JP3413021B2 - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP3413021B2
JP3413021B2 JP20032196A JP20032196A JP3413021B2 JP 3413021 B2 JP3413021 B2 JP 3413021B2 JP 20032196 A JP20032196 A JP 20032196A JP 20032196 A JP20032196 A JP 20032196A JP 3413021 B2 JP3413021 B2 JP 3413021B2
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conductivity type
semiconductor layer
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electrode
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正 松田
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    • HELECTRICITY
    • 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
    • H01L2924/1015Shape
    • H01L2924/10155Shape being other than a cuboid
    • H01L2924/10158Shape being other than a cuboid at the passive surface

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  • Thyristors (AREA)
  • Bipolar Transistors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、たとえば伝導度
変調型の半導体装置に関するもので、特に、IGBT
(Insulated Gate Bipolar Transistor )と称される絶
縁ゲート型バイポーラトランジスタに用いられるもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to, for example, a conductivity modulation type semiconductor device, and more particularly to an IGBT.
It is used for an insulated gate bipolar transistor called (Insulated Gate Bipolar Transistor).

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、IGBTは、MOS−FET
とBJTとが複合化した構造として把えることができ、
当該構造および基本動作についてはよく知られている
(たとえば、特開昭57−120369号公報参照)。
2. Description of the Related Art Conventionally, an IGBT is a MOS-FET
It can be understood as a composite structure of BJT and
The structure and basic operation are well known (see, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 57-120369).

【0003】図6は、Nチャネル型を例にIGBTの概
略構成を示すものである。たとえば、P型コレクタ層1
01上に、低不純物濃度の高抵抗N- 型ベース層102
が形成されている。このN- 型ベース層102の表面に
はDSA(DoubleDiffusion Self Align )法によりP
型ベース層103が、また、このP型ベース層103の
表面にはN+ 型エミッタ層104が、それぞれ選択的に
形成されている。
FIG. 6 shows a schematic configuration of an IGBT taking an N-channel type as an example. For example, P-type collector layer 1
01, a high resistance N -type base layer 102 having a low impurity concentration.
Are formed. On the surface of the N type base layer 102, P is formed by a DSA (Double Diffusion Self Align) method.
A type base layer 103 and an N + type emitter layer 104 are selectively formed on the surface of the P type base layer 103, respectively.

【0004】そして、上記N- 型ベース層102および
上記P型ベース層103の表面には、薄い絶縁膜105
を介して、ポリシリコンゲート電極106が設けられて
いる。また、上記N+ 型エミッタ層104および上記P
型ベース層103の表面には、それぞれを短絡するよう
に金属エミッタ電極107が設けられている。
A thin insulating film 105 is formed on the surfaces of the N type base layer 102 and the P type base layer 103.
A polysilicon gate electrode 106 is provided via the. In addition, the N + type emitter layer 104 and the P
A metal emitter electrode 107 is provided on the surface of the mold base layer 103 so as to short-circuit each other.

【0005】さらに、上記ポリシリコンゲート電極10
6に接続されて金属ゲート電極108が、また、P型コ
レクタ層101に接続されて金属コレクタ電極109
が、それぞれ設けられている。
Further, the polysilicon gate electrode 10
6 to the metal gate electrode 108, and also to the P-type collector layer 101 to connect to the metal collector electrode 109.
Are provided respectively.

【0006】次に、上記Nチャネル型IGBTの一般的
な製造方法について説明する。まず、P型コレクタ層1
01をP+ 型基板として、その上に、N- 型ベース層1
02を気相成長させてP+ −N- ウェーハを形成する。
Next, a general method of manufacturing the N-channel IGBT will be described. First, the P-type collector layer 1
01 as a P + type substrate, on which an N type base layer 1
02 is vapor-grown to form a P + -N - wafer.

【0007】その後、N- 型ベース層102の表面に絶
縁膜105を形成し、さらに、その上にポリシリコンゲ
ート電極106を形成する。次に、ポリシリコンゲート
電極106を部分的に開孔し、これをマスクとしてP型
ベース層103を形成する。また、P型ベース層103
上の絶縁膜105を部分的に開孔し、ポリシリコンゲー
ト電極106と絶縁膜105とをマスクとして、N+
エミッタ層104を形成する。
After that, an insulating film 105 is formed on the surface of the N -- type base layer 102, and a polysilicon gate electrode 106 is further formed thereon. Next, the polysilicon gate electrode 106 is partially opened, and the P-type base layer 103 is formed using this as a mask. In addition, the P-type base layer 103
The upper insulating film 105 is partially opened, and the N + type emitter layer 104 is formed by using the polysilicon gate electrode 106 and the insulating film 105 as a mask.

【0008】そして、ポリシリコンゲート電極106お
よびP型ベース層103上に、再度、絶縁膜105を形
成し、それを部分的に除去した後、ポリシリコンゲート
電極106およびN+ 型エミッタ層104を含むP型ベ
ース層103の露出部に金属を堆積させて、金属ゲート
電極108および金属エミッタ電極107をそれぞれ形
成する。
Then, an insulating film 105 is formed again on the polysilicon gate electrode 106 and the P-type base layer 103, and the insulating film 105 is partially removed. Then, the polysilicon gate electrode 106 and the N + -type emitter layer 104 are formed. A metal is deposited on the exposed portion of the P-type base layer 103 including the metal gate electrode 108 and the metal emitter electrode 107, respectively.

【0009】この後、P+ 型コレクタ層101の下に金
属コレクタ電極109を形成して、図6に示したIGB
Tが得られる。なお、N- 型ベース層102をN- 型基
板とし、不純物拡散によりP型コレクタ層101を設け
てなるP+ −N- ウェーハを用いても、同様に、IGB
Tは得られる。
Thereafter, a metal collector electrode 109 is formed under the P + -type collector layer 101, and the IGB shown in FIG.
T is obtained. Even if a P + -N - wafer is used in which the N -type base layer 102 is an N -type substrate and the P-type collector layer 101 is provided by impurity diffusion, the IGB is similarly used.
T is obtained.

【0010】次に、上記したNチャネル型IGBTの動
作原理について説明する。IGBTのターンオンは、金
属エミッタ電極107が接地され、金属コレクタ電極1
09に正電圧が印加された状態で、金属ゲート電極10
8に金属エミッタ電極107に対して正の電圧を印加す
ることにより実現される。
Next, the operating principle of the N-channel IGBT described above will be described. When turning on the IGBT, the metal emitter electrode 107 is grounded and the metal collector electrode 1 is turned on.
09, a positive voltage is applied to the metal gate electrode 10
8 by applying a positive voltage to the metal emitter electrode 107.

【0011】すなわち、金属ゲート電極108に正電圧
が印加されると、MOS−FETと同様、P型ベース層
103の表面に反転チャネルが形成され、この反転チャ
ネルを通して、N+ 型エミッタ層104からN- 型ベー
ス層102内にエレクトロンが流入される。
That is, when a positive voltage is applied to the metal gate electrode 108, an inversion channel is formed on the surface of the P-type base layer 103 like the MOS-FET, and the N + -type emitter layer 104 passes through this inversion channel. Electrons are introduced into the N type base layer 102.

