOSFET whose breakdown voltage is determined by the breakdown of the pn2 layer structure, it has a high-resistance drain layer having the same resistivity and thickness. In this case, the on-resistance is extremely small, but the breakdown voltage is low.
On the other hand, according to Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-219667,
N + is added to the surface of the high-resistance drain layer 3 on the outer periphery of the IGBT element.
A structure is proposed in which a base region 15 is provided, and the n + base region 15 and the substrate p + region 2 are electrically shorted by an external wiring (see FIG. 4).

【0004】しかし、この従来構成ではn+ ベース領域
15とp+ ドレイン層2を電気的にショートするための
ワイヤボンディング用電極パッド14を表面n+ ベース
領域15に設ける必要があり、素子の電流通路となる有
効面積が減少する。また高耐圧化の効果が大きくないと
いう問題がある。
However, in this conventional configuration, it is necessary to provide a wire bonding electrode pad 14 for electrically short-circuiting the n + base region 15 and the p + drain layer 2 in the surface n + base region 15. The effective area serving as a passage is reduced. There is also a problem that the effect of increasing the breakdown voltage is not large.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の問題を
鑑みなされたもので、IGBT素子に新たな電極パッド
を必要とせず、かつオン抵抗の犠牲無しにガードリング
部の耐圧を向上させる構造を提供するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and does not require a new electrode pad for the IGBT element and improves the withstand voltage of the guard ring portion without sacrificing on-resistance. Is provided.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】IGBTは、ドレイン電
極側から第1導電型の第1半導体層、この上にキャリア
注入により導電率変調を起こす第2導電型の第2半導体
層が形成され、この第2半導体層の表面に選択的に第1
導電型の第3半導体層が形成され、この第3半導体層の
表面に選択的に第2導電型の第4半導体層が形成され、
第2半導体層と第4半導体層の間の第3半導体層表面に
ゲート絶縁膜を介してゲート電極が形成され、第3半導
体層表面から第4半導体層表面に渡ってソース電極が形
成されている。
In the IGBT, a first semiconductor layer of a first conductivity type is formed from the drain electrode side, and a second semiconductor layer of a second conductivity type that causes conductivity modulation by carrier injection is formed thereon. The surface of the second semiconductor layer is selectively covered with the first
A conductive third semiconductor layer is formed, and a second conductive fourth semiconductor layer is selectively formed on a surface of the third semiconductor layer;
A gate electrode is formed on the surface of the third semiconductor layer between the second semiconductor layer and the fourth semiconductor layer via a gate insulating film, and a source electrode is formed from the surface of the third semiconductor layer to the surface of the fourth semiconductor layer. I have.

【0007】上記目的を実現すべく、本発明のIGBT
は、前記第3及び第4半導体層が複数配置された領域
(以下A領域と呼ぶ)の縁端から第2半導体層の周端に
至る領域(以下B領域)の第2半導体層に対して形成さ
れたガードリング耐圧構造を含む周辺領域においての
み、選択的に該第2半導体層の少数キャリアの寿命を短
縮させる手段を備えることを特徴としている。
[0007] In order to achieve the above object, an IGBT of the present invention is provided.
With respect to a second semiconductor layer in a region (hereinafter referred to as a B region) extending from an edge of a region (hereinafter, referred to as an A region) in which a plurality of the third and fourth semiconductor layers are arranged (hereinafter, referred to as a B region). Only in a peripheral region including the formed guard ring breakdown voltage structure, a means for selectively shortening the life of minority carriers in the second semiconductor layer is provided.

【0008】より具体的には、B領域の第2半導体層内
に少数キャリアの寿命を短縮する事を目的に、結晶欠陥
を形成するものである。また、別の構成は、B領域の第
2半導体層と第1半導体層の境界面あるいはその近傍に
第2半導体層よりも高濃度の不純物を含む第2導電型の
第6半導体層を設けるようにしているものである。
More specifically, a crystal defect is formed in the second semiconductor layer in the B region for the purpose of shortening the life of minority carriers. Another structure is such that a sixth semiconductor layer of the second conductivity type containing impurities at a higher concentration than the second semiconductor layer is provided at or near the boundary surface between the second semiconductor layer and the first semiconductor layer in the B region. It is what you are doing.

