JP3135762B2 - 半導体集積回路装置 - Google Patents

半導体集積回路装置

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JP3135762B2 JP05272478A JP27247893A JP3135762B2 JP 3135762 B2 JP3135762 B2 JP 3135762B2 JP 05272478 A JP05272478 A JP 05272478A JP 27247893 A JP27247893 A JP 27247893A JP 3135762 B2 JP3135762 B2 JP 3135762B2
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  • Bipolar Transistors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は半導体集積回路装置に
係わり、特にスイッチングスピ−ドの異なる素子どうし
を1つのチップに集積した半導体集積回路装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、パワ−MOSやIGBTなどの大
電力用の個別半導体装置においては、キャリアライフタ
イムを制御することによって、スイッチングスピ−ドを
高める操作が行われている。この操作は、一般にライフ
タイムコントロ−ルと呼ばれる技術である。その詳細
は、重金属を基板中に拡散させることで、生成再結合中
心を基板中に多数作り、過剰な少数キャリアの消滅速度
を速めることで、スイッチングスピ−ドを高める、とい
うものである。
【0003】この方法では、生成再結合中心が基板中に
ほぼ一様に発生され、また、1つのチップ中に形成され
た全ての素子において、そのキャリアライフタイムが同
時に短くされる。
【0004】ところで、上記ライフタイムコントロ−ル
技術には、スイッチングスピ−ドが高まる、という利点
こそあるが、その反面、電流容量が低下する、という問
題がある。即ち、生成再結合中心が形成されることによ
って、多数キャリアの消滅速度も速められるからであ
る。
【0005】このようにスイッチングスピ−ドの高速化
と、電流容量の確保あるいは向上とは、トレ−ドオフの
関係にあり、これらを同時に満足させることは、現状、
大変困難なことである。
【0006】近時、半導体集積回路装置の分野において
は、大電力用の素子と、その素子を駆動、あるいは制御
する回路を構成する素子とを、1チップに集積しようと
する動きがある。一般にIPD(Intelligent Power Dev
ice)と呼ばれる集積回路装置である。
【0007】この種の装置では、1チップ上に、スイッ
チングスピ−ドを高速化させたい素子、即ちパワ−系素
子がある反面、電流容量を確保あるいは向上させたい素
子、即ちロジック系素子もある。
【0008】しかしながら、そのような半導体集積回路
装置において、ある素子におけるスイッチングスピ−ド
の高速化の要求と、他の素子における電流容量の確保の
要求とを、同時に満足できる技術は、今日まで報告され
ていない。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】この発明は上記の点に
鑑み為されたもので、その目的は、ある素子におけるス
イッチングスピ−ドの高速化の要求と、他の素子におけ
る電流容量の確保の要求とを、同時に満足できる半導体
集積回路装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明に係る半導体集積回路装置では、半導体基
体中に、電流経路を基板中の深い領域に設定した第1の
素子と、電流経路を基板中の浅い領域に設定した第2の
素子とを設け、前記深い領域に、生成再結合中心層を設
けたことを特徴としている。
【0011】
【作用】上記構成の半導体集積回路装置によれば、深い
領域に電流経路を有する第1の素子と、浅い領域に電流
経路を有する第2の素子とを同一基板中に設け、かつ深
い領域に生成再結合中心層を設けることで、第1の素子
ではスイッチングスピ−ドの高速化の要求を満足でき
る。その一方、第2の素子は浅い領域に電流経路を有す
るので、その電流は生成再結合中心層を介することがな
い。よって、電流容量確保の要求を満足できる。
【0012】
【実施例】以下、図面を参照してこの発明を実施例によ
り説明する。この説明において全図にわたり共通の部分
には共通の参照符号を付すことで重複する説明を避ける
ことにする。
【0013】図1は、この発明の第1の実施例に係る半
導体集積回路装置の断面図である。図1には、この発明
を具現化する装置としてIPDが示されている。IPD
は、従来、個別半導体装置により生産されていたパワ−
MOSやIGBT、あるいはダイオ−ドなどの素子(本
明細書では、これらの素子をパワ−系素子と称する)
と、その素子を駆動、あるいは制御する回路を構築する
ためのMOSFET、あるいはバイポ−ラトランジスタ
などの素子(本明細書では、これらの素子をロジック系
素子と称する)とを、1つのチップ中に組み込んだもの
であり、半導体集積回路装置の一種である。
【0014】IPDでは、消費電力の観点から、パワ−
系素子にスイッチングスピ−ドの高速化が要求されると
同時に、駆動回路、あるいは制御回路などを構成すると
いう観点から、ロジック系素子に充分な駆動能力、ある
いは充分な電流容量の確保が要求される。
【0015】以下、図1に示される構成について説明す
