JP3106844B2 - 横型絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ - Google Patents
横型絶縁ゲート型バイポーラトランジスタInfo
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- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
Description
用いて作製された横型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。
を利用したＭＯＳＦＥＴであるＩＧＢＴが注目されてい
る。ＩＧＢＴはＭＯＳＦＥＴと同様、入力インピーダン
スが高く、またバイポーラトランジスタと同様にオン抵
抗が低くできる。ＩＧＢＴは、当初は縦型素子として開
発が進められた。しかしながら、パワーデバイスのイン
テリジェント化の動向に伴い、横型ＩＧＢＴの開発が最
近になって活発化してきた。これは縦型ＩＧＢＴが半導
体基板の両面を使って電流を流すのに対して、横型ＩＧ
ＢＴでは両主極電極およびゲート電極が半導体基板の１
方向のみに形成されるため制御回路などと同一基板に作
り込むことが容易であることによる。
のｎチャネル横型ＩＧＢＴを示す。このＩＧＢＴは、厚
さ５５０μｍのｎ形支持基板１上に厚さ２μｍの絶縁膜
２を介して形成された厚さ１０μｍのｎ形半導体層３を
ｎベース層として形成されている。このＩＧＢＴは以下
の３部分で構成される。 (1)コレクタ部１０ ｎ- 半導体層３に表面からの拡散により形成されたｎバ
ッファ層１１、そのバッファ層１１に拡散されたｐ+ コ
レクタ層１２、そのコレクタ層に接触し、コレクタ端子
Ｃに接続されたコレクタ電極１３ (2)エミッタ部２０ ｎ- 半導体層３に表面からの拡散により形成されたｐベ
ース層４、そのベース層４に拡散されたｐ+ コンタクト
層５およびｎ+ ソース層６、コンタクト層５の表面全体
およびソース層６の一部に接触し、エミッタ端子Ｅに接
続されたエミッタ電極７ (3)ゲート部３０ ｎ+ ソース層６とｎ- 半導体層３に挟まれたｐベース層
４の表面上にゲート酸化膜８を介して配置され、ゲート
端子Ｇに接続されたゲート電極９ 支持基板１は、通常、外部浮遊電位によるノイズ発生を
避けるため、エミッタ電極７と同電位に固定される。す
なわち、この場合接地されている。
Ｔのｎ- 層３の厚さは、要求耐圧に応じて決められる。
高耐圧ＩＧＢＴの場合は、ｎ- 層３の厚さを厚くする必
要がある。一方、はり合わせ基板を用いてインテリジェ
ント化を行うために、横型ＩＧＢＴを形成する領域を、
支持基板１との間の絶縁膜２と、表面よりその絶縁膜２
に達するまで形成された溝 (トレンチ) に絶縁物で充て
んした絶縁分離層とにより分離する素子分離技術を適用
する場合、トレンチの形成深さの限界が４０μｍである
ため、ｎ-層３の厚さを４０μｍより厚くすることがで
きない。また、ｎ- 層３の厚さの増加は、素子分離層の
幅の増加を招き、素子の集積度を低下させるなどの問題
を引き起こす。
基板の厚さを厚くすることなく、高耐圧化を達成できる
横型ＩＧＢＴを提供することにある。
めに、本発明は、支持半導体基板状に絶縁層を介しては
り合わされた第一導電形半導体層と、その半導体層の表
面層に所定の距離を離して選択的に形成された第二導電
形ベース領域および第一導電形バッファ領域と、第二導
電形ベース領域の表面層の選択的に形成された第一導電
形ソース領域と、バッファ領域の表面層に選択的に形成
された第二導電形コレクタ領域と、ソース領域と第一導
電形半導体層の露出部にはさまれた第二導電形ベース領
域の表面上にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電
極と、第二導電形ベース領域およびソース領域に共通に
接触するエミッタ電極と、コレクタ領域に接触するコレ
クタ電極とを備え、前記コレクタ電極に電圧を印加した
場合に前記支持半導体基板上の絶縁層と第一導電形半導
体層との界面から空乏層によって第一導電形半導体層内
の等電位線の分布が影響を受ける横型ＩＧＢＴにおい
て、前記第一導電形バッファ領域内でのパンチスルーを