【0012】これに対して、P型コレクタ層101から
- 型ベース層102内に電荷中性条件を満たすように
ホールの注入が起こり、P型コレクタ層101とN-
ベース層102とのPN接合が順バイアス状態となる。
これにより、N- 型ベース層102が伝導度変調を起こ
し、素子を導通状態へと導く。
On the other hand, holes are injected from the P-type collector layer 101 into the N -- type base layer 102 so as to satisfy the charge neutrality condition, and the P-type collector layer 101 and the N -- type base layer 102 are separated from each other. The PN junction becomes forward biased.
As a result, the N type base layer 102 causes conductivity modulation, and brings the element into a conductive state.

【0013】IGBTのオン状態は、以上のように、高
抵抗であるN- 型ベース層102が伝導度変調により、
その抵抗成分が極めて小さくなる。このため、N- 型ベ
ース層102の濃度が低く、かつ、厚い高耐圧素子にお
いても、オン抵抗の極めて小さい特性が得られる。
As described above, when the N - type base layer 102 having a high resistance is subjected to conductivity modulation, the IGBT is turned on.
The resistance component becomes extremely small. For this reason, even in a high breakdown voltage element having a low concentration of the N type base layer 102 and a thick high breakdown voltage element, the characteristics of extremely low on-resistance can be obtained.

【0014】一方、IGBTのターンオフは、金属ゲー
ト電極108に、金属エミッタ電極107に対して負の
電圧を印加することによって実現される。すなわち、金
属ゲート電極108に負電圧が印加されると、反転チャ
ネルは消滅し、N+ 型エミッタ層104からのエレクト
ロンの流入は止まる。しかし、N- 型ベース層102内
には、依然として、エレクトロンが存在する。
On the other hand, turn-off of the IGBT is realized by applying a negative voltage to the metal gate electrode 108 with respect to the metal emitter electrode 107. That is, when a negative voltage is applied to the metal gate electrode 108, the inversion channel disappears and the inflow of electrons from the N + type emitter layer 104 stops. However, electrons are still present in the N -type base layer 102.

【0015】N- 型ベース層102内に蓄積したホール
の大部分は、P型ベース層103を通って金属エミッタ
電極107へ流出するが、一部は、N- 型ベース層10
2内に存在するエレクトロンと再結合して消滅する。
Most of the holes accumulated in the N - type base layer 102 flow out to the metal emitter electrode 107 through the P-type base layer 103, but a part of the holes accumulate in the N - type base layer 10.
It recombines with the electrons existing in 2 and disappears.

【0016】N- 型ベース層102内に蓄積したホール
がすべて消滅した時点で素子は阻止状態となり、ターン
オフが完了する。さて、IGBTは、高耐圧素子の中で
も、極めて低いオン抵抗を示す優れた素子であるが、少
数キャリア素子であるため、ターンオフ時間がMOS−
FETなどのユニポーラ素子に比べて長い。
When all the holes accumulated in the N -- type base layer 102 have disappeared, the device enters the blocking state and the turn-off is completed. The IGBT is an excellent element that exhibits extremely low on-resistance among the high breakdown voltage elements, but since it is a minority carrier element, the turn-off time is MOS-.
It is longer than unipolar elements such as FETs.

【0017】そこで、IGBTのターンオフ時間の高速
化のため、従来は、たとえば図7に示すように、Auや
Ptなどの重金属拡散、もしくは、中性子線、ガンマ
線、電子線などの放射線照射により、N- 型ベース層1
02内全域に再結合中心となる欠陥110を発生させる
ことによって、キャリアライフタイムを小さくする方法
が取られている。
Therefore, in order to speed up the turn-off time of the IGBT, conventionally, for example, as shown in FIG. 7, diffusion of heavy metals such as Au and Pt or irradiation with radiation such as neutron rays, gamma rays, and electron beams has been used. - type base layer 1
A carrier lifetime is shortened by generating a defect 110 which becomes a recombination center in the whole area of 02.

【0018】しかしながら、この方法では、ターンオフ
時間は改善されるが、同時に、N-型ベース層102内
全域のキャリアライフタイムが短縮化されてしまうた
め、N- 型ベース層102内全域での伝導度変調の度合
いも低下してしまい、IGBTの最大の利点である低オ
ン抵抗特性を悪化させるという不具合があった。
However, in this method, the turn-off time is improved, but at the same time, the carrier lifetime in the entire region of the N type base layer 102 is shortened. Therefore, conduction in the entire region of the N type base layer 102 is reduced. The degree of degree modulation also decreases, and there is a problem that the low on-resistance characteristic, which is the greatest advantage of the IGBT, is deteriorated.

【0019】近年、上記の重金属拡散もしくは放射線照
射によるライフタイムコントロール法に代わり、たとえ
ば図8に示すように、He3+やH2+などのイオン種を照
射することにより、N- 型ベース層102内の深さ方向
において、局所的にライフタイムを短縮化することが試
みられている。
In recent years, instead of the above-mentioned lifetime control method by diffusion of heavy metals or irradiation with radiation, for example, as shown in FIG. 8, by irradiating an ion species such as He 3+ or H 2+ , the N - type base layer is irradiated. Attempts have been made to locally shorten the lifetime in the depth direction within 102.

【0020】He3+やH2+などのイオン種は、照射時の
加速電圧を変えるか、または、加速電圧一定で、Al薄
膜をアブソーバとして照射することにより、N- 型ベー
ス層102内の任意の深さに再結合中心となる欠陥11
0を局所的に発生させることができる。
Ion species such as He 3+ and H 2+ change the accelerating voltage at the time of irradiation, or irradiate the Al thin film as an absorber with a constant accelerating voltage, thereby irradiating the N -type base layer 102 with Defect 11 which becomes a recombination center at an arbitrary depth
0 can be generated locally.

【0021】このイオン線照射によるライフタイムコン
トロール法の場合、N- 型ベース層102内の深さ方向
に対して任意に局在化した欠陥110を形成できるの
で、N- 型ベース層102中のホール分布を最適にコン
トロールする(つまり、伝導度変調の度合いを最適化す
る)ことができ、放射線照射などによるライフタイムコ
ントロール法の場合よりも、オン抵抗の増大を招くこと
なく、高速化できる。
[0021] When the life time control method according to the ion beam irradiation, N - since -type base layer 102 defects 110 optionally localized in the depth direction of the can forming, N - type base layer 102 in The hole distribution can be optimally controlled (that is, the degree of conductivity modulation can be optimized), and the speed can be increased without increasing the on-resistance as compared with the case of the lifetime control method by radiation irradiation.

【0022】しかしながら、上記したイオン線照射によ
るライフタイムコントロール法においても、依然とし
て、次のような問題点がある。IGBTの阻止耐圧は、
IGBT内に寄生しているPNP−Trのベース開放降
伏電圧VCBO により実質的に決定されている。このた
め、阻止状態では、たとえば図9に示すように、空乏層
111が成長して寄生PNP−Trのベース層(N-
ベース層102)が空乏化されていく。
However, the above-mentioned lifetime control method by ion beam irradiation still has the following problems. The blocking voltage of the IGBT is
It is substantially determined by the base open breakdown voltage V CBO of the PNP-Tr parasitic in the IGBT. Therefore, in the blocking state, for example, as shown in FIG. 9, the depletion layer 111 grows and the base layer (N type base layer 102) of the parasitic PNP-Tr is depleted.

【0023】このとき、PNP−Trはアーリ効果が生
じ、実効ベース幅WB が変調(短縮)する。実効ベース
幅WB が短くなることにより、寄生PNP−Trのエミ
ッタ接地電流利得βo は、下式の数2にもとづいて増加
する。
At this time, the Early effect occurs in the PNP-Tr, and the effective base width W B is modulated (shortened). As the effective base width W B becomes shorter, the grounded-emitter current gain β o of the parasitic PNP-Tr increases based on the following equation (2).