る。図1に示すように、半導体基体1は、P型シリコン
基板2と、この基板2上に形成されたN型エピタキシャ
ルシリコン層3と、N型エピタキシャルシリコン層3の
主表面8から基板2に達するまで形成され、N型エピタ
キシャルシリコン層3をN型島状領域5および6に分離
するP型シリコン領域4とを含む。
【0016】N型島状領域5中には上記パワ−系素子7
が形成されている。パワ−系素子7の電流経路Aは、N
型島状領域5中から基板2中に及んで設定され、その電
流経路Aは上記主表面8からみて基体1の深い領域に達
する。
【0017】また、N型島状領域6中には上記ロジック
系素子9が形成されている。ロジック系素子9の電流経
路Bは、N型島状領域6中のみに設定され、その電流経
路Bは上記主表面8からみて基体1の浅い領域に滞ま
る。
【0018】また、基板2中には、上記パワ−系素子7
がその電流経路とする基体1の深い領域に対応して生成
再結合中心層10が設けられている。生成再結合中心層
10は、基体1のうち上記深い領域のみに形成されるよ
うに、基板2中に層状に設けられる。このような層状の
生成再結合中心層10を形成するためには、重金属拡散
法や電子線照射法は使えない。これらの方法は、基体1
の全体に生成再結合中心を作ってしまうからである。
【0019】そこで、比較的重い粒子(例えば陽子やヘ
リウム原子核など)を照射する方法を用いる。この方法
であると、重い粒子を、その打ち込みエネルギに応じ
て、基体1における所望の深さの位置に停止させること
ができる。この停止した領域の近辺には結晶欠陥が発生
し、この欠陥が生成再結合中心となる。この種の欠陥
は、基体1中(図中では基体2中)に層状に発生される
ため、図1に示すような、層状の生成再結合中心層10
を形成することができる。
【0020】また、重い粒子を照射する方法では、その
粒子の通過領域に比較的結晶欠陥が発生しないことが知
られている。従って、重い粒子を、上記主表面8側から
基体1中に照射しても構わない。しかしながら、ロジッ
クICも形成されている観点から、このロジックICへ
の影響を考慮して、裏面11側から基体1中に重い粒子
を照射することが望ましい。
【0021】次に、この発明に好ましい構造を有するパ
ワ−系素子、およびロジック系素子の例について説明す
る。図2はパワ−系素子を示す図で、(a)図は横型二
重拡散MOSFET(パワ−MOS)の断面図、(b)
図は横型絶縁ゲ−トバイポ−ラトランジスタ(ラテラル
IGBT)の断面図、(c)図はダイオ−ドの断面図で
ある。
【0022】また、図3はロジック系素子を示す図で、
(a)図は縦型NPNバイポ−ラトランジスタの断面
図、(b)図は横型PNPバイポ−ラトランジスタの断
面図、(c)図はPチャネル型MOSFETの断面図、
(d)図はNチャネル型バイポ−ラトランジスタの断面
図である。
【0023】まず、パワ−系素子、即ちパワ−MOSか
ら説明する。図2(a)に示すように、N型エピタキシ
ャルシリコン層3中には、P型シリコン基板2に達す
る、高濃度の深いP+ 型拡散層21と、このP+ 型拡散
層21に接するP+ 型拡散層22とが形成されている。
+ 型拡散層22中には、パワ−MOSのソ−スとして
機能する高濃度N+ 型拡散層23が形成されている。N
+ 型拡散層23とN型エピタキシャルシリコン層3との
間に存在するP+ 型拡散層22上にはゲ−ト絶縁膜を介
して、ゲ−ト電極(GP )が形成されている。
【0024】さらに、N型エピタキシャルシリコン層3
中には、これらの拡散層21、22および23と離間し
てP型シリコン基板2に達する、高濃度の深いN+ 型拡
散層25が形成されている。N+ 型拡散層25中には、
さらに高濃度のN+ 型コンタクト拡散層26が形成され
ている。
【0025】N型エピタキシャルシリコン層3の表面上
には、シリコン酸化膜(SiO2 )などの絶縁膜27が
形成されている。この絶縁膜27中には、拡散層21、
22および23に通じる第1のコンタクト孔が形成され
ている。ソ−ス(SP )電極配線28は、第1のコンタ
クト孔を介して拡散層21、22および23に電気的に
接続されている。
【0026】さらに絶縁膜27中には、コンタクト拡散
層26に通じる第2のコンタクト孔が形成されている。
ドレイン(DP )電極配線29は、第2のコンタクト孔
を介してコンタクト拡散層26に電気的に接続されてい
る。
【0027】次に、上記構成のパワ−MOSの動作状態
について説明する。まず、オン状態では、ドレイン(D
P )が高電位で、ソ−ス(SP )が低電位となってい
る。さらにゲ−ト電極(GP )は高電位となっており、
その下のP+型拡散層22中にはチャネルが形成されて
いる。従って、このチャネルを介してソ−ス(SP )か
らドレイン(DP )へ電子eが流れる。
【0028】さらに上記オン状態からオフ状態へ切り替
わった直後においては、ソ−ス(SP )にアノ−ドを接
続し、ドレイン(DP )にカソ−ドを接続したダイオ−
ドがオンする。即ち、P+ 型拡散層21〜P型シリコン
基板2〜N+ 型拡散層25、並びに26の経路で電流が
流れる。このダイオ−ドはリカバリダイオ−ド(FR
D)と呼ばれ、オフした直後において、ソ−ス(SP
に蓄積されているキャリアを放出させるものである。パ
ワ−MOSでは、このFRDに、寄生ダイオ−ド構造が
利用されている。即ちP型シリコン基板2、並びにP+
型拡散層21および22をアノ−ドとし、N+ 型拡散層
25をカソ−ドとする寄生ダイオ−ド構造である。
【0029】図2(a)に示す寄生型FRDでは、ホ−
