JP3248383B2 - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP3248383B2
JP3248383B2 JP2786095A JP2786095A JP3248383B2 JP 3248383 B2 JP3248383 B2 JP 3248383B2 JP 2786095 A JP2786095 A JP 2786095A JP 2786095 A JP2786095 A JP 2786095A JP 3248383 B2 JP3248383 B2 JP 3248383B2
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diode
insulated gate
gate bipolar
bipolar transistor
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宏明 花岡
直樹 桜井
森  睦宏
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304Transistor
    • H01L2924/1305Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H01L2924/13055Insulated gate bipolar transistor [IGBT]

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  • Power Conversion In General (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide an IGBT module which allows low noise and has high breakdown strength. CONSTITUTION:An IGBT module is formed by incorporating the IGBT and a diode in reverse-parallel, the resistivity of the n-layer 1 of the IGBT is permitted to be larger than the resistivity of the n-layer 17 of the diode and the dynamic breakdown strength of the IGBT is permitted to be lower than the static breakdown strength of the diode and IGBT. Since the resistivity of the n-layer 13 of the IGBT is permitted to be lower than the resistivity of the n-layer 17 of the diode and the layers are integrated as the IBGT module, an IGBT jumping-up voltage, which is due to tail. current reduction when the IGBT is turned off with the increased resistivity of the n-layer 13 of the IGBT, and the cell structure are fined, a diode jumping-up voltage is reduced when the IGBT is turned on with a large current change rate. Thus, the IGBT module which does not generate noise with high breakdown strength is provided.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は絶縁ゲートバイポーラト
ランジスタとダイオードを逆並列に接続した半導体装置
(以下IGBTモジュールと記す)に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device in which an insulated gate bipolar transistor and a diode are connected in anti-parallel (hereinafter referred to as an IGBT module).

【0002】[0002]

【従来の技術】パワーエレクトロニクスの発展にともな
い、インバータ装置も高性能化,低騒音化及び小型化が
重要となっている。絶縁ゲートバイポーラトランジスタ
(以下IGBTと記す)はMOSFETの高速性とバイポーラ
トランジスタの高出力特性を兼ね備えた電圧駆動型素子
である。その駆動回路は電流駆動型素子であるバイポー
ラトランジスタに比べ小型化できる。
2. Description of the Related Art With the development of power electronics, it has become important for inverter devices to have higher performance, lower noise and smaller size. An insulated gate bipolar transistor (hereinafter, referred to as an IGBT) is a voltage-driven element having both the high-speed characteristics of a MOSFET and the high output characteristics of a bipolar transistor. The drive circuit can be downsized compared to a bipolar transistor which is a current drive type element.

【0003】このIGBTは、通常IGBTモジュール
の形で使用される。IGBTモジュールは逆並列に接続
したIGBTとダイオードを一つのパッケージ内に組み
込み、外部に電極端子を取り出した半導体装置であり、
インバータ回路等で主に使われる。
[0003] This IGBT is usually used in the form of an IGBT module. The IGBT module is a semiconductor device in which an IGBT and a diode connected in anti-parallel are incorporated in one package, and an electrode terminal is taken out outside.
Mainly used in inverter circuits.

【0004】図3はIGBTモジュールを使ったインバ
ータ回路を示す。図3において100a〜100fはI
GBT、101a〜101fはダイオード、110はモ
ータ、120は電源である。IGBTモジュールとして
は、一つのパッケージ内に、IGBTとダイオードを一
対だけ組み込んだもの、一相分の上アームと下アームを
組み込んだもの、さらに3相分の上アームと下アームを
組み込んだものが有り、用途により使い分けられてい
る。
FIG. 3 shows an inverter circuit using an IGBT module. In FIG. 3, 100a to 100f are I
GBT, 101a to 101f are diodes, 110 is a motor, and 120 is a power supply. IGBT modules include one package that incorporates only one pair of IGBT and diode, one phase that has an upper arm and a lower arm, and three that have an upper arm and a lower arm that have three phases. Yes, depending on the application.

【0005】図3において、IGBTの100aと10
0eをオンすると電源よりIGBT100a,モータ110,IG
BT100eを通って電流が流れる。この時もう一方のアーム
のIGBT100bと100dおよびダイオード101bと10
1dは阻止状態であるから、ダイオードとIGBTは同
等の阻止耐圧が必要である。ここでIGBT100eをオフする
とモータのエネルギーによりそれまでモータに流れてい
た電流はIGBT100a,モータ110,ダイオード101b
を介し還流する。そして再び、IGBT100eをオンするとダ
イオード101bに流れていた電流がIGBT100eに流れ
る。図4はこの時のIGBTモジュールのスイッチング
波形を示したもので、図3の上アームのダイオード10
1bのアノード電流IA とアノード・カソード間電圧V
AKの波形,下アームのIGBT100eのコレクタ電流IC とコ
レクタ・エミッタ間電圧VCEの波形である。IGBTが
オンするとダイオードの電流はオフし、IGBTがオフ
すると再びダイオードに電流が流れる。
In FIG. 3, IGBTs 100a and 10g
When 0e is turned on, IGBT100a, motor 110, IG
Current flows through BT100e. At this time, the IGBTs 100b and 100d and the diodes 101b and
Since 1d is in the blocking state, the diode and the IGBT need to have the same blocking breakdown voltage. When the IGBT 100e is turned off, the current flowing to the motor up to that point by the energy of the motor is reduced to the IGBT 100a, the motor 110, the diode 101b.
To reflux. When the IGBT 100e is turned on again, the current flowing through the diode 101b flows through the IGBT 100e. FIG. 4 shows a switching waveform of the IGBT module at this time.
The anode current I A and the anode-cathode voltage V of 1b
AK waveform, a collector current I C and the waveform of the collector-emitter voltage V CE of IGBT100e the lower arm. When the IGBT is turned on, the current of the diode is turned off. When the IGBT is turned off, a current flows through the diode again.

【0006】インバータ回路の低損失化のためには、I
GBTモジュールの低損失化が必要である。このため近
年、IGBTのスイッチング損失とオン電圧による損失
の低減のための改良が進んでいる。たとえばスイッチン
グ損失の主たる要因となるターンオフでコレクタ電流が
急峻に低下した後なだらかに尾を引くように減少する電
流(以下テール電流と記す)の低減、単位セルを微細化
して同じ面積により多くのセルを集積し単位面積当りの
チャネル幅を増加させてオン電圧を低減させることなど
が知られている。
To reduce the loss of the inverter circuit, I
It is necessary to reduce the loss of the GBT module. Therefore, in recent years, improvements have been made to reduce the switching loss of the IGBT and the loss due to the ON voltage. For example, after the collector current drops sharply at turn-off, which is the main cause of switching loss, the current (hereinafter referred to as the tail current), which gradually decreases in the tail, is reduced. It is known that the on-voltage is reduced by increasing the channel width per unit area by integrating the above.

【0007】上記のような、IGBTの損失低減技術と
しては、例えば特開平4−133355 号に記載のように、I
GBTのnベース層の比抵抗を高くすることが知られて
いる。
As a technique for reducing the loss of the IGBT as described above, for example, as described in Japanese Patent Laid-Open No. 4-133355,
It is known to increase the specific resistance of the n-base layer of the GBT.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】前述したように、IG
BT自体はテール電流の低減,オン電圧の低減によって
低損失化できる。しかし、このような低損失化されたI
GBTをIGBTモジュールに組み込むと、電圧ノイズ
が発生するという問題点が生じる。図4のスイッチング
波形からわかるようにIGBTはターンオフ時に跳上り
電圧を発生しノイズを出している。またダイオードはI
GBTのターンオン時に同様に跳上り電圧を発生しノイ
ズを出している。
As described above, the IG
The BT itself can be reduced in loss by reducing the tail current and the on-voltage. However, such a low-loss I
When the GBT is incorporated in the IGBT module, there is a problem that voltage noise occurs. As can be seen from the switching waveform of FIG. 4, the IGBT generates a jump voltage at the time of turn-off and generates noise. The diode is I
Similarly, when the GBT is turned on, a jump voltage is generated to generate noise.

【0009】IGBTのターンオフ時の跳上り電圧の原
因はターンオフ時におけるコレクタ電流の急峻な減少に
ある。スイッチング損失改善のためテール電流を減少さ
せると、ターンオフ時にコレクタ電流がより急峻に減少
するようになり電流変化率di/dtが増大する。そし
てIGBTモジュール内には必ず配線のインダクタンス
があるために、電流変化率と配線インダクタンスによっ
て跳上り電圧が発生し、電流変化率の増大により跳上り
電圧も増大し電圧ノイズが発生する。
The cause of the jump voltage at the time of turning off the IGBT is a sharp decrease in the collector current at the time of turning off. When the tail current is reduced to improve the switching loss, the collector current decreases more sharply at the time of turn-off, and the current change rate di / dt increases. Since there is always wiring inductance in the IGBT module, a jump voltage is generated by the current change rate and the wiring inductance, and the jump voltage is increased by an increase in the current change rate, thereby generating voltage noise.

【0010】一方ダイオードのリカバリー時のノイズは
IGBTの単位セルの微細化に原因がある。単位セルを
微細化しオン電圧を下げることは同じゲート電圧でより
多くの電流が流せるということであり、このときの相互
コンダクタンスgmは必然的に大きくなる。インバータ
動作中にIGBTがターンオンし、コレクタ電流が増加
するときのdi/dtはgmに比例し、gmが大きいほ
どdi/dtも大きくなる。ここでIGBTのgmが大
きくなると、ターンオン時のdi/dtが大きくなりタ
ーンオン時間は短くなりターンオン損失は低減する。し
かしIGBTのdi/dtが大きくなると対アームのダ
イオードがリカバリーするときのdi/dtも大きくな
る。このdi/dtの増加と配線のインダクタンスによ
ってダイオードの跳上り電圧は増大しノイズ電圧を発生
する。電圧ノイズの発生は素子の耐圧劣化を招き、また
他のアームまたは他の相のIGBTを誤動作させる場合
もあり、IGBTモジュール並びにインバータ等の装置
の信頼性を低下させる。
On the other hand, noise at the time of diode recovery is caused by miniaturization of unit cells of the IGBT. Reducing the size of the unit cell and lowering the on-voltage means that more current can flow at the same gate voltage, and the transconductance gm at this time necessarily increases. When the IGBT is turned on during the operation of the inverter and the collector current increases, di / dt is proportional to gm. As gm increases, di / dt increases. Here, when gm of the IGBT increases, di / dt at turn-on increases, the turn-on time decreases, and the turn-on loss decreases. However, when the di / dt of the IGBT increases, the di / dt when the diode of the opposite arm recovers also increases. The jump voltage of the diode increases due to the increase of di / dt and the inductance of the wiring, and a noise voltage is generated. The generation of the voltage noise causes the breakdown voltage of the element to deteriorate, and also causes the IGBT of another arm or another phase to malfunction, thereby lowering the reliability of the IGBT module and the device such as the inverter.