【0024】[0024]

【数2】 [Equation 2]

【0025】ただし、LP はホールの拡散長、WB は実
効ベース幅、NE ,NB はそれぞれエミッタ濃度,ベー
ス濃度である。ところで、PNP−Trのベース開放降
伏電圧VCBO およびその漏れ電流ICB O と、エミッタ開
放降伏電圧VCEO およびその漏れ電流ICEO には、下式
の数3,数4のような関係がある。
However, L P is the diffusion length of holes, W B is the effective base width, and N E and N B are the emitter concentration and the base concentration, respectively. Meanwhile, related to the open-base breakdown voltage V CBO and its leakage current I CB O of PNP-Tr, the emitter opening breakdown voltage V CEO and its leakage current I CEO, number of the following formula 3, such as the number 4 .

【0026】[0026]

【数3】 [Equation 3]

【0027】[0027]

【数4】 [Equation 4]

【0028】ここで、上記実効ベース幅WB の変調にと
もなう寄生PNP−Trのエミッタ接地電流利得βo
増加は、エミッタ開放降伏電圧VCEO の低下およびその
漏れ電流ICEO の増大、つまり、IGBTのVCES の低
下およびICES の増大を招くことを示唆しており、信頼
性の面で不安定である。
Here, the increase of the grounded emitter current gain β o of the parasitic PNP-Tr accompanying the modulation of the effective base width W B is the decrease of the emitter open breakdown voltage V CEO and the increase of its leakage current I CEO , that is, This suggests that it causes a decrease in V CES and an increase in I CES of the IGBT, and is unstable in terms of reliability.

【0029】先に述べたように、電子線の照射などによ
ってN- 型ベース層102内全域を低ライフタイム化し
た場合、空乏化が進み、実効ベース幅WB が小さくなっ
ても、非空乏化領域でのホールの拡散長LP が十二分に
低いため、寄生PNP−Trのエミッタ接地電流利得β
o はほとんど増加しない。
As described above, when the lifetime of the entire N type base layer 102 is reduced by electron beam irradiation or the like, depletion progresses, and even if the effective base width W B becomes small, non-depletion is performed. Since the hole diffusion length L P in the charge region is sufficiently low, the grounded emitter current gain β of the parasitic PNP-Tr is
o hardly increases.

【0030】これに対し、イオン線照射によりN- 型ベ
ース層102内に局在化した低ライフタイム層(欠陥1
10)を形成した場合では、局在化した低ライフタイム
層が空乏層111内に取り込まれてしまうと、急激に寄
生PNP−Trのエミッタ接地電流利得βo が増加す
る。これが、VCES の低下およびICES の増大を引き起
こし、素子を熱暴走させたり、時には、熱破壊にいたら
せる。次に、スイッチング動作時における問題点につい
て説明する。IGBTのコレクタ電流IC は、下式の数
5により示される。
On the other hand, the low lifetime layer (defect 1) localized in the N -- type base layer 102 by ion beam irradiation.
In the case of forming 10), if the localized low lifetime layer is taken into the depletion layer 111, the grounded emitter current gain β o of the parasitic PNP-Tr rapidly increases. This causes V CES to drop and I CES to increase, causing thermal runaway and sometimes thermal breakdown of the device. Next, problems in switching operation will be described. The collector current I C of the IGBT is represented by the following equation (5).

【0031】[0031]

【数5】 [Equation 5]

【0032】ただし、Zはチャネル周囲長、Lはチャネ
ル長、μnは移動度、Co はゲート絶縁膜容量、VG
ゲート電圧、VT はしきい値電圧、VC はコレクタ電圧
である。
Here, Z is the channel peripheral length, L is the channel length, μn is the mobility, C o is the gate insulating film capacitance, V G is the gate voltage, V T is the threshold voltage, and V C is the collector voltage. .

【0033】このスイッチング動作時においても、上記
の場合と同様に、スイッチングターンオフ時に局在化し
た低ライフタイム層が空乏層111内に取り込まれる
と、寄生PNP−Trのエミッタ接地電流利得βo の増
加にともなって、IGBTのコレクタ電流IC が変曲し
てしまい、スイッチングオフ時の電流・電圧積である、
スイッチングターンオフロスが増大してしまうという不
具合があった(図10参照)。
Also in this switching operation, when the low lifetime layer localized at the time of switching turn-off is taken into the depletion layer 111 as in the above case, the grounded emitter current gain β o of the parasitic PNP-Tr is reduced. With the increase, the collector current I C of the IGBT is changed, which is a current-voltage product at the time of switching off.
There is a problem that switching turn-off loss increases (see FIG. 10).

【0034】これらの問題に関しては、たとえば、N-
型ベース層102の厚さおよび濃度を、下式の数6を満
足するように設計することによって、ある程度は解決で
きる。
[0034] With respect to these issues, for example, N -
It can be solved to some extent by designing the thickness and concentration of the mold base layer 102 so as to satisfy Expression 6 below.

【0035】[0035]

【数6】 [Equation 6]

【0036】ただし、WB は実効ベース幅、εS ,εO
はそれぞれシリコンの誘電率および真空誘電率、Vbiは
P型ベース層103とN- 型ベース層102とのPN接
合の内部電圧、Vはコレクタ電圧((所望の耐圧値)逆
バイアスの場合は負の値を取る)、NB はベース濃度、
qは電荷量である。
Where W B is the effective base width, ε S , ε O
Is the permittivity and vacuum permittivity of silicon, Vbi is the internal voltage of the PN junction between the P-type base layer 103 and the N type base layer 102, and V is the collector voltage ((desired withstand voltage value) is negative in the case of reverse bias. , N B is the base concentration,
q is the amount of charge.

【0037】また、上記数6の式の第1項は、ある印加
電圧における空乏層111の幅を示すものであり、第2
項は、イオン線照射によって形成される欠陥110の分
布幅である。
The first term of the equation (6) represents the width of the depletion layer 111 at a given applied voltage, and the second term
The term is the distribution width of the defects 110 formed by ion beam irradiation.

【0038】シリコン中への、He3+,H2+などのイオ
ン種を照射した場合の欠陥分布幅は、たとえば図11に
示すように、SR(Spreding Resistance )法によると
40μm程度であり、イオン種のドーズ量や基板濃度の
依存をほとんど受けない。
The defect distribution width in the case of irradiating silicon with ion species such as He 3+ , H 2+ is about 40 μm according to the SR (Spreding Resistance) method, as shown in FIG. It is hardly affected by the dose of ionic species and the substrate concentration.

【0039】よって、上記の数6の式を満足させるよう
に、実効ベース幅WB を所望の耐圧になるように設定し
てやれば、イオン線の照射によって形成された、局在化
した低ライフタイム層はブレークダウンしても非空乏化
領域内におさまるため、十二分に低いエミッタ接地電流
利得βo を維持する。
Therefore, if the effective base width W B is set so as to have a desired breakdown voltage so as to satisfy the above equation (6), the localized low lifetime formed by the irradiation of the ion beam is achieved. Even if the layer breaks down, it stays within the non-depleted region, thus maintaining a sufficiently low grounded emitter current gain β o .