【0009】さらに本発明の別の構成は、B領域の第2
半導体層中に結晶欠陥を形成するとともに、第2半導体
層と第1半導体層の境界面あるいはその近傍に第2導電
型の第6半導体層を設けるようにしているものである。
[0009] Still another configuration of the present invention is the second region of the B region.
A crystal defect is formed in the semiconductor layer, and a sixth semiconductor layer of the second conductivity type is provided at or near the boundary between the second semiconductor layer and the first semiconductor layer.

【0010】[0010]

【作用および効果】上記構成により達成される作用およ
び効果について以下に説明する。ドレイン電極とソース
電極の間に電圧が印加され、第3半導体層と第2半導体
層とからなるpn接合が逆バイアス状態になり、高抵抗
の第2半導体層に空乏層が広がる状況を考える。ここで
A領域においては隣合う第3半導体層およびその間に位
置する第2半導体層領域では、隣合う第3半導体層から
その間に位置する第2半導体層に空乏層が伸び互いに重
なる事により電界の緩和が達成される。そして第3半導
体層の底部のpn接合部で最大の電界値EA をとる。一
方、第3半導体層の繰り返し配置が終わるA領域の縁端
では上記電界緩和効果がなくなり、縁端の第3半導体層
のコーナー部ないし第3半導体層近傍の第2半導体層表
面で最大電界値EB をとる。ここで一般にEA <EB
なるため、A領域よりB領域で雪崩降状が先に発生し、
素子の耐圧はB領域の耐圧で決定される。そこで素子の
耐圧を高くするため、B領域の最大電界EB を小さくす
べく、繰り返し配置された第3半導体層の縁端から第2
半導体層の周端に至るB領域において耐圧構造が設けら
れる。一般的に素子耐圧の向上にはガードリング構造が
使われるが、ここでIGBTのガードリング耐圧は、A
領域縁端部のソース電極−第3半導体層−第2半導体層
−第1半導体層−ドレイン電極によって内在されるバイ
ポーラトランジスタの耐圧BVCEO となる。このため第
3半導体層−第2半導体層からなるpn接合の耐圧BV
CBO よりも低い耐圧になる。この現象は次式により説明
される。
Operation and effect The operation and effect achieved by the above configuration will be described below. Consider a situation in which a voltage is applied between the drain electrode and the source electrode, the pn junction formed by the third semiconductor layer and the second semiconductor layer is in a reverse bias state, and the depletion layer spreads in the high-resistance second semiconductor layer. Here, in the region A, in the adjacent third semiconductor layer and the second semiconductor layer region located therebetween, a depletion layer extends from the adjacent third semiconductor layer to the second semiconductor layer located therebetween, and overlaps with each other. Mitigation is achieved. And it takes the maximum of the electric field value E A at the pn junction of the bottom portion of the third semiconductor layer. On the other hand, at the edge of the region A where the repetitive arrangement of the third semiconductor layer ends, the above-mentioned electric field relaxation effect is lost, and the maximum electric field value at the corner of the third semiconductor layer at the edge or the surface of the second semiconductor layer near the third semiconductor layer. take the E B. Here for the general E A <E B, like descending avalanche than A area B area occurs first,
The breakdown voltage of the element is determined by the breakdown voltage of the B region. Therefore in order to increase the breakdown voltage of the device, in order to reduce the maximum electric field E B of region B, first from the edge of the third semiconductor layer which is repeatedly arranged 2
A withstand voltage structure is provided in a region B reaching the peripheral edge of the semiconductor layer. Generally, a guard ring structure is used to improve the withstand voltage of the element. Here, the guard ring withstand voltage of the IGBT is A
The withstand voltage BV CEO of the bipolar transistor inherent in the source electrode, the third semiconductor layer, the second semiconductor layer, the first semiconductor layer, and the drain electrode at the edge of the region. Therefore, the breakdown voltage BV of the pn junction composed of the third semiconductor layer and the second semiconductor layer
The breakdown voltage is lower than CBO . This phenomenon is explained by the following equation.

【0011】[0011]

【数1】BVCEO =BVCBO /(1+β)1/n [ Equation 1] BV CEO = BV CBO / (1 + β) 1 / n

【0012】[0012]

【数2】β=γ・αT /(1−γ・αT ) なお、数1,数2は、“半導体デバイスの基礎”、(マ
グロウヒル社発行、垂井康夫 監訳)、P259および
P244より抜粋したものである。
[Mathematical formula-see original document] β = γ · α T / (1−γ · α T ) Equations 1 and 2 are extracted from “Basics of Semiconductor Devices”, (published by McGraw-Hill, translated by Yasuo Tarui), p. It was done.