【0011】本発明は、上述したような問題点を解決す
るためになされたものであり、逆並列に接続されたIG
BTとダイオードの対を有し、電圧ノイズの低減と損失
低減との協調のとれた、低ノイズで破壊耐量の大きい半
導体装置を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and is directed to an IG connected in antiparallel.
It is an object of the present invention to provide a semiconductor device having a pair of a BT and a diode, having low noise and high breakdown strength, in which reduction of voltage noise and reduction of loss are coordinated.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の第1の特徴は、逆並列に接続した少なくとも
一対の絶縁ゲートバイポーラトランジスタとダイオード
を有し、ダイオードのベース層の比抵抗が絶縁ゲートバ
イポーラトランジスタのコレクタ側ベース層の比抵抗よ
りも低く、絶縁ゲートバイポーラトランジスタが導通状
態から阻止状態にスイッチングするときの耐圧が絶縁ゲ
ートバイポーラトランジスタ及びダイオードの阻止状態
の耐圧よりも低いことを特徴とする半導体装置にある。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device having at least a pair of insulated gate bipolar transistors and a diode connected in anti-parallel, and a specific resistance of a base layer of the diode. Is lower than the specific resistance of the collector-side base layer of the insulated gate bipolar transistor, and the withstand voltage when the insulated gate bipolar transistor switches from the conducting state to the blocking state is lower than the withstand voltage of the insulated gate bipolar transistor and the diode in the blocking state. The present invention is a semiconductor device.

【0013】また、本発明の第2の特徴は、少なくとも
一対の絶縁ゲートバイポーラトランジスタとダイオード
を有する半導体装置であって、一対の主表面を有し、そ
の一方の主表面に露出面を有する第1導電型の第1領
域,第1領域に隣接して形成された第1領域より低不純
物濃度の第2導電型の第2領域,第2領域に隣接して形
成され他方の主表面に露出面を有する第2領域より低不
純物濃度の第2導電型の第3領域,第3領域の他方の主
表面部に選択的に形成された第3領域より高不純物濃度
の第1導電型の第4領域,第4領域の他方の主表面側に
選択的に形成され第4領域より高不純物濃度の第2導電
型の第5領域,前記第3領域と第4領域と第5領域の前
記他方の主表面における露出面上に絶縁膜を介して設け
られた絶縁ゲートと,前記第1領域の露出面に低抵抗接
触する第1の主電極と,前記第4領域と第5領域を他方
の主表面上で短絡する第2の主電極を設けた絶縁ゲート
バイポーラトランジスタと,一対の主表面を有し、一方
の主表面に露出面を有する第2導電型の第6領域,第6
領域に隣接して形成され第6領域より低不純物濃度の第
2導電型の第7領域,第7領域に隣接して形成され他方
の主表面に露出面を有する第7領域より高不純物濃度の
第1導電型の第8領域,第6領域に低抵抗接触する第3
の電極、第8領域に低抵抗接触する第4の主電極を設け
たダイオードと、を備え、第1の主電極と第3の主電極
が結線され、第2の主電極と第4の主電極が結線され絶
縁ゲートバイポーラトランジスタの第3領域の比抵抗よ
りダイオードの第7領域の比抵抗の方が低く、絶縁ゲー
トバイポーラトランジスタが導通状態から阻止状態にス
イッチングするときの耐圧が絶縁ゲートバイポーラトラ
ンジスタおよびダイオードの阻止状態の耐圧よりも低い
ことを特徴とする半導体装置にある。
A second feature of the present invention is a semiconductor device having at least a pair of insulated gate bipolar transistors and a diode, the semiconductor device having a pair of main surfaces and having an exposed surface on one of the main surfaces. A first region of one conductivity type, a second region of a second conductivity type having a lower impurity concentration than the first region formed adjacent to the first region, and formed adjacent to the second region and exposed to the other main surface. A third region of a second conductivity type having a lower impurity concentration than the second region having a surface, and a first region of a first conductivity type having a higher impurity concentration than the third region selectively formed on the other main surface portion of the third region. A fourth region, a fifth region of the second conductivity type selectively formed on the other main surface side of the fourth region and having a higher impurity concentration than the fourth region, and the other of the third region, the fourth region, and the fifth region; An insulating gate provided on the exposed surface of the main surface of the An insulated gate bipolar transistor provided with a first main electrode having a low resistance contact with an exposed surface of the first region, and a second main electrode shorting the fourth and fifth regions on the other main surface; A sixth region of a second conductivity type having a pair of main surfaces and an exposed surface on one of the main surfaces;
A seventh region of the second conductivity type formed adjacent to the region and having a lower impurity concentration than the sixth region; and a higher impurity concentration than the seventh region formed adjacent to the seventh region and having an exposed surface on the other main surface. A third region having low resistance contact with the eighth and sixth regions of the first conductivity type;
A first main electrode and a third main electrode are connected to each other, and a second main electrode and a fourth main electrode are connected to each other. The electrode is connected, the specific resistance of the seventh region of the diode is lower than the specific resistance of the third region of the insulated gate bipolar transistor, and the withstand voltage when the insulated gate bipolar transistor switches from the conducting state to the blocking state is insulated. And a lower breakdown voltage than the blocking state of the diode.

【0014】[0014]

【作用】IGBTの構造は図2に示すように、第1領域
11に隣接して第2領域12を形成し、さらに第2領域
12に隣接して第3領域13(コレクタ側ベース層)を
形成し、第3領域13の表面部に第4領域14を選択的
に形成し、さらにこの第4領域14中の表面部に第5領
域15を選択的に形成する。そして第3領域13と第5
領域15により挟まれた第4領域14表面部をチャネル
領域としてこの上部に絶縁膜19、さらにその上部に絶
縁ゲート20を配置し、第4領域14と第5領域15に
共通に接続する第2の主電極21,第1領域11に接続
する第1の主電極22を有する構造となっている。一方
ダイオードの構造は、第6領域16に隣接して第7領域
(ベース層)17を形成し、第7領域17の表面部に第
8領域18を形成し、第6領域16に接続する第3の主
電極23,第8領域18に接続する第4の主電極24を
有する構造を有している。
The structure of the IGBT, as shown in FIG. 2, forms a second region 12 adjacent to the first region 11, and further forms a third region 13 (collector-side base layer) adjacent to the second region 12. The fourth region 14 is selectively formed on the surface of the third region 13, and the fifth region 15 is selectively formed on the surface of the fourth region 14. And the third region 13 and the fifth
The surface of the fourth region 14 sandwiched by the regions 15 is used as a channel region, an insulating film 19 is provided thereon and an insulating gate 20 is further provided thereon, and the second region 14 is commonly connected to the fourth and fifth regions 14 and 15. , And a first main electrode 22 connected to the first region 11. On the other hand, in the structure of the diode, a seventh region (base layer) 17 is formed adjacent to the sixth region 16, an eighth region 18 is formed on the surface of the seventh region 17, and the seventh region (base layer) 17 is connected to the sixth region 16. It has a structure having three main electrodes 23 and a fourth main electrode 24 connected to the eighth region 18.

【0015】ここで第7領域(ベース層)17の比抵抗
が第3領域(コレクタ側ベース層)13の比抵抗よりも
低くなっている。一般に空乏層は比抵抗が高い方が伸び
やすく、比抵抗が低いと伸びにくい。したがって比抵抗
の低いダイオードは、IGBTのターンオンの際に、空乏層
が伸びない領域の残留キャリアによりソフトリカバリー
になり、跳上り電圧は低減される。さらにIGBTが導
通状態から阻止状態にスイッチングするときの動的な耐
圧がIGBT及びダイオードの阻止状態の静的な耐圧よ
りも低いと、ターンオフ時にIGBTの動作領域でアバ
ランシェ降伏し、跳上り電圧をある一定の電圧に抑える
ことができ、ダイオードを破壊から保護することができ
る。これによって半導体装置の信頼性や破壊耐量を高め
ることができる。
Here, the specific resistance of the seventh region (base layer) 17 is lower than the specific resistance of the third region (collector-side base layer) 13. In general, the depletion layer has a higher specific resistance and is easy to expand, and a low specific resistance has a difficulty in expanding. Therefore, when a IGBT is turned on, a diode having a low specific resistance performs soft recovery due to residual carriers in a region where a depletion layer does not extend, and a jump voltage is reduced. Furthermore, if the dynamic breakdown voltage when the IGBT switches from the conducting state to the blocking state is lower than the static breakdown voltage in the blocking state of the IGBT and the diode, avalanche breakdown occurs in the operating region of the IGBT at the time of turn-off, and a jump voltage is generated. The voltage can be suppressed to a constant value, and the diode can be protected from destruction. Thereby, the reliability and the breakdown strength of the semiconductor device can be improved.