【0040】すなわち、実効ベース幅WB を40μm以
上に設定すれば、寄生PNP−Trのエミッタ接地電流
利得βo の変調(増加)を抑えることができ、耐圧の劣
化や漏れ電流の増大、および、スイッチングターンオフ
ロスの増大といった問題を回避できる。
That is, if the effective base width W B is set to 40 μm or more, modulation (increase) of the grounded emitter current gain β o of the parasitic PNP-Tr can be suppressed, deterioration of breakdown voltage and increase of leakage current, and It is possible to avoid problems such as an increase in switching turn-off loss.

【0041】しかし、上記した数6の式の条件を満足す
るようにした場合にも、なお、次のような問題を有して
いた。すなわち、IGBTのターンオフは、前述したよ
うに、大半はキャリアライフタイムにより律速されてい
るが、BJTなどの他のバイポーラ素子と同様に、ター
ンオフ時にP型ベース層103とN- 型ベース層102
とのPN接合が逆バイアスされることによって形成され
る空乏層により、N- 型ベース層102内の少数キャリ
ア(ホール)が強制的に掃き出されることにも大きく左
右される。
However, even when the condition of the equation (6) is satisfied, the following problem still occurs. That is, as described above, the turn-off of the IGBT is mostly controlled by the carrier lifetime, but like the other bipolar devices such as BJT, the P-type base layer 103 and the N -type base layer 102 are turned off at the time of turn-off.
The depletion layer formed by reversely biasing the PN junction of the and is also largely influenced by the minority carriers (holes) in the N type base layer 102 being forced out.

【0042】このため、電源電圧が素子耐圧以下(通常
は、規格の約半分程度で使用されることが多い)の場
合、たとえば図12に示すように、低ライフタイム化さ
れていない非空乏化領域が過多に残り、過剰少数キャリ
アが多く残存することにより、テール電流が増大する。
Therefore, when the power supply voltage is equal to or lower than the withstand voltage of the element (usually about half of the standard is used in most cases), for example, as shown in FIG. The tail current increases due to the excess area and the large excess minority carrier remaining.

【0043】この問題は、単純にイオン線照射の際のド
ーズ量を増やすことで解決できるが、当然の如く、オン
電圧が急激に悪化する。なお、従来においては、たとえ
ば図13に示すように、P型コレクタ層101とN-
ベース層102との間にN+ 型バッファ層120を設け
た構成(P+ −N+ −N- ウェーハ)のIGBTも実用
化されているが、このIGBTにおいても、上記IGB
Tと同様の問題があった。
This problem can be solved by simply increasing the dose amount at the time of ion beam irradiation, but as a matter of course, the on-voltage sharply deteriorates. Incidentally, in the prior art, for example, as shown in FIG. 13, a structure in which an N + type buffer layer 120 is provided between a P type collector layer 101 and an N type base layer 102 (P + −N + −N wafer). ) IGBT has also been put to practical use, but in this IGBT as well, the above-mentioned IGBT
There was a problem similar to T.

【0044】[0044]

【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
においては、耐圧の劣化や漏れ電流の増大、および、ス
イッチングターンオフロスの増大を、実効ベース幅WB
の耐圧の設定により回避するようにした場合、電源電圧
が低いとテール電流が増大するという問題があった。
As described above, in the conventional case, the effective base width W B is reduced by reducing the breakdown voltage, increasing the leakage current, and increasing the switching turn-off loss.
In the case of avoiding it by setting the withstand voltage, there is a problem that the tail current increases when the power supply voltage is low.

【0045】そこで、この発明は、耐圧の劣化や漏れ電
流の増大を招くことなく、高信頼性で、かつ、電源電圧
が比較的低い場合にもテール電流が小さく、しかも、オ
ン電圧およびターンオフ時間のトレードオフを改善する
ことが可能な半導体装置を提供することを目的としてい
る。
Therefore, according to the present invention, the breakdown voltage is not deteriorated and the leakage current is not increased, the reliability is high, the tail current is small even when the power supply voltage is relatively low, and the on-voltage and the turn-off time are small. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device capable of improving the trade-off.

【0046】[0046]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明の半導体装置にあっては、第1導電型の
半導体層からなる第1の領域と、この第1の領域の一主
面に選択的に形成された第2導電型の半導体層からなる
第2の領域と、この第2の領域の一主面に選択的に形成
された第1導電型の半導体層からなる第3の領域と、前
記第1の領域の他主面に形成された第2導電型の半導体
層からなる第4の領域と、前記第2の領域上の少なくと
も一部を含んで、前記第1の領域上に絶縁膜を介して形
成された制御電極と、前記第3の領域上の少なくとも一
部を含んで、前記第2の領域上に形成された第1電極
と、前記第4の領域上に形成された第2電極と、前記第
1の領域内に局在化して配置された、前記第4の領域に
近いほど、深い再結合順位を有する複数の再結合中心格
子欠陥とから構成されている。
In order to achieve the above object, in a semiconductor device of the present invention, a first region formed of a semiconductor layer of a first conductivity type and one of the first region are formed. A second region formed of a semiconductor layer of the second conductivity type selectively formed on the main surface, and a second region formed of a semiconductor layer of the first conductivity type selectively formed on one main surface of the second region. The third region, the fourth region formed of the second conductivity type semiconductor layer formed on the other main surface of the first region, and at least a part of the second region, A control electrode formed on the second region via an insulating film, a first electrode formed on the second region and including at least a part of the third region, and a fourth region. a second conductive electrode formed on the upper, arranged localized in the first region, the fourth region
It is composed of a plurality of recombination center lattice defects having a deeper recombination order .

【0047】この発明の半導体装置によれば、非空乏化
領域のほぼ全域を実質的に低ライフタイム化できるよう
になる。これにより、外部電源電圧が比較的低く、非空
乏化領域が過多に残る場合にも、非空乏化領域内の過剰
少数キャリアを減らすことが可能となるものである。
According to the semiconductor device of the present invention, it is possible to substantially shorten the lifetime of almost the entire non-depleted region. This makes it possible to reduce the excess minority carriers in the non-depleted region even when the external power supply voltage is relatively low and the non-depleted region remains excessive.

【0048】[0048]

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。図1は、本発明の実施の
一形態にかかる、伝導度変調型の半導体装置、いわゆ
る、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor )
の概略構成を示すものである。なお、ここでは、Nチャ
ネル型を例に、1200V系のIGBTについて説明す
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a semiconductor device of conductivity modulation type according to an embodiment of the present invention, so-called IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).
FIG. Here, an N-channel type IGBT will be described as an example of a 1200V-system IGBT.

【0049】たとえば、低不純物濃度の高抵抗N- 型ベ
ース層(第1の領域)11の表面には、P型ベース層
(第2の領域)12が選択的に形成されている。このP
型ベース層12の表面には、N+ 型エミッタ層(第3の
領域)13が選択的に形成されている。
For example, a P-type base layer (second region) 12 is selectively formed on the surface of a high resistance N -- type base layer (first region) 11 having a low impurity concentration. This P
An N + type emitter layer (third region) 13 is selectively formed on the surface of the type base layer 12.

【0050】そして、上記N- 型ベース層11、およ
び、このN- 型ベース層11に隣接する上記P型ベース
層12の表面には、薄い絶縁膜14を介して、ポリシリ
コンゲート電極(制御電極)15が設けられている。
Then, on the surface of the N type base layer 11 and the P type base layer 12 adjacent to the N type base layer 11, a polysilicon gate electrode (control layer) is formed via a thin insulating film 14. The electrode) 15 is provided.