【0013】数1より、ブレークダウン時の内在バイポ
ーラトランジスタの動作により、バイポーラトランジス
タの電流増幅率βの影響でガードリングの雪崩降状によ
るブレークダウン電圧BVCEO は、pn接合の雪崩降状
によるブレークダウン電圧BVCBO よりさらに低下する
現象が起こる。ここでB領域の内在バイポーラトランジ
スタのβ値を小さくする事によりBVCEO をBVCBO
近づけガードリング耐圧を向上する事ができる。
From equation (1), the breakdown voltage BV CEO due to the avalanche of the guard ring due to the influence of the current amplification factor β of the bipolar transistor due to the operation of the intrinsic bipolar transistor at the time of the breakdown causes the breakdown due to the avalanche of the pn junction. A phenomenon that the voltage is further lowered than the down voltage BV CBO occurs. Here, by decreasing the β value of the intrinsic bipolar transistor in the B region, the BV CEO can be brought closer to the BV CBO to improve the guard ring breakdown voltage.

【0014】本発明では、A領域縁端からB領域におい
て、第2半導体層内部に少数キャリアの寿命を短縮する
結晶欠陥を形成する。これによりガードリング領域の内
在バイポーラトランジスタの少数キャリアの到達率αT
(輸送効率とも言う)が小さくなり、それにより数2で
示される様に、β値は小さくなり、その結果BVCEO
値が増加する。
In the present invention, a crystal defect for shortening the life of minority carriers is formed in the second semiconductor layer from the edge of the region A to the region B. As a result, the minority carrier arrival rate α T of the intrinsic bipolar transistor in the guard ring region
(Also referred to as transport efficiency), thereby decreasing the β value, as shown in Equation 2, resulting in an increase in the value of BV CEO .

【0015】次に本発明の別の構成による作用と効果を
説明する。B領域の第2半導体層と第1半導体層の境界
面あるいはその近傍に第2半導体層よりも高濃度の不純
物を含む第2導電型の第6半導体層を設ける事により内
在バイポーラトランジスタの第1半導体層からの少数キ
ャリアの注入が抑制される。すなわち内在バイポーラト
ランジスタの注入効率γが減少し数2で示される様に、
電流増幅率βは小さくなりその結果BVCEO が増加す
る。
Next, the operation and effect of another configuration of the present invention will be described. By providing a sixth semiconductor layer of the second conductivity type containing impurities at a higher concentration than the second semiconductor layer at or near the boundary surface between the second semiconductor layer and the first semiconductor layer in the B region, the first bipolar transistor of the intrinsic bipolar transistor is provided. Injection of minority carriers from the semiconductor layer is suppressed. That is, the injection efficiency γ of the intrinsic bipolar transistor is reduced and
The current amplification factor β decreases, and as a result, BV CEO increases.

【0016】さらにもう1つの構成である、B領域の第
2半導体層中の結晶欠陥の形成と、第2半導体層と第1
半導体層の境界面あるいはその近傍の第6半導体層の形
成を複合して行えば、B領域の内在バイポーラトランジ
スタの到達率αT と注入効率γの両者を減少させる事に
より電流増幅率βは相剰的に小さくなり、より一層BV
CEO の増加が達成される。
[0016] Still another structure, that is, formation of crystal defects in the second semiconductor layer in the B region, and formation of the second semiconductor layer and the first semiconductor layer.
If the formation of the sixth semiconductor layer at or near the boundary surface of the semiconductor layer is performed in combination, the current amplification factor β can be reduced by reducing both the arrival rate α T and the injection efficiency γ of the intrinsic bipolar transistor in the B region. Extra small BV
CEO increase is achieved.

【0017】以上述べた構成においては、素子表面に新
たな電極パッドを形成しセル領域であるA領域の面積を
減少させる必要は無く、さらにB領域の内在バイポーラ
トランジスタの電流増幅率βを減少させるのみで、A領
域の内在バイポーラトランジスタの電流増幅率の減少は
一切ないため、オン状態での抵抗の増加は無い。従って
素子のオン抵抗の増加なしにガードリング耐圧を向上す
ることができる。
In the structure described above, it is not necessary to form a new electrode pad on the element surface to reduce the area of the region A, which is the cell region, and to further reduce the current amplification factor β of the intrinsic bipolar transistor in the region B. Only in this case, there is no decrease in the current amplification factor of the intrinsic bipolar transistor in the region A, and there is no increase in the resistance in the ON state. Therefore, the withstand voltage of the guard ring can be improved without increasing the on-resistance of the element.