【0016】[0016]

【実施例】以下本発明の実施例を図面を用いて詳細に説
明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0017】図1は、本発明を適用したIGBTモジュ
ールを示す。金属製のヒートシンク板5の上には絶縁板
4が設けられ、さらにその上に金属板3が設けられる。
金属板3の上には、IGBT1及びダイオード2が配置
される。IGBTのコレクタ電極とダイオードのカソー
ド電極は、ともに金属板3を介してコレクタ端子6に接
続される。又、配線25により、IGBTのエミッタ電
極とダイオードのアノード電極がともにエミッタ端子7
に接続され、IGBTのゲート電極がゲート端子26に
接続される。以上の構成が、プラスチックパッケージ8
に内蔵され、各端子がプラスチックパッケージ8の外部
に取り出される。
FIG. 1 shows an IGBT module to which the present invention is applied. An insulating plate 4 is provided on a metal heat sink plate 5, and a metal plate 3 is further provided thereon.
The IGBT 1 and the diode 2 are arranged on the metal plate 3. The collector electrode of the IGBT and the cathode electrode of the diode are both connected to the collector terminal 6 via the metal plate 3. Further, the wiring 25 allows the emitter electrode of the IGBT and the anode electrode of the diode to be connected to the emitter terminal 7.
, And the gate electrode of the IGBT is connected to the gate terminal 26. The above configuration is the plastic package 8
And each terminal is taken out of the plastic package 8.

【0018】図2は、図1におけるIGBT1とダイオ
ード2の断面構造と接続関係を示す。p+ シリコン基板
11上にこれより低不純物濃度のn+ 層12を形成し、
さらにその上にn+ 層12よりも低不純物濃度のn- 層
13を形成し、n- 層13の表面部にこれより高不純物
濃度のp+ 層14を選択的に形成し、さらにこのp+層
14領域中の表面部にp+ 層14よりも高不純物濃度の
n+ 層15を選択的に形成する。そしてn- 層13とn
+ 層15により挟まれたp+ 層14表面部をチャネル領
域としてこの上部にゲート絶縁膜19、さらにその上部
にゲート電極20を配置し、p+ 層14とn+ 層15に
共通に接続するエミッタ電極21,p+ シリコン基板1
1に接続するコレクタ電極22を有する構造となってい
る。一方ダイオードの構造はn+ 基板16上にこれより
低不純物濃度のn- 層17を形成し、n- 層17の表面
部にこれより高不純物濃度のp+ 層18を形成し、n+
基板16に接続するカソ−ド電極23、p+ 層18に接
続するアノード電極24を有する構造をしている。ここ
でダイオードのn- 層17の比抵抗はIGBTのn- 層13
の比抵抗よりも低くなっている。IGBTのコレクタ電
極22とダイオードのカソード電極23が接続され、I
GBTのエミッタ電極21とダイオードのアノード電極
24が接続され、すなわち、IGBTとダイオードは逆
並列に接続される。
FIG. 2 shows a cross-sectional structure and connection relationship between the IGBT 1 and the diode 2 in FIG. forming an n + layer 12 having a lower impurity concentration on the p + silicon substrate 11;
Further, an n @-layer 13 having a lower impurity concentration than the n @ + layer 12 is formed thereon, and ap @ + layer 14 having a higher impurity concentration is selectively formed on the surface of the n @ + layer 13; An n + layer 15 having a higher impurity concentration than the p + layer 14 is selectively formed on the surface of the + layer 14 region. And n-layer 13 and n
A gate insulating film 19 is disposed on the surface of the p + layer 14 sandwiched between the + layers 15 as a channel region, and a gate electrode 20 is further disposed thereon, and is commonly connected to the p + layer 14 and the n + layer 15. Emitter electrode 21, p + silicon substrate 1
1 has a collector electrode 22 connected thereto. On the other hand, in the structure of the diode, an n @-layer 17 having a lower impurity concentration is formed on an n @ + substrate 16 and a p @ + layer 18 having a higher impurity concentration is formed on the surface of the n @
The structure has a cathode electrode 23 connected to the substrate 16 and an anode electrode 24 connected to the p + layer 18. Here, the specific resistance of the n− layer 17 of the diode is equal to the n− layer 13 of the IGBT.
Is lower than the specific resistance. The collector electrode 22 of the IGBT is connected to the cathode electrode 23 of the diode.
The emitter electrode 21 of the GBT and the anode electrode 24 of the diode are connected, that is, the IGBT and the diode are connected in anti-parallel.

【0019】以下、本発明者が行った本発明に関する検
討結果について述べる。
Hereinafter, the results of a study on the present invention performed by the present inventors will be described.

【0020】図5はIGBTのn- 層13,ダイオード
のn- 層17の比抵抗と跳上り電圧の関係を示したもの
である。IGBTモジュールの定格は600V、電源電
圧は300Vの例を示す。またn- 層の厚さはIGB
T、ダイオードともに55μmである(なお、n- 層の
比抵抗が20Ω・cm以下では阻止状態で600Vの耐圧
を得ることができない)。
FIG. 5 shows the relationship between the specific resistance of the n − layer 13 of the IGBT and the n − layer 17 of the diode and the jump voltage. An example in which the rating of the IGBT module is 600 V and the power supply voltage is 300 V is shown. The thickness of the n− layer is IGB
Both T and the diode are 55 μm (note that if the specific resistance of the n − layer is 20 Ω · cm or less, a withstand voltage of 600 V cannot be obtained in the blocking state).

【0021】ここでIGBTとダイオードのn- 層の比
抵抗を同じとし、ターンオン時とターンオフ時の電圧ノ
イズを比較してみる。
Here, the specific resistance of the n − layer of the IGBT and that of the diode are the same, and the voltage noise at the time of turn-on and the voltage noise at the time of turn-off will be compared.

【0022】まず、ターンオフ時の跳上り電圧はIGB
Tのコレクタ電流のdi/dtによるものであり、テー
ル電流の大きさと関係する。
First, the jump voltage at the time of turn-off is IGB
This is due to di / dt of the collector current of T, and is related to the magnitude of the tail current.

【0023】そこで、IGBTのターンオフとテール電
流について以下に説明する。
The turn-off and tail current of the IGBT will be described below.

【0024】IGBTがターンオフするとn- 層13と
p+ 層14の間に逆バイアスが加わる。そして不純物濃
度が低いn- 層13の側に空乏層を伸ばし電圧を支え
る。この空乏層が伸びるときn- 層13及びn+ 層12
中に蓄積した正孔は電子と再結合し消滅する。テール電
流は、正孔が電子と再結合し消滅するまでに流れる再結
合電流である。
When the IGBT is turned off, a reverse bias is applied between the n− layer 13 and the p + layer 14. The depletion layer is extended to the side of the n − layer 13 having a low impurity concentration to support the voltage. When the depletion layer extends, the n− layer 13 and the n + layer 12
The holes accumulated therein recombine with electrons and disappear. The tail current is a recombination current flowing until holes recombine with electrons and disappear.

【0025】このようなテール電流による損失の大小を
示す一つの指標として、ターンオフ時におけるコレクタ
電流のフォールタイムが有る。図6は定格電圧600V
のIGBTにおけるn- 層13の比抵抗とフォールタイ
ム(Tf)との関係を示す。n- 層13の比抵抗が大き
い時、ターンオフの際に空乏層が伸びやすく、n-層1
3中に蓄積される正孔が少ないため、テール電流はほと
んど流れない。したがって、この時フォールタイムは短
くなる。逆にn- 層13の比抵抗が小さい時、空乏層が
伸びにくいため、n- 層13中に蓄積する正孔が多くな
り、テール電流が流れる。この時、フォールタイムは長
くなり、損失が増加する。従って、IGBTのn- 層1
3の比抵抗が高いほどターンオフ損失は低減される。本
発明者らの検討結果によれば、定格電圧がnVであると
き、IGBTのn- 層13の比抵抗はn/17Ω・cm以
上であることが望ましい。
As one index indicating the magnitude of the loss due to the tail current, there is a fall time of the collector current at the time of turn-off. Fig. 6 shows the rated voltage of 600V
The relationship between the specific resistance of the n − layer 13 and the fall time (Tf) in the IGBT of FIG. When the specific resistance of the n− layer 13 is large, the depletion layer is likely to be elongated at the time of turn-off, and the n− layer 1
Since few holes accumulate in 3, almost no tail current flows. Therefore, the fall time becomes shorter at this time. Conversely, when the specific resistance of n − layer 13 is small, the depletion layer is difficult to expand, so that holes accumulated in n − layer 13 increase and a tail current flows. At this time, the fall time becomes longer and the loss increases. Therefore, the n− layer 1 of the IGBT
The turn-off loss is reduced as the specific resistance of No. 3 is higher. According to the study results of the present inventors, when the rated voltage is nV, the specific resistance of the n − layer 13 of the IGBT is desirably n / 17 Ω · cm or more.

【0026】一方ターンオン時の跳上り電圧はダイオー
ドのリカバリーによるものである。これはダイオードの
拡散電流によってその大きさが決まる。ここで再結合電
流と拡散電流の減衰時間を比較すると拡散電流の方が速
い。したがってダイオードのリカバリー時の電流変化率
はテール電流の電流変化率よりも大きくなる。したがっ
てIGBTモジュールとしての最大跳上り電圧はターン
オンの電圧ノイズで決まる。
On the other hand, the jump voltage at turn-on is due to the recovery of the diode. This is determined by the diffusion current of the diode. Here, comparing the decay time of the recombination current with the diffusion current, the diffusion current is faster. Therefore, the current change rate at the time of recovery of the diode becomes larger than the current change rate of the tail current. Therefore, the maximum jump voltage as an IGBT module is determined by the turn-on voltage noise.