【0051】また、上記N+ 型エミッタ層13、およ
び、このN+ 型エミッタ層13に挟まれた上記P型ベー
ス層12の表面には、それぞれを短絡するようにして、
金属エミッタ電極(第1電極)16が設けられている。
The surfaces of the N + type emitter layer 13 and the P type base layer 12 sandwiched by the N + type emitter layer 13 are short-circuited to each other.
A metal emitter electrode (first electrode) 16 is provided.

【0052】さらに、上記ポリシリコンゲート電極15
上には、これに接続されて、金属ゲート電極17が設け
られている。一方、上記N- 型ベース層11の裏面に
は、P型コレクタ層(第4の領域)18が形成されてい
るとともに、これに接続されて、金属コレクタ電極(第
2電極)19が設けられている。
Further, the polysilicon gate electrode 15
A metal gate electrode 17 is provided above and connected to it. On the other hand, a P-type collector layer (fourth region) 18 is formed on the back surface of the N type base layer 11, and a metal collector electrode (second electrode) 19 is provided so as to be connected to the P-type collector layer 18. ing.

【0053】そして、上記N- 型ベース層11内には、
たとえば、上記P型コレクタ層18との接面より20μ
mほどのところに欠陥ピークを有する第1の低ライフタ
イム層(再結合中心格子欠陥)21と、上記P型コレク
タ層18との接面より60μmほどのところに欠陥ピー
クを有する第2の低ライフタイム層22とが、それぞれ
配置されている。
Then, in the N -- type base layer 11,
For example, 20 μm from the contact surface with the P-type collector layer 18
The first low lifetime layer (recombination center lattice defect) 21 having a defect peak at about m m and the second low lifetime layer having a defect peak at about 60 μm from the contact surface with the P-type collector layer 18. The lifetime layers 22 and 22 are arranged respectively.

【0054】上記第1,第2の低ライフタイム層21,
22の形成は、たとえば、金属コレクタ電極19側よ
り、厚さの異なるAl薄膜をアブソーバとして、H2+
イオン種をそれぞれ照射することによって行われる。
The first and second low lifetime layers 21,
The formation of 22 is performed, for example, by irradiating H 2+ ion species from the side of the metal collector electrode 19 using Al thin films having different thicknesses as absorbers.

【0055】次に、上記したNチャネル型IGBTの製
造方法について説明する。まず、たとえば、シリコンに
リンなどの不純物をドーピングし、不純物濃度が低く
て、比抵抗が70Ω・cmとされた、280μm厚の基
板(N- 型ベース層11)を用意する。
Next, a method of manufacturing the above N-channel IGBT will be described. First, for example, silicon is doped with impurities such as phosphorus to prepare a substrate (N -type base layer 11) having a low impurity concentration and a specific resistance of 70 Ω · cm and having a thickness of 280 μm.

【0056】そして、その基板の裏面にBSG膜をCV
D(Chemical Vapor Deposition )法により形成した
後、これを拡散源として、P型コレクタ層18を80μ
mの厚さで拡散形成する。
Then, a BSG film is CVed on the back surface of the substrate.
After being formed by the D (Chemical Vapor Deposition) method, the P-type collector layer 18 is formed with a thickness of 80 μm using this as a diffusion source.
Diffusion is formed with a thickness of m.

【0057】BSG膜を除去した後、N- 型ベース層1
1の表面を酸化して絶縁膜14を1000オングストロ
ーム程度の膜厚で形成し、その上に、約5000オング
ストロームの厚さでポリシリコンを形成する。
After removing the BSG film, the N -- type base layer 1
The surface of No. 1 is oxidized to form an insulating film 14 with a film thickness of about 1000 angstroms, and polysilicon is formed thereon with a thickness of about 5000 angstroms.

【0058】この後、ポリシリコンを部分的に開孔して
ポリシリコンゲート電極15を形成するとともに、この
ポリシリコンゲート電極15をマスクにボロンを8μm
程度の厚さで拡散してP型ベース層12を形成する。
After that, polysilicon is partially opened to form a polysilicon gate electrode 15, and boron is 8 μm with the polysilicon gate electrode 15 as a mask.
The P-type base layer 12 is formed by being diffused with a certain thickness.

【0059】次いで、ポリシリコンゲート電極15間の
絶縁膜14を部分的に開孔し、それをエミッタ形成用の
マスクとし、ドーズ量5×1015cm-2程度の条件に
て、Asのイオン注入を行い、熱処理して、P型ベース
層12内にN+ 型エミッタ層13を形成する。
Then, the insulating film 14 between the polysilicon gate electrodes 15 is partially opened, and it is used as a mask for forming an emitter, and ions of As are used under the condition of a dose amount of about 5 × 10 15 cm −2. Implantation is performed and heat treatment is performed to form an N + -type emitter layer 13 in the P-type base layer 12.

【0060】再度、表面にCVD法により絶縁膜14を
15000オングストローム程度の厚さで形成した後、
この絶縁膜14を選択的に除去し、上記ポリシリコンゲ
ート電極15上、上記P型ベース層12および上記N+
型エミッタ層13上の一部がそれぞれ露出するように開
孔する。
After again forming the insulating film 14 on the surface by the CVD method to a thickness of about 15000 Å,
The insulating film 14 is selectively removed, and the polysilicon gate electrode 15, the P-type base layer 12 and the N + are removed.
Opening is performed so that parts of the mold emitter layer 13 are exposed.

【0061】そして、その開孔内を埋め込むように表面
上にAlなどの金属膜を形成し、それをパターニングし
て、上記金属エミッタ電極16および上記金属ゲート電
極17をそれぞれ形成する。
Then, a metal film of Al or the like is formed on the surface so as to fill the inside of the opening, and is patterned to form the metal emitter electrode 16 and the metal gate electrode 17, respectively.

【0062】一方、N- 型ベース層11の裏面に形成さ
れた、上記P型コレクタ層18の表面にはVまたはAu
などの金属膜を形成し、これを、金属コレクタ電極19
とする。
On the other hand, V or Au is formed on the surface of the P type collector layer 18 formed on the back surface of the N type base layer 11.
A metal film such as a metal film is formed on the metal collector electrode 19
And

【0063】また、金属コレクタ電極19上に、75μ
m程度の厚さのAl薄膜をアブソーバとして形成して素
子の裏面を保護するとともに、この裏面から、加速電圧
4.5MeV、ドーズ量1×1010〜1×1012cm-2
の条件にて、1回目のH2+の照射を行って、N- 型ベー
ス層11内に第1の低ライフタイム層21を形成する。
このとき、第1の低ライフタイム層21は、P型コレク
タ層18より20μm付近のところに欠陥ピークが形成
され、そのピーク位置に対して±20μmの分布幅をと
る。
On the metal collector electrode 19, 75 μ
An Al thin film having a thickness of about m is formed as an absorber to protect the back surface of the element, and from this back surface, an acceleration voltage of 4.5 MeV and a dose amount of 1 × 10 10 to 1 × 10 12 cm -2 are applied.
Under the conditions described above, the first irradiation of H 2+ is performed to form the first low lifetime layer 21 in the N type base layer 11.
At this time, in the first low lifetime layer 21, a defect peak is formed in the vicinity of 20 μm from the P-type collector layer 18, and the distribution width is ± 20 μm with respect to the peak position.