【0018】[0018]

【実施例】以下、本発明を図に示す実施例に基づいて説
明する。実施例では、第1導電型としてp型、第2導電
型としてn型を用いたnチャネルIGBTの場合を説明
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to an embodiment shown in the drawings. In the embodiment, a case of an n-channel IGBT using p-type as the first conductivity type and n-type as the second conductivity type will be described.

【0019】図1は、本発明の第1実施例を適用したI
GBT素子の単位セル部(A領域)及びガードリング部
(B領域)の断面図である。これを製造工程に従って説
明する。
FIG. 1 is a circuit diagram showing an I-type semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a unit cell portion (A region) and a guard ring portion (B region) of the GBT element. This will be described according to the manufacturing process.

【0020】まず、半導体基板であるp+ ドレイン層2
(第1半導体層)を用意し、この上に気相成長法あるい
はウェハ直接接合法等により高抵抗のn- ドレイン層3
(第2半導体層)を所定の不純物濃度ND と厚さte
形成する。次に3〜6μmの深さにpウェル層4a(第
3半導体層の一部をなす)、p層10及びp層4′を選
択拡散法により同時に形成する。ここでp層10は高耐
圧化の目的で形成したガードリングであり、p層4′は
ソース電極へ余剰キャリアを抜きとる抜きとり層であ
る。更にp層4aと重なるようにpチャネル層4b、お
よびこのpウェル層4a,pチャネル層4bからなるp
層(第3半導体層)内にn+ ソース層5(第4半導体
層)を形成する。なお、以上の製造工程において、n-
ドレイン層3の表面を酸化して形成されたゲート酸化膜
6の上に形成されたゲート電極7をマスクとして、いわ
ゆるDSA技術(Diffusion Self Al
ignment)によりpチャネル層14bとn+ ソー
ス層5が自己整合的に形成され、これによりチャネルが
形成される。
First, the p + drain layer 2 as a semiconductor substrate
(First semiconductor layer) is prepared, and a high-resistance n drain layer 3 is formed thereon by a vapor phase growth method or a wafer direct bonding method.
Forming the (second semiconductor layer) at a predetermined impurity concentration N D and thickness t e. Next, a p-well layer 4a (which forms a part of the third semiconductor layer), a p-layer 10 and a p-layer 4 'are formed at a depth of 3 to 6 [mu] m simultaneously by a selective diffusion method. Here, the p layer 10 is a guard ring formed for the purpose of increasing the breakdown voltage, and the p layer 4 'is a removal layer for removing excess carriers to the source electrode. Further, the p-channel layer 4b is overlapped with the p-layer 4a, and the p-channel layer 4a and the p-channel
An n + source layer 5 (fourth semiconductor layer) is formed in the layer (third semiconductor layer). In the above manufacturing process, n
Using a gate electrode 7 formed on a gate oxide film 6 formed by oxidizing the surface of the drain layer 3 as a mask, a so-called DSA technique (Diffusion Self Al
The p-channel layer 14b and the n + source layer 5 are formed in a self-aligned manner, thereby forming a channel.

【0021】その後、層間絶縁膜8を形成して、続いて
p層4及びn+ 層5にオーミック接触を形成するため
に、ゲート酸化膜6と層間絶縁膜8にコンタクト孔を開
口し、アルミニウムを数μm蒸着し、選択エッチングす
ることにより、ソース電極9及びゲート電極パッド(図
示せず)を形成する。そして、p+ ドレイン層2の裏面
に金属膜を蒸着して、ドレイン電極1を形成する。
Thereafter, in order to form an interlayer insulating film 8 and subsequently to form an ohmic contact with the p layer 4 and the n + layer 5, contact holes are opened in the gate oxide film 6 and the interlayer insulating film 8, and aluminum is formed. Is deposited by several μm and selectively etched to form a source electrode 9 and a gate electrode pad (not shown). Then, a metal film is deposited on the back surface of the p + drain layer 2 to form the drain electrode 1.