【0027】図7は、定格電圧600Vのダイオードに
おいて、n- 層17の比抵抗とタ−ンオンでダイオード
がリカバリーしたときの電流変化率(di/dt)との
関係を示す。ダイオードのn- 層17の比抵抗が低い
時、空乏層が伸びきらないためキャリアの掃き出しが遅
くなり、電流変化率は低く抑えられる。しかし、n- 層
17の比抵抗が高くなると、キャリアの掃き出しは速く
なり、比抵抗の増加と共に電流変化率も増加する。よっ
て、ダイオードのn- 層17の比抵抗は低い方が良い。
ただし、比抵抗を低くすると、静的耐圧も低下する。し
たがって、静的耐圧が定格電圧を確保できる範囲内でダ
イオードのn- 層17の比抵抗は低い方がよい。本発明
者らの検討結果によれば定格電圧をnVとしたとき、ダ
イオードのn- 層17の比抵抗は(n/25)〜(n/1
0)Ω・cmであることが望ましい。上述したように、ま
た図5が示すように、IGBTとダイオードのn- 層の
比抵抗を同じとすると最大跳上り電圧はターンオンの電
圧ノイズで決まる。このため、最大跳上り電圧をある一
定電圧(例えば図5において600V)に抑える場合、
IGBTのn- 層13の比抵抗よりもダイオードのn-
層17の比抵抗を低くすることができる。言い替えれ
ば、IGBTのn- 層13の比抵抗を大きくすることが
できる。従って、本実施例では、最大跳上り電圧をある
一定の電圧に抑えながらも、IGBTのターンオフ損失
を低減することができる。
FIG. 7 shows the relationship between the specific resistance of the n− layer 17 and the current change rate (di / dt) when the diode recovers due to turn-on in a diode having a rated voltage of 600 V. When the specific resistance of the n − layer 17 of the diode is low, the depletion layer does not extend sufficiently, so that the sweeping out of carriers is delayed, and the current change rate can be suppressed low. However, when the specific resistance of the n @-layer 17 increases, the sweeping out of carriers becomes faster, and the current change rate increases as the specific resistance increases. Therefore, the specific resistance of the n − layer 17 of the diode is preferably low.
However, when the specific resistance is reduced, the static withstand voltage also decreases. Therefore, the specific resistance of the n − layer 17 of the diode is preferably low as long as the static withstand voltage can maintain the rated voltage. According to the study results of the present inventors, when the rated voltage is nV, the specific resistance of the n − layer 17 of the diode is (n / 25) to (n / 1).
0) It is desirable to be Ω · cm. As described above and as shown in FIG. 5, assuming that the specific resistances of the IGBT and the n − layer of the diode are the same, the maximum jump voltage is determined by the turn-on voltage noise. Therefore, when suppressing the maximum jump voltage to a certain constant voltage (for example, 600 V in FIG. 5),
The specific resistance of the diode is higher than the specific resistance of the n − layer 13 of the IGBT.
The specific resistance of the layer 17 can be reduced. In other words, the specific resistance of the n − layer 13 of the IGBT can be increased. Therefore, in the present embodiment, the turn-off loss of the IGBT can be reduced while suppressing the maximum jump voltage to a certain constant voltage.

【0028】次に、IGBTの動的耐圧について説明す
る。
Next, the dynamic breakdown voltage of the IGBT will be described.

【0029】図8は電源電圧とIGBTの跳上り電圧の
関係を示したものである。n- 層13の比抵抗は40Ω
・cmである。電源電圧が低いと跳上り電圧は電源電圧の
増加とともに増加しているが、電源電圧が300Vを超
えると跳上り電圧はほとんど増加しなくなることを本発
明者は見い出した。これは電源電圧が高くなるとIGB
Tの動作領域でアバランシェ降伏を起こすためである。
一般に阻止状態ではターミネーション領域でアバランシ
ェ降伏し耐圧を決定している。これを静的耐圧と呼ぶこ
とにする。しかし導通状態ではIGBTのn- 層13は
伝導度変調を受け低抵抗になっており、ターンオフした
とき空乏層が阻止状態の時よりも伸びにくくなってい
る。このため空乏層にかかる電界が大きくなり、ターミ
ネーション領域の阻止電圧すなわち静的耐圧よりも低い
電圧でアバランシェ降伏が動作領域で起き跳上り電圧が
一定に抑えられる。このターンオフ時にアバランシェ降
伏する電圧を動的耐圧と呼ぶことにする。動的耐圧はn
- 層13の比抵抗が大きいほど高くなり、テール電流を
低減するためn- 層13の比抵抗を大きくすると、この
動的耐圧が静的耐圧を超えることを本発明者らは発見し
た。
FIG. 8 shows the relationship between the power supply voltage and the jump voltage of the IGBT. The specific resistance of the n− layer 13 is 40Ω.
・ It is cm. The inventor has found that when the power supply voltage is low, the jump voltage increases with an increase in the power supply voltage, but when the power supply voltage exceeds 300 V, the jump voltage hardly increases. This is due to the IGB
This is because avalanche breakdown occurs in the operation region of T.
Generally, in the blocking state, avalanche breakdown occurs in the termination region to determine the breakdown voltage. This is called a static withstand voltage. However, in the conductive state, the n − layer 13 of the IGBT is subjected to conductivity modulation and has a low resistance, so that when turned off, the depletion layer is less likely to extend than in the blocking state. For this reason, the electric field applied to the depletion layer increases, and avalanche breakdown occurs in the operation region at a voltage lower than the blocking voltage of the termination region, that is, a voltage lower than the static withstand voltage. The voltage at which avalanche breakdown occurs at the time of turn-off is referred to as dynamic withstand voltage. Dynamic withstand voltage is n
The present inventors have discovered that the higher the specific resistance of the layer 13 is, the higher the specific resistance of the n − layer 13 is in order to reduce the tail current.

【0030】IGBTの動的耐圧がダイオードまたはI
GBTの静的耐圧よりも低い場合、動的耐圧ではIGB
Tの動作領域全体で電流が分散されるため、IGBTは
耐量が高くアバランシェしてもIGBTモジュールは破
壊しない。逆にIGBTの動的耐圧がIGBTやダイオ
ードの静的耐圧よりも高い場合、跳上り電圧によってI
GBTまたはダイオードが破壊され、IGBTモジュー
ルが破壊する。IGBTのn- 層13の比抵抗よりもダイオ
ードのn- 層17の比抵抗を低くしたとき、ダイオード
の耐圧が低下しやすいがIGBTの動的耐圧をダイオー
ドの静的耐圧よりも低くすることで、ターンオフ時の跳
上り電圧からダイオードを保護することができる。した
がって動的耐圧をIGBTモジュールの定格電圧以下に
することでダイオードとIGBTのターミネーション領
域での破壊を防止することができる。なお、本発明者の
検討結果によれば、定格電圧をnVとしたとき、IGB
Tのn- 層13の比抵抗は(n/6)Ω・cm以下が望ま
しい。
The dynamic breakdown voltage of the IGBT is a diode or I
When the dynamic breakdown voltage is lower than the static breakdown voltage of the GBT, the IGB
Since the current is dispersed throughout the operation region of T, the IGBT has a high withstand voltage and the IGBT module does not break down even when avalanche is performed. Conversely, if the dynamic breakdown voltage of the IGBT is higher than the static breakdown voltage of the IGBT or diode, the jump voltage
The GBT or the diode is destroyed, and the IGBT module is destroyed. When the specific resistance of the n − layer 17 of the diode is lower than the specific resistance of the n − layer 13 of the IGBT, the withstand voltage of the diode is apt to decrease. However, by making the dynamic withstand voltage of the IGBT lower than the static withstand voltage of the diode. In addition, the diode can be protected from a jump voltage at the time of turn-off. Therefore, destruction of the diode and the IGBT in the termination region can be prevented by setting the dynamic withstand voltage to be equal to or lower than the rated voltage of the IGBT module. According to the study results of the inventor, when the rated voltage is nV, IGB
The specific resistance of the n − layer 13 of T is desirably (n / 6) Ω · cm or less.

【0031】なお、上述した検討結果は、いずれも定格
電圧600Vまたは1200VのIGBTおよびダイオ
ードについてのものである。一般に、空乏層の伸び方は
印加電圧および比抵抗(不純物濃度)によって決まる。具
体的には、空乏層の幅は印加電圧の1/2乗,不純物濃
度の逆数の1/2乗に比例する。したがって、他の定格
電圧の場合においても、空乏層の伸びと比抵抗との関係
は、定格電圧600V及び1200Vの場合におけるそ
れと同じである。
Each of the above-mentioned examination results relates to an IGBT and a diode having a rated voltage of 600 V or 1200 V. In general, how the depletion layer extends depends on the applied voltage and the specific resistance (impurity concentration). Specifically, the width of the depletion layer is proportional to the half of the applied voltage and the half of the reciprocal of the impurity concentration. Therefore, even at other rated voltages, the relationship between the elongation of the depletion layer and the specific resistance is the same as that at the rated voltages of 600 V and 1200 V.

【0032】図9は、上述の検討結果をまとめたもので
あり、IGBT及びダイオードのn- 層の比抵抗と,静
的耐圧(IGBT及びダイオード)及び動的耐圧(IGB
T)との関係を示す。ダイオードのn- 層の比抵抗につ
いては、下限は定格電圧(n(V))により決まり、上限
はターンオンノイズにより決まる。そして、比抵抗の好
ましい範囲は、n/25Ω・cm以上n/10Ω・cm以下
である。また、IGBTのn- 層の比抵抗については、
下限はターンオフ損失によって決まり、上限は定格電圧
によって決まる。そして、比抵抗の好ましい範囲は、n
/17Ω・cm以上n/6Ω・cm以下である。これらの比
抵抗の範囲において、ダイオードの比抵抗がIGBTの
比抵抗以下になるようにすれば、IGBTモジュールを
低損失化及び低ノイズ化できるとともに、破壊耐量を向
上できる。なお、上記の各比抵抗の範囲内にあれば、I
GBTの比抵抗がダイオードの比抵抗と同程度かあるい
は小さい場合で、少なくとも破壊耐量の向上という効果
は得られる。
FIG. 9 summarizes the results of the above study. The specific resistance of the n − layer of the IGBT and the diode, the static breakdown voltage (IGBT and diode), and the dynamic breakdown voltage (IGB
T). The lower limit of the specific resistance of the n @-layer of the diode is determined by the rated voltage (n (V)), and the upper limit is determined by the turn-on noise. The preferred range of the specific resistance is n / 25 Ω · cm or more and n / 10 Ω · cm or less. Also, regarding the specific resistance of the n − layer of the IGBT,
The lower limit is determined by the turn-off loss, and the upper limit is determined by the rated voltage. The preferred range of the specific resistance is n
/ 17Ω · cm or more and n / 6Ω · cm or less. If the specific resistance of the diode is set to be equal to or less than the specific resistance of the IGBT in these specific resistance ranges, the loss and noise of the IGBT module can be reduced, and the breakdown strength can be improved. In addition, if it is within the range of each of the above specific resistances, I
When the specific resistance of the GBT is equal to or smaller than the specific resistance of the diode, at least the effect of improving the breakdown strength can be obtained.