【0064】続いて、35μm程度の厚さのAl薄膜を
アブソーバとして素子の裏面を保護し、この裏面から、
加速電圧4.5MeV、ドーズ量1×109 〜1×10
11-2の条件にて、2回目のH2+の照射を行って、N-
型ベース層11内に第2の低ライフタイム層22を形成
する。このとき、第2の低ライフタイム層22は、P型
コレクタ層18より60μm付近のところに欠陥ピーク
が形成され、そのピーク位置に対して±20μmの分布
幅をとる。
Subsequently, the back surface of the element is protected by using an Al thin film having a thickness of about 35 μm as an absorber, and from this back surface,
Acceleration voltage 4.5 MeV, dose amount 1 × 10 9 to 1 × 10
11 under conditions of m -2, performs irradiation of the second H 2+, N -
A second low lifetime layer 22 is formed in the mold base layer 11. At this time, in the second low lifetime layer 22, a defect peak is formed in the vicinity of 60 μm from the P-type collector layer 18, and the distribution width is ± 20 μm with respect to the peak position.

【0065】以上のようにして、図1に示した構造の、
Nチャネル型のIGBTが完成される。図2は、上記し
たNチャネル型のIGBTにおける、低ライフタイム層
21,22の形成にともなう、N- 型ベース層11中で
のホールの分布の状態を示すものである。
As described above, in the structure shown in FIG.
The N-channel type IGBT is completed. FIG. 2 shows a state of hole distribution in the N type base layer 11 with the formation of the low lifetime layers 21 and 22 in the N channel type IGBT described above.

【0066】このような構成によれば、電源電圧が比較
的低く、非空乏化領域11aが過多に残ったとしても、
非空乏化領域11aは1回目および2回目のH2+の照射
により実質的にほぼ全域が低ライフタイム化されている
ため、非空乏化領域11a内での過剰少数キャリアが少
なく、テール電流を効率的に低減できる。
According to this structure, even if the power supply voltage is relatively low and the non-depleted region 11a remains excessively,
Since the non-depleted region 11a has a substantially reduced lifetime almost entirely by the first and second irradiations with H 2+ , the excess minority carriers in the non-depleted region 11a are small and the tail current is reduced. It can be reduced efficiently.

【0067】すなわち、このIGBTの場合、実効ベー
ス幅WB が約190μmになるように、N- 型ベース層
11の厚さが上記数6の式の条件を満足する280μm
に設定されている。これにより、たとえば電源電圧が6
00Vのとき、空乏層11bの延び幅は約110μmと
なり、非空乏化領域11aの残り幅が約80μmとなる
が、60μm付近には局在化した第2の低ライフタイム
層22が存在するため、非空乏化領域11a内全域が完
全に低ライフタイム化される。
That is, in the case of this IGBT, the thickness of the N -type base layer 11 satisfies the condition of the equation (6) so that the effective base width W B becomes about 190 μm.
Is set to. As a result, for example, the power supply voltage is 6
At 00V, the extension width of the depletion layer 11b is about 110 μm, and the remaining width of the non-depletion region 11a is about 80 μm, but since the localized second low lifetime layer 22 exists near 60 μm. The entire lifetime in the non-depleted region 11a is completely reduced.

【0068】また、2回目のH2+の照射量は1回目より
も1オーダ低い、つまり、2回目のイオン線照射による
低ライフタイム層22は、1回目のイオン線照射による
低ライフタイム層21の再結合順位よりも浅いため、オ
ン電圧の極端な増大を招くこともない。
The dose of H 2+ for the second irradiation is lower than that for the first irradiation by one order, that is, the low lifetime layer 22 by the second ion beam irradiation is the low lifetime layer by the first ion beam irradiation. Since it is shallower than the recombination order of No. 21, the on-voltage is not extremely increased.

【0069】しかも、1回目のH2+の照射によって局在
化して形成された低ライフタイム層21により、寄生P
NP−Trのエミッタ接地電流利得βo は律速されるた
め、電源電圧が上り、2回目のH2+の照射により局在化
して形成された低ライフタイム層22が空乏層11b内
に取り込まれたとしても、エミッタ接地電流利得βo
変調は無視でき、耐圧の低下やICES およびスイッチン
グターンオフロスの増大を招くこともない。
Moreover, the low lifetime layer 21 localized and formed by the first irradiation of H 2+ causes parasitic P
Since the grounded-emitter current gain β o of NP-Tr is rate-controlled, the power supply voltage rises, and the low lifetime layer 22 formed by being localized by the second irradiation of H 2+ is taken into the depletion layer 11b. Even in this case, the modulation of the grounded-emitter current gain β o can be ignored, and the breakdown voltage is not lowered and the I CES and the switching turn-off loss are not increased.

【0070】図3は、上記した構造のIGBT(本発明
素子)におけるトレードオフカーブを、従来素子と比較
して示すものである。なお、ここでは、1回のイオン線
照射により局在化した低ライフタイム層を形成してなる
IGBTを従来素子として示している。
FIG. 3 shows a trade-off curve in the IGBT (element of the present invention) having the above-mentioned structure, in comparison with the conventional element. Incidentally, here, an IGBT formed by forming a localized low lifetime layer by one-time ion beam irradiation is shown as a conventional element.

【0071】この図からも明らかなように、本発明素子
によれば、電源電圧が素子耐圧以下(600V)の場合
においても、フォールタイム(スイッチング特性)tf
に対するコレクタ〜エミッタ間飽和電圧VCE(オン電圧
特性)が従来素子よりも小さくなって、トレードオフが
改善されていることが分かる。
As is apparent from this figure, according to the element of the present invention, the fall time (switching characteristic) tf is obtained even when the power supply voltage is equal to or lower than the element withstand voltage (600 V).
It can be seen that the collector-emitter saturation voltage V CE (on-voltage characteristic) with respect to is smaller than that of the conventional device, and the trade-off is improved.

【0072】上記したように、N- 型ベース層中の非空
乏化領域内のほぼ全域を実質的に低ライフタイム化でき
るようにしている。すなわち、N- 型ベース層内のP型
コレクタ層より20μm付近のところと60μm付近の
ところとに、それぞれ局在化した低ライフタイム層を形
成するようにしている。これにより、外部電源電圧が比
較的低く、非空乏化領域が過多に残る場合にも、非空乏
化領域内全域を完全に低ライフタイム化できるようにな
る。したがって、非空乏化領域内の過剰少数キャリアを
減らすことが可能となり、テール電流を効率的に低減で
きるようになるものである。
As described above, substantially the entire lifetime of the non-depleted region in the N -- type base layer can be shortened. That is, the localized low lifetime layers are formed in the N -type base layer at the positions of 20 μm and 60 μm from the P-type collector layer. As a result, even when the external power supply voltage is relatively low and the non-depletion region is excessively left, the entire lifetime of the non-depletion region can be shortened. Therefore, the excess minority carriers in the non-depleted region can be reduced, and the tail current can be efficiently reduced.

【0073】しかも、60μm付近のところに局在化し
て形成される低ライフタイム層は、20μm付近のとこ
ろに局在化して形成される低ライフタイム層の再結合順
位よりも浅いため、オン電圧の極端な増大を招くことも
ない。
Moreover, since the low lifetime layer localized and formed near 60 μm is shallower than the recombination order of the low lifetime layer localized and formed near 20 μm, the on-voltage is reduced. It does not cause an extreme increase in

【0074】さらに、20μm付近のところに局在化し
て形成された低ライフタイム層が空乏層内に取り込まれ
ることがないように設計されているため、耐圧の低下や
漏れ電流の増大、および、スイッチングターンオフロス
の増大を招くこともない。
Further, since the low lifetime layer formed localized near 20 μm is designed not to be taken into the depletion layer, the breakdown voltage is lowered and the leakage current is increased. There is no increase in switching turn-off loss.