ルhが多数キャリアとなっている。しかし、P型シリコ
ン基板2中には、N+ 型拡散層25などから少数キャリ
アである電子eが注入される。少数キャリア(電子e)
は、FRDの動作速度を遅くする。
【0030】しかしながら、寄生型FRDの電流経路で
あるP型シリコン基板2中には、生成再結合中心層10
が形成されているので、少数キャリア(電子e)の消滅
速度が速まる。よって、寄生型FRDの動作速度は高速
化される。この寄生型FRDの動作速度が向上されるこ
とによって、パワ−MOSは、オン状態からオフ状態
に、瞬時に切り替わることができ、そのスイッチングス
ピ−ドが高速化される。この時、図1に示すように、同
一基体1上に形成されているロジック系素子9では、そ
の電流経路が生成再結合中心層10を介さないので、そ
の電流容量が低下することはない。
【0031】次に、ラテラルIGBTについて説明す
る。図2(b)に示すように、N型エピタキシャルシリ
コン層3中には、P型シリコン基板2に達する、高濃度
の深いP+ 型拡散層31と、このP+ 型拡散層31に接
するP+ 型拡散層32とが形成されている。P+ 型拡散
層32中には、ラテラルIGBTのソ−スとして機能す
る高濃度N+ 型拡散層33が形成されている。N+ 型拡
散層33とN型エピタキシャルシリコン層3との間に存
在するP+ 型拡散層32上にはゲ−ト絶縁膜を介して、
ゲ−ト電極(GI )が形成されている。
【0032】さらに、N型エピタキシャルシリコン層3
中には、これらの拡散層31、32、33と離間してP
型シリコン基板2に達する、高濃度の深いN+ 型拡散層
35が形成されている。N+ 型拡散層35中には、ラテ
ラルIGBTのコレクタとして機能する高濃度のN+
拡散層36が形成されている。
【0033】N型エピタキシャルシリコン層3の表面上
には、シリコン酸化膜(SiO2 )などの絶縁膜27が
形成されている。この絶縁膜27中には、拡散層31、
32および33に通じる第1のコンタクト孔が形成され
ている。エミッタ(EI )電極配線38は、第1のコン
タクト孔を介して拡散層31、32および33に電気的
に接続されている。
【0034】さらに絶縁膜27中には、N+ 型拡散層3
6に通じる第2のコンタクト孔が形成されている。コレ
クタ(CI )電極配線39は、第2のコンタクト孔を介
してN+ 型拡散層36に電気的に接続されている。
【0035】次に、上記構成のラテラルIGBTの動作
状態について説明する。コレクタ(CI )が高電位、お
よびエミッタ(EI )が低電位となった状態で、ゲ−ト
(GI )に、高電位を印加する。このようにすると、ゲ
−ト(GI )下のP+ 型拡散層32中にチャネルが形成
され、このチャネルを介して特にP+ 型拡散層35に向
かって電子eが流れる。この電子eの流れは、P型ベ−
スへの電子注入現象を誘発する。このために、N+ 型拡
散層36をコレクタとし、N型シリコン基板2をエミッ
タとしたバ−ティカル型NPNバイポ−ラトランジスタ
がオンする。これにより、N型シリコン基板2中へはホ
−ルhの注入が開始され、IGBTがオンする。即ち、
+ 型拡散層36〜N+ 型拡散層35〜P型シリコン基
板2〜P+ 型拡散層31の経路で電流が流れる。
【0036】図2(b)に示すIGBTでは、ホ−ルh
が多数キャリアとなっている。そして、上記寄生型FR
Dと同様に、N+ 型拡散層35などからP型シリコン基
板2中へ、少数キャリアである電子eの注入が起こる。
少数キャリア(電子e)は、IGBTの動作速度を遅く
する。
【0037】しかし、このIGBTにおいても、P型シ
リコン基板2中に、生成再結合中心層10を設けること
によって、少数キャリア(電子e)の消滅速度が速まる
ために、IGBTの動作速度は高速化される。この時、
パワ−MOSの時と同様、同一基体1上に形成されてい
るロジック系素子9では、その電流容量が低下すること
はない。
【0038】次に、ダイオ−ドについて説明する。図2
(c)に示すように、N型エピタキシャルシリコン層3
中には、P型シリコン基板2に達する、高濃度の深いP
+ 型拡散層41が形成されている。
【0039】さらに、N型エピタキシャルシリコン層3
中には、拡散層41と離間してP型シリコン基板2に達
する、高濃度の深いN+ 型拡散層45が形成されてい
る。N型エピタキシャルシリコン層3の表面上には、シ
リコン酸化膜(SiO2 )などの絶縁膜27が形成され
ている。この絶縁膜27中には、拡散層41に通じる第
1のコンタクト孔が形成されている。アノ−ド(AD
電極配線48は、第1のコンタクト孔を介して拡散層4
1に電気的に接続されている。
【0040】さらに絶縁膜27中には、N+ 型拡散層4
5に通じる第2のコンタクト孔が形成されている。カソ
−ド(KD )電極配線49は、第2のコンタクト孔を介
してN+ 型拡散層45に電気的に接続されている。
【0041】次に、上記構成のダイオ−ドの動作につい
て説明する。アノ−ド(AD )が高電位、カソ−ド(K
D )が低電位となった時、P型エピタキシャルシリコン
層2およびP+ 型拡散層41と、特にN+ 型拡散層45
とが順方向にバイアスされ、P+ 型拡散層41〜P型シ
リコン基板2〜N+ 型拡散層45の経路で電流が流れ
る。
【0042】図2(c)に示すダイオ−ドでは、ホ−ル
hが多数キャリアとなっている。そして、上記寄生型F
RDと同様に、N+ 型拡散層45などからP型シリコン
基板2中へ、少数キャリアである電子eの注入が起こ
る。少数キャリア(電子e)は、ダイオ−ドの動作速度
を遅くする。