【0033】以上のように、IGBTのn- 層の比抵抗
をダイオードのn- 層の比抵抗よりも大きくし、かつI
GBTの動的耐圧をIGBT及びダイオードの静的耐圧
よりも低くすることにより、ノイズ及びターンオフ損失
が小さくかつ高破壊耐量を有するIGBTモジュールが
得られる。
As described above, the specific resistance of the n − layer of the IGBT is made larger than the specific resistance of the n − layer of the diode, and
By making the dynamic breakdown voltage of the GBT lower than the static breakdown voltage of the IGBT and the diode, an IGBT module having small noise and turn-off loss and having a high breakdown strength can be obtained.

【0034】さらに好ましくはダイオードのn- 層17
の厚さをIGBTのn- 層13の厚さより厚くすればよ
い。すると空乏層が伸びない領域のn- 層17に残留し
たキャリアにより、ダイオードのリカバリー時のdi/
dtはより小さくなる。これにより、IGBTのターン
オン時のダイオードの跳上り電圧はさらに低下し、より
有効である。そこで、n- 層の厚さに関する本発明者の
検討結果について説明する。
More preferably, the n- layer 17 of the diode
May be made thicker than the thickness of the n − layer 13 of the IGBT. As a result, carriers remaining in the n − layer 17 in a region where the depletion layer does not extend cause di /
dt will be smaller. As a result, the jump voltage of the diode when the IGBT is turned on is further reduced, which is more effective. Therefore, the result of the study by the present inventors regarding the thickness of the n − layer will be described.

【0035】図10は定格電圧600VのIGBTにお
けるn- 層13の厚みとフォールタイム(Tf)の関係
を示す。IGBTにおけるn- 層13が薄い場合、ター
ンオフの時に空乏層が完全に伸びきるため、テール電流
はほとんど流れず、フォールタイムはほぼ一定の値とな
る。しかしn- 層13が厚い場合、空乏層が伸びきらな
いためテール電流が発生し、n- 層13の厚みが増すと
共にフォールタイムが長くなり、損失が増大する。しか
しながら、定格電圧以上の静的耐圧を確保するためには
ある程度の厚みが必要である。よって、IGBTにおけ
るn- 層13の厚みは、定格電圧以上の静的耐圧を確保
できる厚さ以上であり、かつテール損失が低減される厚
さ以下がよい。本発明者らの検討結果によれば定格電圧
をnVとしたとき、IGBTにおけるn- 層13の厚さ
は(n/10.5)〜(n/7.5)μmであることが望ま
しい。
FIG. 10 shows the relationship between the thickness of the n − layer 13 and the fall time (Tf) in an IGBT having a rated voltage of 600 V. When the n − layer 13 in the IGBT is thin, the depletion layer extends completely at the time of turn-off, so that almost no tail current flows and the fall time has a substantially constant value. However, when the n − layer 13 is thick, the depletion layer cannot be fully extended, so that a tail current is generated, and the thickness of the n − layer 13 increases, the fall time increases, and the loss increases. However, a certain thickness is required to secure a static withstand voltage higher than the rated voltage. Therefore, the thickness of n − layer 13 in the IGBT is preferably equal to or greater than a thickness that can ensure a static breakdown voltage equal to or higher than the rated voltage, and equal to or less than a thickness that reduces tail loss. According to the study results of the present inventors, when the rated voltage is nV, the thickness of the n − layer 13 in the IGBT is desirably (n / 10.5) to (n / 7.5) μm.

【0036】図11は、定格電圧1200V及び600
Vのダイオードにおいて、n- 層17の厚みと、ターン
オンでダイオードがリカバリーするときの電流変化率
(di/dt)との関係を示す。n- 層17の厚みが厚
い場合、その比抵抗が低いときと同様の効果がある。す
なわち、リカバリーのときに空乏層が伸びきらないため
に、キャリアの掃き出しが遅くなり、電流変化率を低く
抑えることができる。逆にn- 層17の厚みが薄い時、
電流変化率は増大する。したがってダイオードのn- 層
17の厚みは厚い方がよい。
FIG. 11 shows rated voltages of 1200 V and 600 V.
In a V diode, the relationship between the thickness of the n − layer 17 and the current change rate (di / dt) when the diode recovers by turn-on is shown. When the thickness of n − layer 17 is large, the same effect as when the specific resistance is low is obtained. In other words, since the depletion layer does not extend sufficiently during recovery, the sweeping out of carriers is delayed, and the current change rate can be kept low. Conversely, when the thickness of the n− layer 17 is small,
The current change rate increases. Therefore, it is preferable that the thickness of the n @-layer 17 of the diode is large.

【0037】したがって、ターンオンの跳上り電圧及び
ノイズを低減するためにはダイオードのn- 層17の比
抵抗は定格電圧を確保できる範囲で低く、n- 層17の
厚さは厚い方が有効である。本発明者らの検討結果によ
れば、定格電圧をnVとしたとき、ダイオードのn- 層
17の厚さは(n/10)μm以上であることが望まし
い。また、本発明者の検討結果によれば、ダイオードの
n- 層17の厚さはIGBTのn- 層3の厚さの1.2
倍以上とすることが好ましい。
Therefore, in order to reduce the turn-on jump voltage and the noise, the specific resistance of the n − layer 17 of the diode is low as long as the rated voltage can be secured, and the thicker the n − layer 17 is, the more effective. is there. According to the study results of the present inventors, when the rated voltage is nV, it is desirable that the thickness of the n − layer 17 of the diode is (n / 10) μm or more. According to the results of the study by the present inventors, the thickness of the n − layer 17 of the diode is 1.2 times the thickness of the n − layer 3 of the IGBT.
It is preferable that the number be twice or more.

【0038】さらにIGBTモジュールの定格電圧をn
ボルトとしたとき、IGBTのn-層13が(n/2)
ボルトで空乏化する比抵抗及び厚さで、ダイオードのn
- 層17が(n/2)ボルトでは空乏化しない比抵抗及
び厚さとなるIGBTとダイオードを組み込んだIGB
Tモジュールでも同様の効果がある。IGBTは通常跳
上り電圧を考慮して定格電圧の半分の電圧で使われる。
ここで(n/2)ボルトでIGBTのn- 層13が空乏
化すると、ターンオフ時の電圧ノイズを抑制し、さらに
より早く空乏層をn+ 層12に到達させることができテ
ール電流を低減することができスイッチング損失を低減
できる。一方ダイオードはn/2ボルトではn- 層17
が空乏化しないため、リカバリー時のdi/dtを小さ
くしダイオードの跳上り電圧を抑えることができる。
Further, the rated voltage of the IGBT module is n
In volts, the n− layer 13 of the IGBT is (n / 2)
The specific resistance and thickness of the diode depleted by volts
-An IGBT incorporating an IGBT and a diode whose layer 17 has a specific resistance and thickness that does not deplete at (n / 2) volts.
The T module has the same effect. The IGBT is usually used at half the rated voltage in consideration of the jump voltage.
Here, when the n − layer 13 of the IGBT is depleted at (n / 2) volts, the voltage noise at the time of turn-off is suppressed, and the depletion layer can reach the n + layer 12 more quickly, thereby reducing the tail current. Switching loss can be reduced. On the other hand, the diode is n @-
Is not depleted, di / dt at the time of recovery can be reduced, and the jump voltage of the diode can be suppressed.

【0039】なお、本発明はIGBTモジュールのみな
らず、それぞれ単体のIGBTとダイオードを逆並列に
接続して回路を構成する場合にも適用できる。さらに、
図2に示したIGBTとダイオードの各半導体層の導電
型を逆にしても、すなわちpをnに、nをpに変えた半
導体装置にも適用できる。
The present invention can be applied not only to an IGBT module but also to a case where a single IGBT and a diode are connected in anti-parallel to form a circuit. further,
Even if the conductivity type of each semiconductor layer of the IGBT and the diode shown in FIG. 2 is reversed, that is, it can be applied to a semiconductor device in which p is changed to n and n is changed to p.

【0040】以下、本発明を実施した電力変換装置につ
いて説明する。
Hereinafter, a power converter embodying the present invention will be described.

【0041】図12は、本発明を実施した電力用インバ
ータ装置の主回路の一例である。図中破線で囲んだ部
分、すなわちIGBTとダイオードの逆並列回路部に本
発明が適用されている。本インバータ装置は、一対の直
流端子543及び544、並びに交流の相数に等しい3
個の交流端子557〜559を備え、直流端子に直流電
源を接続し、IGBT545〜550をスイッチングすることによ
り、直流電力を交流電力に変換して交流端子に出力す
る。直流端子間には、直列接続されたIGBTの組54
5と546,547と548,549と550の各両端
が接続される。各IGBTの組における2個のIGBT
の直列接続点からは交流端子が取り出される。また、各
IGBTには負荷電流を還流させるためにダイオードが
逆並列に接続される。
FIG. 12 shows an example of a main circuit of a power inverter device embodying the present invention. The present invention is applied to a portion surrounded by a broken line in the drawing, that is, an anti-parallel circuit portion of the IGBT and the diode. The present inverter device has a pair of DC terminals 543 and 544, and three terminals equal to the number of AC phases.
A plurality of AC terminals 557 to 559 are provided, a DC power supply is connected to the DC terminals, and the IGBTs 545 to 550 are switched to convert DC power into AC power and output the AC power to the AC terminals. A set of IGBTs 54 connected in series is connected between the DC terminals.
5, 546, 547 and 548, and 549 and 550 are connected to both ends. Two IGBTs in each IGBT set
An AC terminal is taken out from the series connection point. A diode is connected to each IGBT in anti-parallel to circulate the load current.