【0075】なお、上記した本発明の実施の一形態にお
いては、低ライフタイム層の形成にH2+を照射するよう
にした場合について説明したが、これに限らず、たとえ
ばHe3+や重陽子(Deuteron)などを照射することによ
っても同様に実施できる。
In the above-described embodiment of the present invention, the case of irradiating H 2+ for forming the low lifetime layer has been described, but the present invention is not limited to this, and for example, He 3+ or heavy ions may be used. The same can be done by irradiating with protons (Deuteron) or the like.

【0076】また、2回のイオン線照射によらず、必要
に応じて、飛程の異なる複数回のイオン線照射を施すよ
うにしても良い。また、イオン線照射のみに限らず、軽
度の電子線照射を組み合わせるようにすることも可能で
ある。
Further, instead of performing the ion beam irradiation twice, the ion beam irradiation may be performed a plurality of times with different ranges, if necessary. Further, it is possible to combine not only ion beam irradiation but also light electron beam irradiation.

【0077】また、図4に示すように、凹凸形状を有し
てP型コレクタ層18´を形成するようにしても良い。
この場合、実効ベース幅WB をP型コレクタ層18´の
凸状部分によって決定するようにすれば、図1に示した
構造のIGBTとほぼ同等の効果が期待できる。
Further, as shown in FIG. 4, the P-type collector layer 18 'may be formed to have an uneven shape.
In this case, if the effective base width W B is determined by the convex portion of the P-type collector layer 18 ′, an effect substantially equivalent to that of the IGBT having the structure shown in FIG. 1 can be expected.

【0078】しかも、凹状部分については、実効ベース
幅WB が長くなる分、この領域でのエミッタ接地電流利
得βo が大きくなり、耐圧の劣化や漏れ電流に関しては
図1に示した構造のIGBTよりも有利である。
Moreover, in the concave portion, the effective base width W B becomes longer, the grounded-emitter current gain β o in this region becomes larger, and the IGBT having the structure shown in FIG. Is more advantageous than.

【0079】また、図5に示すように、N- 型ベース層
11とP型コレクタ層18との間にN+ 型バッファ層3
0を設けてなる構成のIGBTにも適用可能である。さ
らに、1200V系のNチャネル型IGBTに限らず、
たとえばPチャネル型のIGBTにも同様に適用できる
ことはいうまでもなく、また、1200V系以外のIG
BTにも同様に適用可能である。その他、この発明の要
旨を変えない範囲において、種々変形実施可能なことは
勿論である。
Further, as shown in FIG. 5, the N + type buffer layer 3 is provided between the N type base layer 11 and the P type collector layer 18.
It is also applicable to an IGBT having a configuration in which 0 is provided. Furthermore, it is not limited to the 1200V system N-channel IGBT,
For example, it goes without saying that it can be applied to a P-channel type IGBT in the same manner.
The same is applicable to BT. Of course, various modifications can be made without departing from the scope of the invention.

【0080】[0080]

【発明の効果】以上、詳述したようにこの発明によれ
ば、耐圧の劣化や漏れ電流の増大を招くことなく、高信
頼性で、かつ、電源電圧が比較的低い場合にもテール電
流が小さく、しかも、オン電圧およびターンオフ時間の
トレードオフを改善することが可能な半導体装置を提供
できる。
As described above in detail, according to the present invention, the tail current is highly reliable without causing deterioration of breakdown voltage and increase of leakage current and also when the power supply voltage is relatively low. It is possible to provide a semiconductor device that is small and that can improve the trade-off between the on-voltage and the turn-off time.

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

【図1】この発明の実施の一形態にかかる、Nチャネル
型のIGBTの概略構成を示す断面図。
FIG. 1 is a sectional view showing a schematic configuration of an N-channel type IGBT according to an embodiment of the present invention.

【図2】同じく、Nチャネル型のIGBTにおける、N
- 型ベース層中でのホールの分布の状態を示す概略図。
FIG. 2 is an N-type IGBT in which N
- schematic diagram showing the state of distribution of holes in the mold base layer.

【図3】同じく、Nチャネル型のIGBTにおけるトレ
ードオフカーブを、従来素子と比較して示す概略図。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a trade-off curve of an N-channel IGBT in comparison with a conventional device.

【図4】この発明の実施の他の形態にかかる、Nチャネ
ル型のIGBTの概略断面図。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of an N-channel type IGBT according to another embodiment of the present invention.

【図5】この発明の実施のさらに他の形態にかかる、N
チャネル型のIGBTの概略断面図。
FIG. 5 shows an N according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a channel type IGBT.

【図6】従来技術とその問題点を説明するために示す、
Nチャネル型のIGBTの概略断面図。
FIG. 6 is shown for explaining the related art and its problems,
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of an N-channel type IGBT.

【図7】同じく、電子線の照射による、低キャリアライ
フタイム法について説明するために示す概略図。
FIG. 7 is a schematic diagram similarly shown for explaining a low carrier lifetime method by electron beam irradiation.

【図8】同じく、イオン線の照射による、低キャリアラ
イフタイム法について説明するために示す概略図。
FIG. 8 is a schematic diagram for explaining a low carrier lifetime method by ion beam irradiation.

【図9】同じく、IGBTの阻止状態における空乏層の
成長とその等価回路について示す概略図。
FIG. 9 is a schematic diagram showing growth of a depletion layer and its equivalent circuit in a blocking state of an IGBT.

【図10】同じく、IGBTのターンオフ波形を示す概
略図。
FIG. 10 is a schematic diagram showing an IGBT turn-off waveform.

【図11】同じく、イオン線照射による欠陥分布プロフ
ァイルの、ドーズ量の依存性を説明するために示す概略
図。
FIG. 11 is a schematic diagram for explaining the dependency of the dose distribution on the defect distribution profile due to ion beam irradiation.

【図12】同じく、テール電流の電源電圧に対する依存
性を説明するために示す概略図。
FIG. 12 is a schematic diagram similarly illustrating the dependence of the tail current on the power supply voltage.