【0043】しかし、このダイオ−ドにおいても、P型
シリコン基板2中に、生成再結合中心層10を設けるこ
とで、少数キャリア(電子e)の消滅速度が速まるため
に、その動作速度は高速化される。もちろんのことなが
ら、パワ−MOSの時と同様、同一基体1上に形成され
ているロジック系素子9では、その電流容量の低下が発
生しない。
【0044】また、図2(c)に示されるダイオ−ド
は、図2(b)に示されるラテラルIGBTとともに同
一基体1上に設けられ、そのリカバリダイオ−ド(FR
D)として用いられる。ラテラルIGBTはパワ−MO
Sと異なり、構造的に寄生型のFRDを持つことができ
ないためである。
【0045】図2(c)に示すダイオ−ドをFRDとし
て用いる場合には、図2(b)に示すIGBTのコレク
タ(CI )にカソ−ド(KD )を内部配線層を用いて接
続し、エミッタ(EI )にアノ−ド(AD )を他の内部
配線層を用いて接続すれば良い。このようにラテラルI
GBTにFRDを接続することで、オン状態における動
作速度だけでなく、オン状態からオフ状態に、瞬時に切
り替わることができ、そのスイッチングスピ−ドをも高
速化できる。また、ラテラルIGBTにFRDを接続し
た場合でも、同一基体1上に形成されているロジック系
素子9では、その電流容量の低下が起こらない。
【0046】次に、ロジック系素子について説明する。
まず、縦型NPNバイポ−ラトランジスタから説明す
る。図3(a)に示すように、P型シリコン基板2とN
型エピタキシャルシリコン層3との界面領域中には、高
濃度のN+ 型埋込拡散層51が形成されている。
【0047】さらにN型エピタキシャルシリコン層3中
には、バイポ−ラトランジスタのベ−ス(BVB)として
機能するP型拡散層52が形成されている。このP型拡
散層52中にはバイポ−ラトランジスタのエミッタ(E
VB)として機能するN+ 型拡散層53が形成されてい
る。
【0048】さらにN型エピタキシャルシリコン層3中
には、拡散層52と離間している高濃度の深いN+ 型コ
ンタクト拡散層54が形成されている。N型エピタキシ
ャルシリコン層3の表面上には、シリコン酸化膜(Si
2 )などの絶縁膜27が形成されている。この絶縁膜
27中には、拡散層53に通じる第1のコンタクト孔が
形成されている。エミッタ(EVB)電極配線56は、第
1のコンタクト孔を介して拡散層53に電気的に接続さ
れている。さらに絶縁膜27中には、拡散層52に通じ
る第2のコンタクト孔が形成されている。ベ−ス
(BVB)電極配線57は、第2のコンタクト孔を介して
拡散層52に電気的に接続されている。さらに絶縁膜2
7中には、拡散層54に通じる第3のコンタクト孔が形
成されている。コレクタ(CVB)電極配線58は、第3
のコンタクト孔を介して拡散層54に電気的に接続され
ている。
【0049】次に、上記構成の縦型バイポ−ラトランジ
スタの動作状態について説明する。コレクタ(CVB)が
高電位、およびエミッタ(EVB)が低電位となった状態
で、ベ−ス(BVB)に電流を供給、即ちP型拡散層52
へホ−ルhを供給し、エミッタ(EVB)〜ベ−ス
(BVB)間が順方向となるようにバイアスする。このよ
うにすると、電子eがN+ 型拡散層53からP型拡散層
52へと流れ、さらにN+型埋込拡散層51へと流れ
る。よって、N+ 型拡散層54〜N+ 型埋込拡散層51
〜P型拡散層52〜N+ 型拡散層53の経路で電流が流
れる。
【0050】図3(a)に示すバイポ−ラトランジスタ
では、電流が、P型シリコン基板2の内部を介すること
なく、N型エピタキシャルシリコン層3中に流れるの
で、生成再結合中心層10によって、その電流容量が低
下することがない。
【0051】次に、横型PNPバイポ−ラトランジスタ
について説明する。図3(b)に示すように、P型シリ
コン基板2とN型エピタキシャルシリコン層3との界面
領域中には、高濃度のN+ 型埋込拡散層61が形成され
ている。
【0052】さらにN型エピタキシャルシリコン層3中
には、バイポ−ラトランジスタのエミッタ(ELB)とし
て機能するP型拡散層62が形成されている。さらにこ
のP型拡散層62から離間し、かつその周囲を取り巻く
ように設けられたP型拡散層63が形成されている。こ
の拡散層63は、バイポ−ラトランジスタのコレクタ
(CLB)として機能する。N+ 型拡散層53が形成され
ている。
【0053】さらにN型エピタキシャルシリコン層3中
には、拡散層62および63と離間している高濃度の深
いN+ 型コンタクト拡散層64が形成されている。N型
エピタキシャルシリコン層3の表面上には、シリコン酸
化膜(SiO2 )などの絶縁膜27が形成されている。
この絶縁膜27中には、拡散層63に通じる第1のコン
タクト孔(例えば円環状)が形成されている。コレクタ
(CLB)電極配線66は、第1のコンタクト孔を介して
拡散層63に電気的に接続されている。さらに絶縁膜2
7中には、拡散層62に通じる第2のコンタクト孔が形
成されている。エミッタ(ELB)電極配線67は、第2
のコンタクト孔を介して拡散層62に電気的に接続され
ている。さらに絶縁膜27中には、拡散層64に通じる
第3のコンタクト孔が形成されている。ベ−ス(BLB
電極配線68は、第3のコンタクト孔を介して拡散層6
4に電気的に接続されている。
【0054】次に、上記構成の横型バイポ−ラトランジ
スタの動作状態について説明する。エミッタ(ELB)が
高電位、コレクタ(CLB)が低電位となった状態で、ベ
−ス(BLB)から電流を抜く。即ちN+ 型拡散層64へ