抑止させるべく、前記第一導電形バッファ領域の不純物
濃度を第一導電形半導体層の不純物濃度よりも高くした
ものとする。所期の耐圧が２５０Ｖ以上で、第一導電形
半導体層の抵抗率が１０Ω・ｃｍから４０Ω・ｃｍの範
囲内、その厚さが５μｍないし１２μｍの範囲内、第二
導電形ベース領域と第一導電形バッファ領域の距離が３
０μｍ以上であり、バッファ領域の表面不純物濃度が６
×１０16ｃｍ-3以上にされたことが良い。
は３０μｍ、ｎ型ベース層３の厚さおよび比抵抗は１０
μｍおよび２０Ω・ｃｍである。またはり合わせ基板の
酸化膜２の厚さは２μｍである。本発明により、素子構
造における何らの改良を施すことなく、上記素子条件で
耐圧２５０Ｖの横型ＩＧＢＴを達成することができる。
加した場合の素子内部における等電位線２１の拡がりを
示している。はり合わせ基板上に形成された横型ＩＧＢ
Ｔでは、はり合わせ基板以外の基板上に形成された素子
と等電位線の分布が大きく異なる。通常、高耐圧素子に
高電圧を印加した場合、ｐベース層４とｎベース層３の
接合２２を中心として空乏層が拡がっていく。しかし、
はり合わせ基板上に形成された素子では、空乏層はｐベ
ース層４とｎベース層３の接合２２と、はり合わせ基板
の絶縁用酸化膜２とｎベース層３の界面２３の２個所か
ら矢印３１、３２のように拡がる。これらの空乏層は低
電圧の時は個別に拡がっていくが、両者の広がりが一致
した後は、図２に示すようにはり合わせ基板の酸化膜２
とｎバッファ層１１の間の領域に矢印３３のように拡が
っていく。したがって、ｎベース層３が薄くなるほど、
この領域における高電圧状態での等電位線２１の集中が
大きくなる。もしｎバッファ層１１の濃度が低いと、空
乏層がｎバッファ層１１領域を進行し、パンチスルーが
発生しやすくなり素子耐圧の低下を招く。
次元のデバイスシミュレーションで確認したものであ
る。素子構造は図１と同一であり、ｎバッファ層１１の
表面不純物濃度は３×１０16ｃｍ-3である。印加電圧は
２１０Ｖ、等電位線１８の間隔は７Ｖである。このシミ
ュレーションの結果は図２についての上記の説明と一致
している。
ァ層１１の表面不純物濃度を変化させた時の耐圧変化を
シミュレーションした結果である。ｎバッファ層１１の
不純物濃度の増加とともに耐圧は上昇し、６×１０16ｃ
ｍ-3でほぼ飽和し始めている。これは、ｎバッファ層表
面不純物濃度の増加により、この領域でのパンチスルー
が抑止されたためである。
物濃度を最適化することにより、薄い第一導電形半導体
層に形成された横型ＩＧＢＴの高耐圧化を達成できる。
５０Ｖの場合の実施例について述べる。ドリフト長Ｌは
３０μｍ、ｎベース層３の厚さは１０μｍ、抵抗率は２
０Ω・ｃｍである。図５は、ｎバッファ層１１の表面不
純物濃度を３×１０16ｃｍ -3、４×１０16ｃｍ-3、８×
１０16ｃｍ-3としたときの耐圧の実測データであり、図
４のシミュレーションの結果通り、横型ＩＧＢＴの耐圧
はｎバッファ層１１の表面不純物濃度の増加とともに増
加している。目標耐圧は２５０Ｖであるので、ｎバッフ
ァ層の表面不純物濃度は６×１０16ｃｍ-3以上必要であ
る。このように、同一素子構造においても、ｎバッファ
層１１の表面不純物濃度を増加させることによって素子
耐圧を大幅に向上させることができる。
面濃度が３×１０16ｃｍ-3と８×１０16ｃｍ-3の場合の
耐圧波形を示す。両者を比較すると、図６の３×１０16
ｃｍ -3では波形がソフトであり、２００Ｖ近傍からなだ
らかに電流が増加している。これは明らかにパンチスル
ーによるものである。一方、図７の８×１０16ｃｍ-3で
は２８０Ｖ近傍で電流が急激に流れ、その波形もシャー
プである。これはアバランシェによる電流の増加であ
る。
を８×１０16ｃｍ-3とすることにより、十分に２５０Ｖ
の目標耐圧を達成できた。
物濃度を高くすることで、空乏層がバッファ層内に進行
してパンチスルーが発生するのを抑制し、素子構造を複
雑にすることなく、薄い半導体層に高耐圧の横型ＩＧＢ
Ｔを形成することが可能になった。これにより、トレン
チ形成による誘電体分離技術を適用する薄いはり合わせ
基板を使用する場合、基板作成に要する時間とコストを
短縮することができる。また薄いはり合わせ基板に横型
ＩＧＢＴを形成することで、絶縁分離層の幅を狭くで