【0022】さらに金属マスク(たとえばステンレスマ
スク)を用いガードリング領域(B領域)に選択的に、
イオン打ち込み法によりたとえばヘリウムイオンを打ち
込み、領域(斜線にて図示)13の少なくとも1部に結
晶欠陥を形成する。さらに素子の電気特性安定化のため
の熱処理を行う。
Further, a metal mask (for example, a stainless steel mask) is used to selectively form a guard ring region (region B).
For example, helium ions are implanted by ion implantation to form crystal defects in at least a part of the region (shown by oblique lines) 13. Further, heat treatment for stabilizing the electrical characteristics of the device is performed.

【0023】このように構成されたIGBT素子のガー
ドリング領域において、内在バイポーラトランジスタの
エミッタ領域(基板p+ 層2)から注入される少数キャ
リアのうちベース領域(n- 領域3)を経由してコレク
タ領域(p+ 層10)に到達する量が減少し、それによ
り上述の数2に示すように、電流増幅率βが減少し、そ
の結果ガードリング領域のブレークダウン電圧BVCEO
が向上する。
In the guard ring region of the IGBT element thus configured, minority carriers injected from the emitter region (substrate p + layer 2) of the intrinsic bipolar transistor via the base region (n region 3) The amount reaching the collector region (p + layer 10) is reduced, thereby reducing the current amplification factor β as shown in the above equation (2), and as a result, the breakdown voltage BV CEO of the guard ring region is reduced.
Is improved.

【0024】尚、結晶欠陥の形成は上述のHe+ の他、
Arイオン、H+ イオンの打ち込み、電子線あるいは中
性子線の照射によっても可能である。図2に第2実施例
の構造を示す。図1と異なる点は、ガードリング領域
(B領域)の基板pn接合12の近傍に選択的にn+
11を形成した事である。n+層11は、半導体基板で
あるp+ 層2の表面に不純物を選択拡散するか、あるい
はp+ 層の表面にn- 層をある厚さ形成した後その表面
に不純物を選択拡散し、その後図1で示した製造工程を
施すことにより、基板pn接合12の近傍に形成するこ
とができる。
In addition, the formation of crystal defects is not only the above He + but also
It is also possible by implanting Ar ions or H + ions, or by irradiating an electron beam or a neutron beam. FIG. 2 shows the structure of the second embodiment. The difference from FIG. 1 is that an n + layer 11 is selectively formed near the substrate pn junction 12 in the guard ring region (region B). The n + layer 11 selectively diffuses impurities on the surface of the p + layer 2 which is a semiconductor substrate, or selectively forms the n layer on the surface of the p + layer to a certain thickness and then selectively diffuses impurities on the surface. Thereafter, by performing the manufacturing process shown in FIG. 1, it can be formed in the vicinity of the substrate pn junction 12.

【0025】このように構成されたIGBT素子のガー
ドリング領域において、内在バイポーラトランジスタの
エミッタ領域(基板p+ 層2)からベース領域(n-
3)への少数キャリア(正孔)の注入が抑制され、上述
のように数2に示す電流増幅率βが減少し、その結果ガ
ードリング領域のブレークダウン電圧BVCEO が増加す
る。
In the guard ring region of the IGBT element thus configured, minority carriers (holes) are injected from the emitter region (substrate p + layer 2) of the intrinsic bipolar transistor into the base region (n layer 3). As a result, the current amplification factor β shown in Expression 2 decreases, and as a result, the breakdown voltage BV CEO in the guard ring region increases.

【0026】また、図3に示す第3実施例のように上記
第1,第2実施例を複合するようにしてもよい。本実施
例によれば、ガードリング領域(B領域)における内在
バイポーラトランジスタのエミッタ領域(基板p+
2)から注入される少数キャリアのうちベース領域(n
- 領域3)を経由してコレクタ領域(p+ 層10)に到
達する量が減少するのに加えて、エミッタ領域(基板p
+ 層2)からベース領域(n- 層3)への少数キャリア
(正孔)の注入が抑制され、その結果上述の数2に示す
電流増幅率βが激減し、ガードリング領域のブレークダ
ウン電圧BVCEOをさらに増加させることができる。
Further, the first and second embodiments may be combined as in the third embodiment shown in FIG. According to the present embodiment, the base region (n) of minority carriers injected from the emitter region (substrate p + layer 2) of the intrinsic bipolar transistor in the guard ring region (region B).
Region 3), the amount reaching the collector region (p + layer 10) is reduced, and the emitter region (substrate p)
The injection of minority carriers (holes) from the + layer 2) to the base region (n layer 3) is suppressed, and as a result, the current amplification factor β shown in the above equation 2 is drastically reduced, and the breakdown voltage of the guard ring region is reduced. BV CEO can be further increased.