電子eを供給し、エミッタ(ELB)〜ベ−ス(BLB)間
が逆方向となるようにバイアスする。このようにする
と、ホ−ルhがP+ 型拡散層62からN型エピタキシャ
ルシリコン層3へと流れ、さらにP+ 型埋込拡散層63
へと流れる。よって、P+ 型拡散層62〜N型エピタキ
シャルシリコン層3〜P+ 型拡散層63の経路で電流が
流れる。
【0055】図3(b)に示すバイポ−ラトランジスタ
においても、図3(a)に示すトランジスタと同様、そ
の電流は、P型シリコン基板2の内部を介することな
く、N型エピタキシャルシリコン層3中を流れる。よっ
て、生成再結合中心層10に起因した電流容量の低下は
起こらない。
【0056】次に、Pチャネル型MOSFETについて
説明する。図3(c)に示すように、N型エピタキシャ
ルシリコン層3中には、MOSFETのソ−ス(SPM
として機能するP型拡散層71が形成されている。さら
にMOSFETのドレイン(DPM)として機能するP型
拡散層72が、拡散層71から離間して形成されてい
る。拡散層71と層72との間に存在するN型エピタキ
シャルシリコン層3上にはゲ−ト絶縁膜を介して、ゲ−
ト電極(GPM)が形成されている。
【0057】N型エピタキシャルシリコン層3の表面上
には、シリコン酸化膜(SiO2 )などの絶縁膜27が
形成されている。この絶縁膜27中には、拡散層71に
通じる第1のコンタクト孔が形成されている。ソ−ス
(SPM)電極配線74は、第1のコンタクト孔を介して
拡散層71に電気的に接続されている。
【0058】さらに絶縁膜27中には、拡散層72に通
じる第2のコンタクト孔が形成されている。ドレイン
(DPM)電極配線75は、第2のコンタクト孔を介して
拡散層72に電気的に接続されている。
【0059】次に、上記構成のMOSFETの動作状態
について説明する。ソ−ス(SPM)が高電位、ドレイン
(DPM)が低電位となった状態で、ゲ−ト(GPM)に、
低電位を印加する。このようにすると、ゲ−ト(GPM
下のN型エピタキシャルシリコン層3中にチャネルが形
成され、このチャネルを介して拡散層71から拡散層7
2に向かってホ−ルhが流れる。
【0060】このように、バイポ−ラトランジスタと同
様、電流は、P型シリコン基板2の内部を介することな
く流れるので、生成再結合中心層10による電流容量の
低下は発生しない。
【0061】次に、Nチャネル型MOSFETについて
説明する。図3(d)に示すように、N型エピタキシャ
ルシリコン層3中には、P型ウェル領域81が形成され
ている。このウェル領域81中には、MOSFETのソ
−ス(SNM)として機能するN型拡散層82が形成され
ている。さらにMOSFETのドレイン(DNM)として
機能するN型拡散層83が、拡散層82から離間して形
成されている。拡散層82と層83との間に存在するP
型ウェル領域81上にはゲ−ト絶縁膜を介して、ゲ−ト
電極(GNM)が形成されている。
【0062】N型エピタキシャルシリコン層3の表面上
には、シリコン酸化膜(SiO2 )などの絶縁膜27が
形成されている。この絶縁膜27中には、拡散層72に
通じる第1のコンタクト孔が形成されている。ソ−ス
(SNM)電極配線85は、第1のコンタクト孔を介して
拡散層82に電気的に接続されている。
【0063】さらに絶縁膜27中には、拡散層83に通
じる第2のコンタクト孔が形成されている。ドレイン
(DNM)電極配線86は、第2のコンタクト孔を介して
拡散層83に電気的に接続されている。
【0064】次に、上記構成のMOSFETの動作状態
について説明する。ドレイン(DNM)が高電位、ソ−ス
(SNM)が低電位となった状態で、ゲ−ト(GNM)に、
高電位を印加する。このようにすると、ゲ−ト(GNM
下のP型ウェル領域81中にチャネルが形成され、この
チャネルを介して拡散層82から拡散層83に向かって
電子eが流れる。
【0065】このように、バイポ−ラトランジスタと同
様、電流は、P型シリコン基板2の内部を介することな
く流れるので、生成再結合中心層10による電流容量の
低下は発生しない。
【0066】図4は、図1を、より具体化した例を示す
断面図である。図4に示す断面を有する装置では、パワ
−系素子としてダイオ−ドが用いられ、ロジック系素子
として縦型NPNバイポ−ラトランジスタが用いられて
いる。
【0067】また、パワ−系素子とロジック系素子とを
分離するためのP型シリコン領域4は、基体1の主表面
8、即ちN型エピタキシャルシリコン層3の表面からP
型不純物を拡散することで得た拡散層となっている。
【0068】次に、この発明の第2の実施例について説
明する。図5は、この発明の第2の実施例に係る半導体
集積回路装置の断面図である。第1の実施例では、N型
エピタキシャルシリコン層3中に、P型シリコン領域4
をP型シリコン基板2に達するまで形成することで、N
型エピタキシャルシリコン層3のみをPN接合分離する
ようにした。
【0069】これを、図5に示すように、P型シリコン
層102とN型シリコン層103とで成る積層構造部
を、誘電体領域12によって分離するようにしても良
い。P型シリコン層102は、図1に示すP型シリコン
基板2に対応する領域である。よって、ここには、生成
再結合中心層10が形成されている。また、N型シリコ
ン層103は、図1に示すN型エピタキシャルシリコン
層3に対応する領域である。
【0070】このように、パワ−系素子とロジック系素
子とを、特に生成再結合中心層10が形成されたP型シ
リコン層102とともに分離することで、第1の実施例