【0042】本図において破線で囲んだIGBTとダイ
オードの逆並列回路部は、各々、図1に示したような本
発明を実施したIGBTモジュールにより構成される。
従って、モジュールの損失が低減するのでインバータ装
置の効率が向上する。また、モジュールが誤動作しにく
いので、インバータ装置の信頼性が向上する。また、モ
ジュールの破壊耐量が向上するので、保護回路を省略又
は簡略化できる。従って、インバータ装置を小型化する
ことができる。
In the figure, the antiparallel circuit portion of the IGBT and the diode surrounded by the broken line is constituted by the IGBT module embodying the present invention as shown in FIG.
Therefore, the efficiency of the inverter device is improved because the loss of the module is reduced. Further, since the module does not easily malfunction, the reliability of the inverter device is improved. In addition, since the breakdown resistance of the module is improved, the protection circuit can be omitted or simplified. Therefore, the size of the inverter device can be reduced.

【0043】[0043]

【発明の効果】以上の説明からわかるように本発明によ
れば、IGBTのコレクタ側のベース層の比抵抗よりも
ダイオードのベース層の比抵抗を低くし、IGBTの動
的耐圧をダイオードおよびIGBTの静的耐圧よりも低
くすることで、それらを逆並列に接続した回路を有する
IGBTモジュール等の半導体装置を低ノイズかつ低損
失にならしめ、IGBTモジュール等の信頼性及び破壊
耐量を高めることができる。
As can be seen from the above description, according to the present invention, the specific resistance of the base layer of the diode is made lower than the specific resistance of the base layer on the collector side of the IGBT, and the dynamic breakdown voltage of the IGBT is reduced by the diode and the IGBT. Lowering the static breakdown voltage of the semiconductor device, such as an IGBT module having a circuit in which they are connected in anti-parallel, enables low noise and low loss, and increases the reliability and breakdown strength of the IGBT module and the like. it can.

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

【図1】本発明を実施したIGBTモジュールを示す
図。
FIG. 1 is a diagram showing an IGBT module embodying the present invention.

【図2】IGBTモジュール内のIGBT及びダイオー
ドの断面図。
FIG. 2 is a sectional view of an IGBT and a diode in the IGBT module.

【図3】IGBTモジュールを使ったインバータ回路
図。
FIG. 3 is an inverter circuit diagram using an IGBT module.

【図4】IGBTモジュールのスイッチング波形。FIG. 4 is a switching waveform of the IGBT module.

【図5】n- 層の比抵抗を変化させたときの跳上り電圧
の変化。
FIG. 5 shows a change in jump voltage when the specific resistance of the n − layer is changed.

【図6】IGBTにおけるn- 層の比抵抗とフォールタ
イムとの関係。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the specific resistance of the n − layer and the fall time in the IGBT.

【図7】ダイオードにおける、n- 層の比抵抗とリカバ
リーしたときの電流変化率(di/dt)との関係。
FIG. 7 shows the relationship between the specific resistance of the n − layer and the current change rate (di / dt) at the time of recovery in a diode.

【図8】電源電圧を変化させたときの跳上り電圧の変
化。
FIG. 8 shows a change in jump voltage when the power supply voltage is changed.

【図9】IGBT及びダイオードのn- 層の比抵抗と,
静的耐圧(IGBT及びダイオード)及び動的耐圧(I
GBT)との関係。
FIG. 9 shows the specific resistance of the n− layer of the IGBT and the diode,
Static breakdown voltage (IGBT and diode) and dynamic breakdown voltage (I
GBT).

【図10】IGBTにおけるn- 層の厚みとフォールタ
イム(Tf)の関係。
FIG. 10 shows the relationship between the thickness of the n − layer and the fall time (Tf) in the IGBT.

【図11】ダイオードにおける、n- 層の厚みとリカバ
リーするときの電流変化率(di/dt)との関係。
FIG. 11 is a graph showing a relationship between a thickness of an n − layer and a current change rate (di / dt) during recovery in a diode.

【図12】本発明を実施した電力用インバータ装置の主
回路の一例。
FIG. 12 is an example of a main circuit of a power inverter device embodying the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…IGBT、2…ダイオード、3…金属板、4…絶縁
板、5…ヒートシンク、6…コレクタ端子、7…エミッ
タ端子、8…プラスチックパッケージ、9…電源、10
…モータ、11…p+ 基板、12,15…n+ 層、1
3,17…n- 層、14,18…p+ 層、16…n+ 基
板、19…ゲート絶縁膜、20…ゲート電極、21…エ
ミッタ電極、22…コレクタ電極、23…カソード電
極、24…アノード電極、25…配線、26…ゲート端
子。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... IGBT, 2 ... diode, 3 ... metal plate, 4 ... insulating plate, 5 ... heat sink, 6 ... collector terminal, 7 ... emitter terminal, 8 ... plastic package, 9 ... power supply, 10
... motor, 11 ... p + substrate, 12, 15 ... n + layer, 1
3,17 ... n- layer, 14,18 ... p + layer, 16 ... n + substrate, 19 ... gate insulating film, 20 ... gate electrode, 21 ... emitter electrode, 22 ... collector electrode, 23 ... cathode electrode, 24 ... Anode electrode, 25 wiring, 26 gate terminal.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−300568(JP,A) 特開 昭62−123771(JP,A) 特開 昭59−132671(JP,A) 特開 昭59−98557(JP,A) 特開 平2−112285(JP,A) 特開 平5−259462(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/78 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-1-300568 (JP, A) JP-A-6-1223771 (JP, A) JP-A-59-132671 (JP, A) JP-A-59-13767 98557 (JP, A) JP-A-2-112285 (JP, A) JP-A-5-259462 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 29/78