【0027】なお、上記種々の実施例では、第1導電型
としてp型、第2導電型としてn型を用いた例を説明し
たが、これらの導電型を逆にしたpチャネル型のIGB
Tにおいても本発明は有効である。
In the various embodiments described above, an example was described in which a p-type is used as the first conductivity type and an n-type is used as the second conductivity type. However, a p-channel type IGB in which these conductivity types are reversed is used.
The present invention is also effective at T.

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

【図1】本発明第1実施例のIGBTのセル領域と外周
部ガードリング領域の断面構造図である。
FIG. 1 is a sectional structural view of a cell region and an outer peripheral guard ring region of an IGBT according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明第2実施例のIGBTのセル領域と外周
部ガードリング領域の断面構造図である。
FIG. 2 is a sectional structural view of a cell region and an outer peripheral guard ring region of an IGBT according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明第3実施例のIGBTのセル領域と外周
部ガードリング領域の断面構造図である。
FIG. 3 is a sectional structural view of a cell region and an outer guard ring region of an IGBT according to a third embodiment of the present invention.

【図4】従来のIGBT素子のセル領域と外周部ガード
リング領域の断面構造図である。
FIG. 4 is a sectional structural view of a cell region and an outer peripheral guard ring region of a conventional IGBT element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ドレイン電極 2 P+ 層(第1半導体層) 3 n- 層(第2半導体層) 4 p層(第3半導体層) 5 n+ 層(第4半導体層) 6 ゲート絶縁膜 7 ゲート電極 9 ソース電極 10 p層(第5半導体層) 11 n+ 層(第6半導体層) 12 基板pn接合部 13 ライフタイムキラー形成領域Reference Signs List 1 drain electrode 2 P + layer (first semiconductor layer) 3 n layer (second semiconductor layer) 4 p layer (third semiconductor layer) 5 n + layer (fourth semiconductor layer) 6 gate insulating film 7 gate electrode 9 Source electrode 10 P layer (fifth semiconductor layer) 11 n + layer (sixth semiconductor layer) 12 Substrate pn junction 13 Lifetime killer formation region

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 29/78 H01L 21/336 H01L 21/265 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H01L 29/78 H01L 21/336 H01L 21/265