に比較して、双方を絶縁する絶縁能力をより強化するこ
とができる。
【0071】図6は、図5を、より具体化した例を示す
断面図である。図6に示す断面を有する装置では、完全
誘電体分離基板が用いられている。この種の基板は、E
PIC方式ともよばれる(EPIC:Epitaxial Passiv
atedIntegrated Circuit,米国モトロ−ラ社登録商
標)。
【0072】即ち、先尖の断面を有した分離用突起部を
有する支持用ポリシリコン基体101を持ち、その分離
用突起部により囲まれた領域中に、P型シリコン層10
2とN型シリコン層103とで成る積層構造部を形成し
たものである。なお、支持用ポリシリコン基体101の
表面上にはシリコン酸化膜(SiO2 )104が形成さ
れており、このシリコン酸化膜104が、図5に示す誘
電体領域12として機能する。
【0073】また、この例では、パワ−系素子としてパ
ワ−MOSが用いられ、ロジック系素子として縦型NP
Nバイポ−ラトランジスタが用いられている。図7は、
図5を、より具体化した他の例を示す断面図である。
【0074】図7に示す断面を有する装置では、誘電体
分離積層基板が用いられている。この基板は、SDB
(Silicon wafer Direct Bonding)型とも呼ばれる。即
ち、第1のシリコン基板151の表面を熱酸化、あるい
はその表面に二酸化シリコンを堆積することで、基板1
51の表面上にシリコン酸化膜(SiO2 )152を形
成する。この後、酸化膜152上に、P型シリコン基板
2を接着する。次いで、そのシリコン基板2の上にN型
エピタキシャルシリコン層3を形成する。この後、N型
エピタキシャルシリコン層3およびP型シリコン基板2
を貫通し、酸化膜152に達する溝を形成する。この溝
は平面から見て格子状とされ(図示せず)、シリコン基
板2とシリコン層3との積層構造でなる島状領域を画定
する。次いで、溝の内部に露呈したシリコン基板2、並
びにシリコン層3の側面を熱酸化、あるいはその側面に
二酸化シリコンを堆積することで、溝の側面上にシリコ
ン酸化膜(SiO2 )153を形成する。この後、溝の
内部を、ポリシリコンなどで埋め込む。この例では、シ
リコン酸化膜153などが、図5に示す誘電体領域12
として機能する。
【0075】また、この例では、パワ−系素子としてパ
ワ−MOSが用いられ、ロジック系素子として縦型NP
Nバイポ−ラトランジスタが用いられている。このよう
に、誘電体分離型の基板を用いることも可能である。
【0076】さらに特に第2の実施例では、生成再結合
中心層10を形成するための方法として、重い粒子の照
射の他、以下のような方法を用いることができる。即
ち、基板形成工程で、P型シリコン基板2、あるいはP
型シリコン層102に欠陥を入れておく方法である。こ
こで、欠陥を入れる方法として、高濃度のイオン照射
で、濃い不純物層を形成することが挙げられる。
【0077】この場合、不純物層は、重い粒子の照射と
比較して、ごく表面にしか形成することができない。図
6に示す例に上記不純物層を形成した場合には、その不
純物層は、シリコン酸化膜104に沿った島状領域の底
面部と斜面部に形成される。また、図7に示す例では、
その不純物層は、酸化膜152に沿った基板2の底面部
に形成される。
【0078】このように高濃度のイオン照射で、濃い不
純物層を形成した場合、パワ−系素子では、その電流経
路が、濃い不純物層を介するように形成する。また、ロ
ジック系素子では、その電流経路が、濃い不純物層を介
さないように形成する。
【0079】上記実施例に係る半導体集積回路装置によ
れば、図2(a)〜(c)を参照して説明した深い領域
に電流経路を有する素子のいずれかを、図1あるいは図
5に示すパワ−系素子に用いると同時に、図3(a)〜
(d)を参照して説明した浅い領域に電流経路を有する
素子のいずれかを、図1あるいは図5に示すロジック系
素子に用いる。そして、深い領域に、生成再結合中心層
10を設けることで、スイッチング速度が高速化された
素子と、電流容量が確保された素子とを、1つの半導体
チップ中に、同時に得ることができる。
【0080】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、ある素子におけるスイッチングスピ−ドの高速化の
要求と、他の素子における電流容量の確保の要求とを同
時に満足できる半導体集積回路装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1はこの発明の第1の実施例に係る半導体集
積回路装置を概略的に示した断面図。
【図2】図2は図1に示すパワ−系素子に好適な素子を
示す図で、(a)図は二重拡散型MOSFETの断面
図、(b)図は横型IGBTの断面図、(c)図はダイ
オ−ドの断面図。
【図3】図3は図1に示すロジック系素子に好適な素子
を示す図で、(a)図は縦型NPNバイポ−ラトランジ
スタの断面図、(b)図は横型PNPバイポ−ラトラン
ジスタの断面図、(c)図はPチャネル型MOSFET
の断面図、(d)図はNチャネル型MOSFETの断面
図。
【図4】図4は図1に示す半導体集積回路装置をより具
体化した例の断面図。
【図5】図5はこの発明の第2の実施例に係る半導体集
積回路装置を概略的に示した断面図。
【図6】図6は図5に示す半導体集積回路装置をより具
体化した例の断面図。
【図7】図7は図5に示す半導体集積回路装置をより具
体化した他の例の断面図。
【符号の説明】
1…半導体基体、2…P型シリコン基板、3…N型エピ
タキシャルシリコン層、4…P型シリコン領域、5…N