Claims (18)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】逆並列に接続した少なくとも一対の絶縁ゲ
ートバイポーラトランジスタとダイオードを有し、 ダイオードのベース層の比抵抗が絶縁ゲートバイポーラ
トランジスタのコレクタ側ベース層の比抵抗よりも低
く、 絶縁ゲートバイポーラトランジスタが導通状態から阻止
状態にスイッチングするときの耐圧が絶縁ゲートバイポ
ーラトランジスタ及びダイオードの阻止状態の耐圧より
も低いことを特徴とする半導体装置。
An insulated gate bipolar transistor having at least a pair of insulated gate bipolar transistors and a diode connected in anti-parallel, wherein a specific resistance of a base layer of the diode is lower than a specific resistance of a collector side base layer of the insulated gate bipolar transistor. A semiconductor device characterized in that the withstand voltage when the transistor switches from the conductive state to the blocking state is lower than the withstand voltage of the insulated gate bipolar transistor and the diode in the blocking state.
【請求項2】1モジュール内に、逆並列に接続した少な
くとも一対の絶縁ゲートバイポーラトランジスタとダイ
オードを内蔵し、 ダイオードのベース層の比抵抗が絶縁ゲートバイポーラ
トランジスタのコレクタ側ベース層の比抵抗よりも低
く、 絶縁ゲートバイポーラトランジスタが導通状態から阻止
状態にスイッチングするときの耐圧が絶縁ゲートバイポ
ーラトランジスタ及びダイオードの阻止状態の耐圧より
も低いことを特徴とする半導体装置。
In one module, at least a pair of insulated gate bipolar transistors and a diode connected in antiparallel are built in, and the specific resistance of the base layer of the diode is higher than the specific resistance of the collector-side base layer of the insulated gate bipolar transistor. A semiconductor device characterized by having a low withstand voltage when the insulated gate bipolar transistor switches from the conductive state to the blocking state, lower than the withstand voltage of the insulated gate bipolar transistor and the diode in the blocking state.
【請求項3】請求項1または請求項2のいずれか1項に
記載の半導体装置において、ダイオードのベース層の厚
さが、絶縁ゲートバイポーラトランジスタのコレクタ側
ベース層の厚さより厚いことを特徴とする半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein a thickness of a base layer of the diode is larger than a thickness of a collector-side base layer of the insulated gate bipolar transistor. Semiconductor device.
【請求項4】請求項1ないし請求項3のいずれか1項に
記載の半導体装置において、定格nボルトであり、絶縁
ゲートバイポーラトランジスタのコレクタ側ベース層が
(n/2)ボルトで空乏化する比抵抗および厚さを有
し、ダイオードのベース層が(n/2)ボルトでは空乏
化しない比抵抗および厚さを有することを特徴とする半
導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the rated voltage is n volts, and the collector-side base layer of the insulated gate bipolar transistor is depleted by (n / 2) volts. A semiconductor device having a specific resistance and a thickness, wherein the base layer of the diode has a specific resistance and a thickness that does not cause depletion at (n / 2) volts.
【請求項5】請求項1ないし請求項4のいずれか1項に
記載の半導体装置において、定格nボルトであり、絶縁
ゲートバイポーラトランジスタのコレクタ側ベース層の
比抵抗が(n/17)Ω・cmから(n/6)Ω・cmかつ
ダイオードのベース層の比抵抗が(n/25)Ω・cmか
ら(n/10)Ω・cmであることを特徴とする半導体装
置。
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the rated resistance is n volts, and the specific resistance of the collector-side base layer of the insulated gate bipolar transistor is (n / 17) Ω ·. A semiconductor device, wherein a specific resistance of the base layer of the diode ranges from (n / 25) Ω · cm to (n / 10) Ω · cm.
【請求項6】請求項1ないし請求項5のいずれか1項に
記載の半導体装置において、定格nボルトであり、絶縁
ゲートバイポーラトランジスタのコレクタ側ベース層の
厚さが(n/10.5)μmから(n/7.5)μm,ダイ
オードのベース層の厚さが(n/10)μm以上である
ことを特徴とする半導体装置。
6. The semiconductor device according to claim 1, wherein the rated voltage is n volts, and the thickness of the collector-side base layer of the insulated gate bipolar transistor is (n / 10.5). A semiconductor device, characterized in that the thickness of the base layer of the diode is (n / 10) μm or more from μm to (n / 7.5) μm.
【請求項7】請求項1ないし請求項6のいずれか1項に
記載の半導体装置において、絶縁ゲートバイポーラトラ
ンジスタのコレクタ側ベース層の比抵抗がダイオードの
ベース層の比抵抗の1.5 倍以上であることを特徴とす
る半導体装置。
7. The semiconductor device according to claim 1, wherein the specific resistance of the collector-side base layer of the insulated gate bipolar transistor is at least 1.5 times the specific resistance of the base layer of the diode. A semiconductor device, characterized in that:
【請求項8】逆並列に接続した少なくとも一対の絶縁ゲ
ートバイポーラトランジスタとダイオードを有し、 定格nボルトであり、 絶縁ゲートバイポーラトランジスタのコレクタ側ベース
層の比抵抗が(n/17)Ω・cmから(n/6)Ω・cm
かつダイオードのベース層の比抵抗が(n/25)Ω・
cmから(n/10)Ω・cm、 絶縁ゲートバイポーラトランジスタのコレクタ側ベース
層の厚さが(n/10.5)μmから(n/7.5)μm,ダ
イオードのベース層の厚さが(n/10)μm以上であ
ることを特徴とする半導体装置。
8. An insulated gate bipolar transistor having at least a pair of insulated gate bipolar transistors and a diode connected in anti-parallel, rated at n volts, and having a collector-side base layer of the insulated gate bipolar transistor having a specific resistance of (n / 17) Ω · cm. From (n / 6) Ω · cm
And the specific resistance of the base layer of the diode is (n / 25) Ω ·
cm to (n / 10) Ω · cm, the thickness of the collector-side base layer of the insulated gate bipolar transistor is (n / 10.5) μm to (n / 7.5) μm, and the thickness of the diode base layer is (n / 10) A semiconductor device characterized in that it is not less than μm.
【請求項9】少なくとも一対の絶縁ゲートバイポーラト
ランジスタとダイオードを有する半導体装置であって、 一対の主表面を有し、その一方の主表面に露出面を有す
る第1導電型の第1領域,第1領域に隣接して形成され
た第1領域より低不純物濃度の第2導電型の第2領域,
第2領域に隣接して形成され他方の主表面に露出面を有
する第2領域より低不純物濃度の第2導電型の第3領
域,第3領域の他方の主表面部に選択的に形成された第
3領域より高不純物濃度の第1導電型の第4領域,第4
領域の他方の主表面側に選択的に形成され第4領域より
高不純物濃度の第2導電型の第5領域,前記第3領域と
第4領域と第5領域の前記他方の主表面における露出面
上に絶縁膜を介して設けられた絶縁ゲートと,前記第1
領域の露出面に低抵抗接触する第1の主電極と,前記第
4領域と第5領域を他方の主表面上で短絡する第2の主
電極を設けた絶縁ゲートバイポーラトランジスタと、 一対の主表面を有し、一方の主表面に露出面を有する第
2導電型の第6領域,第6領域に隣接して形成され第6
領域より低不純物濃度の第2導電型の第7領域,第7領
域に隣接して形成され他方の主表面に露出面を有する第
7領域より高不純物濃度の第1導電型の第8領域,第6
領域に低抵抗接触する第3の電極,第8領域に低抵抗接
触する第4の主電極を設けたダイオードと、を備え、 第1の主電極と第3の主電極が結線され、第2の主電極
と第4の主電極が結線され、 絶縁ゲートバイポーラトランジスタの第3領域の比抵抗
よりダイオードの第7領域の比抵抗の方が低く、 絶縁ゲートバイポーラトランジスタが導通状態から阻止
状態にスイッチングするときの耐圧が絶縁ゲートバイポ
ーラトランジスタおよびダイオードの阻止状態の耐圧よ
りも低いことを特徴とする半導体装置。
9. A semiconductor device having at least a pair of insulated gate bipolar transistors and a diode, comprising: a first region of a first conductivity type having a pair of main surfaces and an exposed surface on one of the main surfaces. A second conductivity type second region having a lower impurity concentration than the first region formed adjacent to the first region;
A third region of a second conductivity type having a lower impurity concentration than the second region formed adjacent to the second region and having an exposed surface on the other main surface, and selectively formed on the other main surface portion of the third region. And the fourth region of the first conductivity type having a higher impurity concentration than the third region.
A fifth region of a second conductivity type selectively formed on the other main surface side of the region and having a higher impurity concentration than the fourth region, and exposing the third region, the fourth region, and the fifth region on the other main surface; An insulating gate provided on the surface via an insulating film;
A first main electrode having a low resistance contact with an exposed surface of the region, an insulated gate bipolar transistor provided with a second main electrode for short-circuiting the fourth region and the fifth region on the other main surface, A sixth region of a second conductivity type having a surface and an exposed surface on one main surface; a sixth region formed adjacent to the sixth region;
A seventh region of the second conductivity type having a lower impurity concentration than the region, an eighth region of the first conductivity type having a higher impurity concentration than the seventh region formed adjacent to the seventh region and having an exposed surface on the other main surface, Sixth
A third electrode having a low resistance contact with the region and a diode having a fourth main electrode having a low resistance contact with the eighth region, wherein the first main electrode and the third main electrode are connected, and And the fourth main electrode are connected, the specific resistance of the seventh region of the diode is lower than the specific resistance of the third region of the insulated gate bipolar transistor, and the insulated gate bipolar transistor switches from the conducting state to the blocking state. A semiconductor device having a breakdown voltage lower than a breakdown voltage in a blocking state of the insulated gate bipolar transistor and the diode.
【請求項10】1モジュール内に、逆並列に接続した少
なくとも一対の絶縁ゲートバイポーラトランジスタとダ
イオードを内蔵する半導体装置であって、 一対の主表面を有し、その一方の主表面に露出面を有す
る第1導電型の第1領域,第1領域に隣接して形成され
た第1領域より低不純物濃度の第2導電型の第2領域,
第2領域に隣接して形成され他方の主表面に露出面を有
する第2領域より低不純物濃度の第2導電型の第3領
域,第3領域の他方の主表面部に選択的に形成された第
3領域より高不純物濃度の第1導電型の第4領域,第4
領域の他方の主表面側に選択的に形成され第4領域より
高不純物濃度の第2導電型の第5領域,前記第3領域と
第4領域と第5領域の前記他方の主表面における露出面
上に絶縁膜を介して設けられた絶縁ゲートと,前記第1
領域の露出面に低抵抗接触する第1の主電極と,前記第
4領域と第5領域を他方の主表面上で短絡する第2の主
電極を設けた絶縁ゲートバイポーラトランジスタと、 一対の主表面を有し、一方の主表面に露出面を有する第
2導電型の第6領域,第6領域に隣接して形成され第6
領域より低不純物濃度の第2導電型の第7領域,第7領
域に隣接して形成され他方の主表面に露出面を有する第
7領域より高不純物濃度の第1導電型の第8領域,第6
領域に低抵抗接触する第3の電極,第8領域に低抵抗接
触する第4の主電極を設けたダイオードと、を備え、 第1の主電極と第3の主電極が結線され、第2の主電極
と第4の主電極が結線され、 絶縁ゲートバイポーラトランジスタの第3領域の比抵抗
よりダイオードの第7領域の比抵抗の方が低く、 絶縁ゲートバイポーラトランジスタが導通状態から阻止
状態にスイッチングするときの耐圧が絶縁ゲートバイポ
ーラトランジスタおよびダイオードの阻止状態の耐圧よ
りも低いことを特徴とする半導体装置。
10. A semiconductor device having at least a pair of anti-parallel insulated gate bipolar transistors and a diode connected in anti-parallel in one module, having a pair of main surfaces, one of which has an exposed surface. A first region of the first conductivity type, a second region of the second conductivity type having a lower impurity concentration than the first region formed adjacent to the first region,
A third region of a second conductivity type having a lower impurity concentration than the second region formed adjacent to the second region and having an exposed surface on the other main surface, and selectively formed on the other main surface portion of the third region. And the fourth region of the first conductivity type having a higher impurity concentration than the third region.
A fifth region of a second conductivity type selectively formed on the other main surface side of the region and having a higher impurity concentration than the fourth region, and exposing the third region, the fourth region, and the fifth region on the other main surface; An insulating gate provided on the surface via an insulating film;
A first main electrode having a low resistance contact with an exposed surface of the region, an insulated gate bipolar transistor provided with a second main electrode for short-circuiting the fourth region and the fifth region on the other main surface, A sixth region of a second conductivity type having a surface and an exposed surface on one main surface; a sixth region formed adjacent to the sixth region;