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 第1導電型の第1ドレイン層と、 この第1ドレイン層の上面に接する第2導電型の第2ド
レイン層と、 この第2ドレイン層の一領域に形成され、該第2ドレイ
ン層表面に形成された第1導電型半導体層および、この
第1導電型半導体層内に形成された第2導電型半導体層
を各々チャネル層,ソース層とする絶縁ゲート構造と、 前記第2ドレイン層の一領域を囲む周辺領域において形
成された第1導電型のガードリング構造と、 前記周辺領域においてのみ選択的に設定され、該周辺領
域の第1,第2ドレイン層およびガードリング構造から
なるバイポーラトランジスタの電流増幅率を小さくする
手段とを備えることを特徴とする絶縁ゲート型バイポー
ラトランジスタ。
A first drain layer of a first conductivity type; a second drain layer of a second conductivity type in contact with an upper surface of the first drain layer; and a second drain layer formed in a region of the second drain layer. (2) a first conductivity type semiconductor layer formed on the surface of the drain layer, an insulated gate structure using the second conductivity type semiconductor layer formed in the first conductivity type semiconductor layer as a channel layer and a source layer, respectively; A guard ring structure of the first conductivity type formed in a peripheral region surrounding one region of the second drain layer; and first and second drain layers and a guard ring structure of the peripheral region selectively set only in the peripheral region. Means for reducing the current amplification factor of the bipolar transistor comprising:
【請求項2】 第1導電型の第1半導体層と、 この第1半導体層に接する第2導電型の第2半導体層
と、 この第2半導体層内に形成されるとともに、前記第2半
導体層表面に接合部が終端するように部分的に形成され
た第1導電型の第3半導体層と、 この第3半導体層内に形成されるとともに、前記第3半
導体層表面に接合部が終端するように部分的に形成され
た第2導電型の第4半導体層と、 前記第2半導体層と第4半導体層間の前記第3半導体層
をチャネル領域として、少なくともこのチャネル領域上
にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、 前記第3半導体層と前記第4半導体層の両方に接触部を
有するソース電極と、 前記第3及び第4半導体層が複数配置された領域の外側
の第2半導体層において、該第2半導体層に形成された
第1導電型の第5半導体層からなるガードリング構造を
含む周辺領域と、 前記第1半導体層を介してドレイン電流を供給するドレ
イン電極とを備えてなる絶縁ゲート型バイポーラトラン
ジスタにおいて、 繰り返し配置された前記第3及び第4半導体層の縁端部
から前記第2半導体層の周端部に至る第2半導体層内部
あるいはその近傍に選択的に形成され、第2半導体層へ
の少数キャリアの注入量を制限するか、第2半導体層内
の少数キャリアの寿命を短縮する手段を備えることを特
徴とする絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ。
2. A first semiconductor layer of a first conductivity type; a second semiconductor layer of a second conductivity type in contact with the first semiconductor layer; and a second semiconductor layer formed in the second semiconductor layer. A third semiconductor layer of the first conductivity type partially formed on the surface of the layer so that the junction is terminated; and a junction formed on the third semiconductor layer and terminated on the surface of the third semiconductor layer. A fourth semiconductor layer of a second conductivity type partially formed as described above, and a gate insulating film formed on at least the channel region using the third semiconductor layer between the second semiconductor layer and the fourth semiconductor layer as a channel region. A source electrode having contact portions in both the third semiconductor layer and the fourth semiconductor layer; and a source electrode outside a region where a plurality of the third and fourth semiconductor layers are arranged. Formed in the second semiconductor layer in the two semiconductor layers An insulated gate bipolar transistor including a peripheral region including a guard ring structure including a fifth semiconductor layer of the first conductivity type, and a drain electrode for supplying a drain current through the first semiconductor layer. Minority carriers selectively formed in or near the second semiconductor layer from the edge portions of the disposed third and fourth semiconductor layers to the peripheral edge portion of the second semiconductor layer, and to the second semiconductor layer. An insulated gate bipolar transistor, comprising means for limiting the amount of injected Si or shortening the life of minority carriers in the second semiconductor layer.
【請求項3】 上記第2半導体層への少数キャリアの注
入量を制限する手段は、イオン打ち込みにより形成され
た欠陥であることを特徴とする請求項2に記載の絶縁ゲ
ート型バイポーラトランジスタ。
3. The insulated gate bipolar transistor according to claim 2, wherein the means for limiting the amount of minority carriers injected into the second semiconductor layer is a defect formed by ion implantation.
【請求項4】 上記第2半導体層への少数キャリアの注
入量を制限する手段は、前記第3及び第4半導体層の縁
端部から前記第2半導体層の周端部に至り、第2半導体
層と第1半導体層の接合面あるいはその近傍に形成され
た、前記第2半導体層よりも高い不純物濃度の第2導電
型の第6半導体層であることを特徴とする請求項2に記
載の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ。
4. A means for limiting the amount of minority carriers injected into the second semiconductor layer, wherein the means extends from an edge of the third and fourth semiconductor layers to a peripheral edge of the second semiconductor layer. 3. The semiconductor layer according to claim 2, wherein the semiconductor layer is a sixth semiconductor layer of a second conductivity type having an impurity concentration higher than that of the second semiconductor layer and formed at or near a bonding surface between the semiconductor layer and the first semiconductor layer. Insulated gate bipolar transistor.
【請求項5】 上記第2半導体層への少数キャリアの注
入量を制限する手段は、前記第3及び第4半導体層の縁
端部から前記第2半導体層の周端部に至り、第2半導体
層と第1半導体層の接合面あるいはその近傍に形成され
た、前記第2半導体層よりも高い不純物濃度の第2導電
型の第6半導体層であることを特徴とする請求項3に記
載の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ。
5. A means for limiting the amount of minority carriers injected into the second semiconductor layer, wherein the means for limiting the amount of minority carriers injected from the edge of the third and fourth semiconductor layers to the peripheral edge of the second semiconductor layer, The sixth semiconductor layer of a second conductivity type having a higher impurity concentration than that of the second semiconductor layer and formed at or near a bonding surface between the semiconductor layer and the first semiconductor layer. Insulated gate bipolar transistor.
JP4175430A 1992-07-02 1992-07-02 Insulated gate bipolar transistor Expired - Lifetime JP2950025B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4175430A JP2950025B2 (en) 1992-07-02 1992-07-02 Insulated gate bipolar transistor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4175430A JP2950025B2 (en) 1992-07-02 1992-07-02 Insulated gate bipolar transistor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH0621358A JPH0621358A (en) 1994-01-28
JP2950025B2 true JP2950025B2 (en) 1999-09-20