き、素子の集積度が向上する。
断面図
等電位線の分布を示す断面図
ＧＢＴの等電位線の分布図
ァ層表面不純物濃度と横型ＩＧＢＴ耐圧との関係線図
測値の関係線図
-3の横型ＩＧＢＴの電圧・電流特性線図
-3の本発明の一実施例の横型ＩＧＢＴの電圧・電流特性
線図
Claims (2)
- 【請求項１】支持半導体基板状に絶縁層を介してはり合
わされた第一導電形半導体層と、その半導体層の表面層
に所定の距離を離して選択的に形成された第二導電形ベ
ース領域および第一導電形バッファ領域と、第二導電形
ベース領域の表面層の選択的に形成された第一導電形ソ
ース領域と、バッファ領域の表面層に選択的に形成され
た第二導電形コレクタ領域と、ソース領域と第一導電形
半導体層の露出部にはさまれた第二導電形ベース領域の
表面上にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極
と、第二導電形ベース領域およびソース領域に共通に接
触するエミッタ電極と、コレクタ領域に接触するコレク
タ電極とを備え、前記コレクタ電極に電圧を印加した場
合に前記支持半導体基板上の絶縁層と第一導電形半導体
層との界面から空乏層によって第一導電形半導体層内の
等電位線の分布が影響を受ける横型絶縁ゲート型バイポ
ーラトランジスタにおいて、 前記第一導電形バッファ領域内でのパンチスルーを抑止
させるべく、前記第一導電形バッファ領域の不純物濃度
を第一導電形半導体層の不純物濃度よりも高くした こと
を特徴とする横型絶縁ゲート型バイポーラトランジス
タ。 - 【請求項２】所期の耐圧が２５０Ｖ以上で、第一導電形
半導体層の抵抗率が１０Ω・ｃｍから４０Ω・ｃｍの範
囲内、その厚さが５μｍないし１２μｍの範囲内、第二
導電形ベース領域と第一導電形バッファ領域の距離が３
０μｍ以上であり、バッファ領域の表面不純物濃度が６
×１０ 16 ｃｍ -3 以上にされた請求項１記載の横型絶縁ゲ
ート型バイポーラトランジスタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06052390A JP3106844B2 (ja) | 1994-03-24 | 1994-03-24 | 横型絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06052390A JP3106844B2 (ja) | 1994-03-24 | 1994-03-24 | 横型絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07263666A JPH07263666A (ja) | 1995-10-13 |
| JP3106844B2 true JP3106844B2 (ja) | 2000-11-06 |
Family
ID=12913483
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06052390A Expired - Lifetime JP3106844B2 (ja) | 1994-03-24 | 1994-03-24 | 横型絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3106844B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19750992A1 (de) * | 1997-11-18 | 1999-06-02 | Bosch Gmbh Robert | Halbleiterbauelement |
| JP5191132B2 (ja) * | 2007-01-29 | 2013-04-24 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置 |
-
1994
- 1994-03-24 JP JP06052390A patent/JP3106844B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07263666A (ja) | 1995-10-13 |
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