A seventh region of the second conductivity type having a lower impurity concentration than the region, an eighth region of the first conductivity type having a higher impurity concentration than the seventh region formed adjacent to the seventh region and having an exposed surface on the other main surface, Sixth
A third electrode having a low resistance contact with the region and a diode provided with a fourth main electrode having a low resistance contact with the eighth region, wherein the first main electrode and the third main electrode are connected, and And the fourth main electrode are connected, the specific resistance of the seventh region of the diode is lower than the specific resistance of the third region of the insulated gate bipolar transistor, and the insulated gate bipolar transistor switches from the conducting state to the blocking state. A semiconductor device having a breakdown voltage lower than a breakdown voltage in a blocking state of the insulated gate bipolar transistor and the diode.
【請求項11】請求項9または請求項10のいずれか1
項に記載の半導体装置において、ダイオードの第7領域
の厚さが、絶縁ゲートバイポーラトランジスタの第3領
域の厚さより厚いことを特徴とする半導体装置。
11. The method according to claim 9 or claim 10.
Item 7. The semiconductor device according to Item 1, wherein the thickness of the seventh region of the diode is larger than the thickness of the third region of the insulated gate bipolar transistor.
【請求項12】請求項9ないし請求項11のいずれか1
項に記載の半導体装置において、定格nボルトであり、
絶縁ゲートバイポーラトランジスタの第3領域が(n/
2)ボルトで空乏化する比抵抗および厚さで、ダイオー
ドの第7領域が(n/2)ボルトでは空乏化しない比抵
抗および厚さであることを特徴とする半導体装置。
12. The method according to claim 9, wherein
In the semiconductor device according to the item, the rated n volts,
The third region of the insulated gate bipolar transistor is (n /
2) A semiconductor device having a specific resistance and a thickness depleted by volts, and a seventh region of the diode having a specific resistance and a thickness not depleted by (n / 2) volts.
【請求項13】請求項9ないし請求項12のいずれか1
項に記載の半導体装置において、定格nボルトであり、
絶縁ゲートバイポーラトランジスタの第3領域の比抵抗
が(n/17)Ω・cmから(n/6)Ω・cmかつダイオ
ードの第7領域の比抵抗が(n/25)Ω・cmから(n
/10)Ω・cmであることを特徴とする半導体装置。
13. The method according to claim 9, wherein
In the semiconductor device according to the item, the rated n volts,
The specific resistance of the third region of the insulated gate bipolar transistor is (n / 17) Ω · cm to (n / 6) Ω · cm, and the specific resistance of the seventh region of the diode is (n / 25) Ω · cm to (n).
/ 10) A semiconductor device characterized by Ω · cm.
【請求項14】請求項9ないし請求項13のいずれか1
項に記載の半導体装置において、定格nボルトであり、
絶縁ゲートバイポーラトランジスタの第3領域の厚さが
(n/10.5)μmから(n/7.5)μm、ダイオー
ドの第7領域の厚さが(n/10)μm以上であること
を特徴とする半導体装置。
14. The method according to claim 9, wherein
In the semiconductor device according to the item, the rated n volts,
The thickness of the third region of the insulated gate bipolar transistor is (n / 10.5) μm to (n / 7.5) μm, and the thickness of the seventh region of the diode is (n / 10) μm or more. Characteristic semiconductor device.
【請求項15】請求項9ないし請求項14のいずれか1
項に記載の半導体装置において、絶縁ゲートバイポーラ
トランジスタの第3領域の比抵抗がダイオードの第7領
域の比抵抗の1.5 倍以上であることを特徴とする半導
体装置。
15. The method according to claim 9, wherein:
9. The semiconductor device according to item 6, wherein the specific resistance of the third region of the insulated gate bipolar transistor is at least 1.5 times the specific resistance of the seventh region of the diode.
【請求項16】少なくとも一対の絶縁ゲートバイポーラ
トランジスタとダイオードを有する半導体装置であっ
て、 一対の主表面を有し、その一方の主表面に露出面を有す
る第1導電型の第1領域,第1領域に隣接して形成され
た第1領域より低不純物濃度の第2導電型の第2領域,
第2領域に隣接して形成され他方の主表面に露出面を有
する第2領域より低不純物濃度の第2導電型の第3領
域,第3領域の他方の主表面部に選択的に形成された第
3領域より高不純物濃度の第1導電型の第4領域,第4
領域の他方の主表面側に選択的に形成され第4領域より
高不純物濃度の第2導電型の第5領域,前記第3領域と
第4領域と第5領域の前記他方の主表面における露出面
上に絶縁膜を介して設けられた絶縁ゲートと,前記第1
領域の露出面に低抵抗接触する第1の主電極と,前記第
4領域と第5領域を他方の主表面上で短絡する第2の主
電極を設けた絶縁ゲートバイポーラトランジスタと、 一対の主表面を有し、一方の主表面に露出面を有する第
2導電型の第6領域,第6領域に隣接して形成され第6
領域より低不純物濃度の第2導電型の第7領域,第7領
域に隣接して形成され他方の主表面に露出面を有する第
7領域より高不純物濃度の第1導電型の第8領域,第6
領域に低抵抗接触する第3の電極,第8領域に低抵抗接
触する第4の主電極を設けたダイオードと、を備え、 第1の主電極と第3の主電極が結線され、第2の主電極
と第4の主電極が結線され、 定格nボルトであり、 絶縁ゲートバイポーラトランジスタの第3領域の比抵抗
が(n/17)Ω・cmから(n/6)Ω・cmかつダイオ
ードの第7領域の比抵抗が(n/25)Ω・cmから(n
/10)Ω・cm、 絶縁ゲートバイポーラトランジスタの第3領域の厚さが
(n/10.5)μmから(n/7.5)μm,ダイオード
の第7領域の厚さが(n/10)μm以上であることを
特徴とする半導体装置。
16. A semiconductor device having at least a pair of insulated gate bipolar transistors and a diode, comprising: a first region of a first conductivity type having a pair of main surfaces and an exposed surface on one of the main surfaces. A second conductivity type second region having a lower impurity concentration than the first region formed adjacent to the first region;
A third region of a second conductivity type having a lower impurity concentration than the second region formed adjacent to the second region and having an exposed surface on the other main surface, and selectively formed on the other main surface portion of the third region. And the fourth region of the first conductivity type having a higher impurity concentration than the third region.
A fifth region of a second conductivity type selectively formed on the other main surface side of the region and having a higher impurity concentration than the fourth region, and exposing the third region, the fourth region, and the fifth region on the other main surface; An insulating gate provided on the surface via an insulating film;
A first main electrode having a low resistance contact with an exposed surface of the region, an insulated gate bipolar transistor provided with a second main electrode for short-circuiting the fourth region and the fifth region on the other main surface, A sixth region of a second conductivity type having a surface and an exposed surface on one main surface; a sixth region formed adjacent to the sixth region;
A seventh region of the second conductivity type having a lower impurity concentration than the region, an eighth region of the first conductivity type having a higher impurity concentration than the seventh region formed adjacent to the seventh region and having an exposed surface on the other main surface, Sixth
A third electrode having a low resistance contact with the region and a diode provided with a fourth main electrode having a low resistance contact with the eighth region, wherein the first main electrode and the third main electrode are connected, and The main electrode and the fourth main electrode are connected to each other, the rated voltage is n volts, the specific resistance of the third region of the insulated gate bipolar transistor is (n / 17) Ω · cm to (n / 6) Ω · cm, and the diode is Has a specific resistance of (n / 25) Ω · cm to (n
/ 10) Ω · cm, the thickness of the third region of the insulated gate bipolar transistor is
A semiconductor device, wherein (n / 10.5) μm to (n / 7.5) μm, and the thickness of the seventh region of the diode is (n / 10) μm or more.
【請求項17】少なくとも一対の絶縁ゲートバイポーラ
トランジスタとダイオードを有する半導体装置であっ
て、 一対の主表面を有し、その一方の主表面に露出面を有す
る第1導電型の第1領域,第1領域に隣接して形成され
た第1領域より低不純物濃度の第2導電型の第2領域,
第2領域に隣接して形成され他方の主表面に露出面を有
する第2領域より低不純物濃度の第2導電型の第3領
域,第3領域の他方の主表面部に選択的に形成された第
3領域より高不純物濃度の第1導電型の第4領域,第4
領域の他方の主表面側に選択的に形成され第4領域より
高不純物濃度の第2導電型の第5領域,前記第3領域と
第4領域と第5領域の前記他方の主表面における露出面
上に絶縁膜を介して設けられた絶縁ゲートと,前記第1
領域の露出面に低抵抗接触する第1の主電極と,前記第
4領域と第5領域を他方の主表面上で短絡する第2の主
電極を設けた絶縁ゲートバイポーラトランジスタと、 一対の主表面を有し、一方の主表面に露出面を有する第
2導電型の第6領域,第6領域に隣接して形成され第6
領域より低不純物濃度の第2導電型の第7領域,第7領
域に隣接して形成され他方の主表面に露出面を有する第
7領域より高不純物濃度の第1導電型の第8領域,第6
領域に低抵抗接触する第3の電極,第8領域に低抵抗接
触する第4の主電極を設けたダイオードと、を備え、 最大印加電圧において、絶縁ゲートバイポーラトランジ
スタの空乏層は第2領域に到達し、ダイオードの空乏層
は第7領域内に有り第6領域には到達しないことを特徴
とする半導体装置。
17. A semiconductor device having at least a pair of insulated gate bipolar transistors and a diode, comprising: a first region of a first conductivity type having a pair of main surfaces and an exposed surface on one of the main surfaces. A second conductivity type second region having a lower impurity concentration than the first region formed adjacent to the first region;
A third region of a second conductivity type having a lower impurity concentration than the second region formed adjacent to the second region and having an exposed surface on the other main surface, and selectively formed on the other main surface portion of the third region. And the fourth region of the first conductivity type having a higher impurity concentration than the third region.
A fifth region of a second conductivity type selectively formed on the other main surface side of the region and having a higher impurity concentration than the fourth region, and exposing the third region, the fourth region, and the fifth region on the other main surface; An insulating gate provided on the surface via an insulating film;
A first main electrode having a low resistance contact with an exposed surface of the region, an insulated gate bipolar transistor provided with a second main electrode for short-circuiting the fourth region and the fifth region on the other main surface, A sixth region of a second conductivity type having a surface and an exposed surface on one main surface; a sixth region formed adjacent to the sixth region;
A seventh region of the second conductivity type having a lower impurity concentration than the region, an eighth region of the first conductivity type having a higher impurity concentration than the seventh region formed adjacent to the seventh region and having an exposed surface on the other main surface, Sixth
A third electrode having a low resistance contact with the region and a diode having a fourth main electrode having a low resistance contact with the eighth region, wherein the depletion layer of the insulated gate bipolar transistor is located at the second region at the maximum applied voltage. And a depletion layer of the diode is in the seventh region and does not reach the sixth region.
【請求項18】絶縁ゲートバイポーラトランジスタとダ
イオードの逆並列回路を有し、絶縁ゲートバイポーラト
ランジスタをスイッチングすることにより直流電力を交
流電力に変換する電力用インバータ装置において、 前記逆並列回路が、請求項1ないし17のいずれか1項
に記載の半導体装置から成ることを特徴とする電力用イ
ンバータ装置。
18. A power inverter device having an anti-parallel circuit of an insulated gate bipolar transistor and a diode and converting DC power to AC power by switching the insulated gate bipolar transistor, wherein the anti-parallel circuit is 18. A power inverter device comprising the semiconductor device according to any one of 1 to 17.
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