型島状領域、6…N型島状領域、7…パワ−系素子、8
…主表面、9…ロジック系素子、10…生成再結合中心
層、11…裏面。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/8234 H01L 27/088

Claims (17)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1導電型の第1の半導体層と、この第
    1の半導体層上に形成された第2導電型の第2の半導体
    層と、この第2の半導体層を少なくとも二つの第1、第
    2の島状領域に分離する分離領域とを含む半導体基体
    と、 前記基体内に形成され、電流経路を前記第1の島状領域
    中および前記第1の半導体層中に設定した第1の素子
    と、 前記基体内に形成され、電流経路を前記第2の島状領域
    中に設定した第2の素子とを具備し、前記第1の素子の電流経路となる前記第1の半導体層中
    、生成再結合中心層を設けたことを特徴とする半導体
    集積回路装置。
  2. 【請求項2】 第1導電型の第1の半導体層と、この第
    1の半導体層上に形成された第2導電型の第2の半導体
    層と、これら第1の半導体層、並びに第2の半導体層に
    より構成される積層半導体構造部を少なくとも二つの第
    1、第2の島状領域に分離する分離領域とを含む半導体
    基体と、 前記基体内に形成され、電流経路を前記第1の島状領域
    中および前記第1の半導体層中に設定した第1の素子
    と、 前記基体内に形成され、電流経路を前記第2の島状領域
    中に設定した第2の素子とを具備し、前記第1の素子の電流経路となる前記第1の半導体層中
    、生成再結合中心層を設けたことを特徴とする半導体
    集積回路装置。
  3. 【請求項3】 半導体基体と、 半導体基体中に形成され、半導体基体の第1の部分中に
    第1の電流経路を有する第1の素子と、 第1の素子から分離されて半導体基体中に形成され、半
    導体基体の第2の部分中に第2の電流経路を有する第2
    の素子と、 半導体基体の前記第1の部分中に形成された生成再結合
    中心層とを具備している半導体集積回路装置において、 半導体基体は第1の導電型の第1の半導体層と、この第
    1の半導体層の上に形成された第2の導電型の第2の半
    導体層と、第2の半導体層を第1の島状領域と第2の島
    状領域とに絶縁して分離する分離領域とを含み、第1の
    素子は第1の島状領域および第1の半導体層に延在して
    いる第1の電流経路を有し、第2の素子は第2の島状領
    域に延在している第2の電流経路を有し、生成再結合中
    心層は第1の半導体層中に形成されることを特徴とする
    半導体集積回路装置。
  4. 【請求項4】 分離領域は第2の半導体層の主表面から
    第1の半導体に延在する第1の導電型の半導体領域であ
    請求項3に記載の半導体集積回路装置。
  5. 【請求項5】 第1の素子はパワー系素子であり、第2
    の素子はロジック系素子である請求項3に記載の半導体
    集積回路装置。
  6. 【請求項6】 半導体基体と、 半導体基体中に形成され、半導体基体の第1の部分中に
    第1の電流経路を有する第1の素子と、 第1の素子から分離されて半導体基体中に形成され、半
    導体基体の第2の部分中に第2の電流経路を有する第2
    の素子と、 半導体基体の前記第1の部分中に形成された生成再結合
    中心層とを具備している半導体集積回路装置において、 半導体基体は第1の導電型の第1の半導体層と、この第
    1の半導体層上に積層された第2の導電型の第2の半導
    体層と、第1および第2の半導体層の積層構造を第1の
    島状領域および第2の島状領域に絶縁して分離する誘電
    領域とを含み、第1の素子は第1の島状領域中に位置さ
    れた第2および第1の半導体層の部分に延在している第
    1の電流経路を有し、第2の素子は第2の島状領域中に
    位置された第2の半導体層の一部分に延在している第2
    の電流経路を有し、生成再結合中心層は第1および第2
    の島状領域中に位置された第1の半導体層の部分中に形
    成されることを特徴とする半導体集積回路装置。
  7. 【請求項7】 第1の素子はパワー系素子であり、第2
    の素子はロジック系素子である請求項6に記載の半導体
    集積回路装置。
  8. 【請求項8】 半導体基体と、 半導体基体中に形成され、半導体基体の第1の部分中に
    第1の電流経路を有する第1の素子と、 第1の素子から分離されて半導体基体中に形成され、半
    導体基体の第2の部分中に第2の電流経路を有する第2
    の素子と、 半導体基体の前記第1の部分中に形成された生成再結合
    中心層とを具備している半導体集積回路装置において、 前記半導体基体は、第1の半導体基体と、第1の半導体
    基体に形成された第1の絶縁層と、第1の絶縁層を第1
    の半導体基体との間に介在させた状態で第1の半導体基
    体の上に形成された第2の半導体基体と、第2の半導体
    基体を第1の島状領域および第2の島状領域に絶縁して
    分割するトレンチと、トレンチ中に形成された第2の絶
    縁層とを含み、第1の素子は第1の島状領域に形成さ
    れ、第2の素子は第2の島状領域に形成されている半導