Family

ID=15995971

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4175430A Expired - Lifetime JP2950025B2 (en) 1992-07-02 1992-07-02 Insulated gate bipolar transistor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2950025B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100377366C (en) * 2003-12-19 2008-03-26 三洋电机株式会社 Semiconductor device

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4803523B2 (en) * 2000-07-13 2011-10-26 日本インター株式会社 Semiconductor device and manufacturing method thereof
WO2004066391A1 (en) * 2003-01-20 2004-08-05 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor device
JP4857520B2 (en) * 2004-01-07 2012-01-18 トヨタ自動車株式会社 Bipolar semiconductor device and manufacturing method thereof
DE102005053487B4 (en) * 2005-11-09 2011-06-09 Infineon Technologies Ag Power IGBT with increased robustness
US8159022B2 (en) 2008-09-30 2012-04-17 Infineon Technologies Austria Ag Robust semiconductor device with an emitter zone and a field stop zone
JP5748188B2 (en) * 2009-09-29 2015-07-15 富士電機株式会社 Semiconductor device
JP5182766B2 (en) * 2009-12-16 2013-04-17 三菱電機株式会社 High voltage semiconductor device
JP2012079928A (en) * 2010-10-01 2012-04-19 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor device
JP5621703B2 (en) * 2011-04-26 2014-11-12 三菱電機株式会社 Semiconductor device
JP5783893B2 (en) 2011-12-16 2015-09-24 三菱電機株式会社 Semiconductor device
JP6922688B2 (en) 2017-11-22 2021-08-18 信越半導体株式会社 Selection method of silicon single crystal substrate and silicon single crystal substrate
JP6922826B2 (en) 2018-04-25 2021-08-18 信越半導体株式会社 Selection method for silicon single crystal substrate
JP2021136423A (en) 2020-02-28 2021-09-13 富士電機株式会社 Semiconductor device

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100377366C (en) * 2003-12-19 2008-03-26 三洋电机株式会社 Semiconductor device
US7399999B2 (en) 2003-12-19 2008-07-15 Sanyo Electric Co., Ltd. Semiconductor device

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0621358A (en) 1994-01-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3417013B2 (en) Insulated gate bipolar transistor
JP2623850B2 (en) Conductivity modulation type MOSFET
JP2504862B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2950025B2 (en) Insulated gate bipolar transistor
JPH0457111B2 (en)
JPH01125979A (en) Insulated gate bipolar transistor
JPH02275675A (en) Mos type semiconductor device
EP0646964A1 (en) Integrated structure active clamp for the protection of power devices against overvoltages, and manufacturing process thereof
KR100397882B1 (en) Field effect controllable semiconductor component
JPH11274516A (en) Power semiconductor device
JP2004247593A (en) Semiconductor device, and manufacturing method thereof
JP4177229B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2934606B2 (en) Semiconductor device
JPH0888357A (en) Lateral igbt
JP3297087B2 (en) High voltage semiconductor device
US5925899A (en) Vertical type insulated gate bipolar transistor having a planar gate structure
JPH0283982A (en) Field effect transistor
JPS6115369A (en) Semiconductor device and manufacture thereof
KR100555444B1 (en) Trench gate-type power semiconductor device and method of fabricating the same
JPH0870121A (en) Insulated gate semiconductor device
JPH05267644A (en) Diode and semiconductor integrated circuit
JP2785792B2 (en) Power semiconductor device
JPH06120523A (en) Semiconductor device
JPH03166766A (en) Insulated-gate bipolar transistor and manufacture thereof
JP3342944B2 (en) Horizontal high voltage semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 19990608

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110709

Year of fee payment: 12

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120709

Year of fee payment: 13

EXPY Cancellation because of completion of term