    体集積回路装置。
  9. 【請求項9】 第1の島状領域は第1の導電型の第1の
    半導体領域と、第1の半導体領域の上に形成された第2
    の導電型の第2の半導体領域とを含み、第1の素子は第
    1および第2の半導体領域に延在している第1の電流経
    路を有し、第2の島状領域は第1の導電型の第3の半導
    体領域と、第2の導電型の第4の半導体領域とを含み、
    第2の素子は第4の半導体領域に延在している第2の電
    流経路を有し、生成再結合中心層は第1および第3の半
    導体領域中に形成されている請求項8に記載の半導体集
    積回路装置。
  10. 【請求項10】 第1の素子はパワー系素子であり、第
    2の素子はロジック系素子である請求項8に記載の半導
    体集積回路装置。
  11. 【請求項11】 半導体基体と、 半導体基体中に形成され、半導体基体の第1の部分中に
    第1の電流経路を有する第1の素子と、 半導体基体中に形成され、半導体基体の第2の部分中に
    第2の電流経路を有する第2の素子と、 半導体基体中に形成され、第1の素子と第2の素子を互
    いに電気的に分離する分離領域と、 半導体基体の前記第1の部分中に形成された生成再結合
    中心層とを具備している半導体集積回路装置において、 半導体基体は第1の導電型の第1の半導体層と、この第
    1の半導体層上に形成された第2の導電型の第2の半導
    体層と、第2の半導体層を第1の島状領域および第2の
    島状領域に絶縁して分離する分離領域とを含み、第1の
    素子は第1の島状領域および第1の半導体層に延在して
    いる第1の電流経路を有し、第2の素子は第2の島状領
    域に延在している第2の電流経路を有し、生成再結合中
    心層は第1の半導体層中に形成されることを特徴とする
    半導体集積回路装置。
  12. 【請求項12】 第1の素子はパワー系素子であり、第
    2の素子はロジック系素子である請求項11に記載の半
    導体集積回路装置。
  13. 【請求項13】 半導体基体と、 半導体基体中に形成され、半導体基体の第1の部分に第
    1の電流経路を有する第1の素子と、 半導体基体中に形成され、半導体基体の第2の部分に第
    2の電流経路を有する第2の素子と、 半導体基体中に形成され、第1の素子と第2の素子とを
    互いに電気的に絶縁する分離領域と、 半導体基体の前記第1の部分中に形成された生成再結合
    中心層とを具備している半導体集積回路装置において、 半導体基体は第1の導電型の第1の半導体層と、この第
    1の半導体層の上に積層された第2の導電型の第2の半
    導体層と、分離領域は第1および第2の半導体層の積層
    構造を第1の島状領域および第2の島状領域に絶縁して
    分離する誘電領域とを有し、第1の素子は第1の島状領
    域に位置された第2および第1の半導体層の部分に延在
    している第1の電流経路を有し、第2の素子は第2の島
    状領域に位置された第2の半導体層の一部分に延在して
    いる第2の電流経路を有し、生成再結合中心層は第1お
    よび第2の島状領域に位置された第1の半導体層の各部
    分に形成されている半導体集積回路装置。
  14. 【請求項14】 第1の素子はパワー系素子であり、第
    2の素子はロジック系素子である請求項13に記載の半
    導体集積回路装置。
  15. 【請求項15】 半導体基体と、 半導体基体中に形成され、半導体基体の第1の部分中に
    第1の電流経路を有する第1の素子と、 半導体基体中に形成され、半導体基体の第2の部分中に
    第2の電流経路を有する第2の素子と、 半導体基体中に形成され、第1の素子と第2の素子とを
    互いに電気的に分離する分離領域と、 半導体基体の前記第1の部分に形成された生成再結合中
    心層とを具備している半導体集積回路装置において、 半導体基体は第1の半導体基体と、この第1の半導体基
    体の上に形成された第1の絶縁層と、第1の絶縁層が第
    1の半導体基体との間に介在している状態で第1の半導
    体基体の上に形成された第2の半導体基体とを含み、分
    離領域は第2の半導体基体を第1の島状領域と第2の島
    状領域に絶縁的に分離するトレンチを有し、第2の絶縁
    層はトレンチ中に形成され、第1の素子は第1の島状領
    域に形成され、第2の素子は第2の島状領域に形成され
    ている半導体集積回路装置。
  16. 【請求項16】 第1の島状領域は第1の導電型の第1
    の半導体領域と、第1の半導体領域の上に形成された第
    2の導電型の第2の半導体領域とを含み、第1の素子は
    第1および第2の半導体領域に延在している第1の電流
    経路を有し、第2の島状領域は第1の導電型の第3の半
    導体領域と、第3の半導体領域の上方に位置された第2
    の導電型の第4の半導体領域とを含み、第2の素子は第
    4の半導体領域中に延在している第2の電流経路を有
    し、生成再結合中心層は第1および第3の半導体領域中
    に形成されている請求項15に記載の半導体集積回路装
    置。
  17. 【請求項17】 第1の素子はパワー系素子であり、第
    2の素子はロジック系素子である請求項15に記載の半
    導体集積回路装置。
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