【図13】同じく、Nチャネル型のIGBTの他の構成
を示す概略断面図。
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing another configuration of the N-channel type IGBT similarly.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11…N- 型ベース層 11a…非空乏化領域 11b…空乏層 12…P型ベース層 13…N+ 型エミッタ層 14…絶縁膜 15…ポリシリコンゲート電極 16…金属エミッタ電極 17…金属ゲート電極 18…P型コレクタ層 19…金属コレクタ電極 21…第1の低ライフタイム層 22…第2の低ライフタイム層11 ... N - type base layer 11a ... Non-depleted region 11b ... Depletion layer 12 ... P type base layer 13 ... N + type emitter layer 14 ... Insulating film 15 ... Polysilicon gate electrode 16 ... Metal emitter electrode 17 ... Metal gate electrode 18 ... P-type collector layer 19 ... Metal collector electrode 21 ... First low lifetime layer 22 ... Second low lifetime layer

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 第1導電型の半導体層からなる第1の領
域と、 この第1の領域の一主面に選択的に形成された第2導電
型の半導体層からなる第2の領域と、 この第2の領域の一主面に選択的に形成された第1導電
型の半導体層からなる第3の領域と、 前記第1の領域の他主面に形成された第2導電型の半導
体層からなる第4の領域と、 前記第2の領域上の少なくとも一部を含んで、前記第1
の領域上に絶縁膜を介して形成された制御電極と、 前記第3の領域上の少なくとも一部を含んで、前記第2
の領域上に形成された第1電極と、 前記第4の領域上に形成された第2電極と、 前記第1の領域内に局在化して配置された、前記第4の
領域に近いほど、深い再結合順位を有する複数の再結合
中心格子欠陥とを具備したことを特徴とする半導体装
置。
1. A first region made of a semiconductor layer of a first conductivity type, and a second region made of a semiconductor layer of a second conductivity type selectively formed on one main surface of the first region. A third region formed of a semiconductor layer of the first conductivity type selectively formed on one main surface of the second region, and a second conductivity type of the second region formed on the other main surface of the first region. A fourth region including a semiconductor layer, and at least a part of the second region, the first region
The control electrode formed on the area of the second electrode via an insulating film, and the second electrode including at least a part of the third area.
Of a first electrode formed on a region, and a second conductive electrode formed on the fourth region, the disposed localized in the first region, said fourth
A semiconductor device having a plurality of recombination center lattice defects having a deeper recombination order closer to the region .
【請求項2】 第1導電型の半導体層からなる第1の領
域と、 この第1の領域の一主面に選択的に形成された第2導電
型の半導体層からなる第2の領域と、 この第2の領域の一主面に選択的に形成された第1導電
型の半導体層からなる第3の領域と、 前記第1の領域の他主面に形成された第2導電型の半導
体層からなる第4の領域と、 前記第2の領域上の少なくとも一部を含んで、前記第1
の領域上に絶縁膜を介して形成された制御電極と、 前記第3の領域上の少なくとも一部を含んで、前記第2
の領域上に形成された第1電極と、 前記第4の領域上に形成された第2電極と、 前記第1の領域内に局在化して配置された複数の再結合
中心格子欠陥とを具備し 前記複数の再結合中心格子欠陥のうち、最も深い再結合
順位を有する再結合中心格子欠陥は、その再結合中心の
ピーク値が、非空乏化領域の幅が少なくとも40μm以
上とされた前記第1の領域の、他主面から20μm付近
のところにある ことを特徴とする半導体装置。
2. A first region made of a semiconductor layer of a first conductivity type, and a second region made of a semiconductor layer of a second conductivity type selectively formed on one main surface of the first region. A third region formed of a semiconductor layer of the first conductivity type selectively formed on one main surface of the second region, and a second conductivity type of the second region formed on the other main surface of the first region. A fourth region including a semiconductor layer, and at least a part of the second region, the first region
The control electrode formed on the area of the second electrode via an insulating film, and the second electrode including at least a part of the third area.
A first electrode formed on a region of a second conductive electrode formed on the fourth region, and a plurality of recombination centers lattice defects disposed localized in the first region comprising a, among the plurality of recombination centers lattice defects, the deepest recombination
A recombination center lattice defect with an order is
The peak value is such that the width of the non-depleted region is at least 40 μm or less.
Near 20 μm from the other main surface of the above-mentioned first region
The semiconductor device characterized in that
【請求項3】 第1導電型の半導体層からなる第1の領
域と、 この第1の領域の一主面に選択的に形成された第2導電
型の半導体層からなる第2の領域と、 この第2の領域の一主面に選択的に形成された第1導電
型の半導体層からなる第3の領域と、 前記第1の領域の他主面に形成された第2導電型の半導
体層からなる第4の領域と、 前記第2の領域上の少なくとも一部を含んで、前記第1
の領域上に絶縁膜を介して形成された制御電極と、 前記第3の領域上の少なくとも一部を含んで、前記第2
の領域上に形成された第1電極と、 前記第4の領域上に形成された第2電極と、 前記第1の領域内に局在化して配置された複数の再結合
中心格子欠陥とを具備し 前記第1の領域は、その非空乏化領域のほぼ全面が、実
質的に低ライフタイム化されている ことを特徴とする半
導体装置。
3. A first region made of a semiconductor layer of a first conductivity type, and a second region made of a semiconductor layer of a second conductivity type selectively formed on one main surface of the first region. A third region formed of a semiconductor layer of the first conductivity type selectively formed on one main surface of the second region, and a second conductivity type of the second region formed on the other main surface of the first region. A fourth region including a semiconductor layer, and at least a part of the second region, the first region
The control electrode formed on the area of the second electrode via an insulating film, and the second electrode including at least a part of the third area.
A first electrode formed on a region of a second conductive electrode formed on the fourth region, and a plurality of recombination centers lattice defects disposed localized in the first region comprising a first region, almost the entire surface of the non-depleted region, the real
A semiconductor device characterized by a qualitatively reduced lifetime .
【請求項4】 第1導電型の半導体層からなる第1の領
域と、 この第1の領域の一主面に選択的に形成された第2導電
型の半導体層からなる第2の領域と、 この第2の領域の一主面に選択的に形成された第1導電
型の半導体層からなる第3の領域と、 前記第1の領域の他主面に形成された第2導電型の半導
体層からなる第4の領域と、 前記第2の領域上の少なくとも一部を含んで、前記第1
の領域上に絶縁膜を介して形成された制御電極と、 前記第3の領域上の少なくとも一部を含んで、前記第2
の領域上に形成された第1電極と、 前記第4の領域上に形成された第2電極と、 前記第1の領域内に局在化して配置された複数の再結合
中心格子欠陥とを具備し 前記第1の領域の実効幅(W B )とその濃度(N B )お
よびブレークダウン電圧(V)が次式の数1 【数1】 (ただし、ε S ,ε O はそれぞれシリコンの誘電率およ
び真空誘電率、V bi は第2の領域と第1の領域とのPN
接合の内部電圧、qは電荷量である。)を実質的に満足
することを特徴とする半導体装置。
4. A first region made of a semiconductor layer of a first conductivity type, and a second region made of a semiconductor layer of a second conductivity type selectively formed on one main surface of the first region. A third region formed of a semiconductor layer of the first conductivity type selectively formed on one main surface of the second region, and a second conductivity type of the second region formed on the other main surface of the first region. A fourth region including a semiconductor layer, and at least a part of the second region, the first region
The control electrode formed on the area of the second electrode via an insulating film, and the second electrode including at least a part of the third area.
A first electrode formed on a region of a second conductive electrode formed on the fourth region, and a plurality of recombination centers lattice defects disposed localized in the first region comprising a first region of the effective width (W B) and its concentration (N B) Contact
And the breakdown voltage (V) is expressed by the following equation 1 (However, ε S and ε O are the permittivity and
And vacuum permittivity, V bi is PN between the second region and the first region
The internal voltage of the junction, q is the amount of charge. ) Is substantially satisfied
A semiconductor device comprising:
【請求項5】 前記複数の再結合中心格子欠陥は、He
3+、H2+、重陽子のうちのいずれかのイオン種の照射に
より形成されることを特徴とする請求項1乃至4のいず
れかに記載の半導体装置。
5. The plurality of recombination center lattice defects are He.
5. The element according to any one of claims 1 to 4, which is formed by irradiation with an ionic species of any one of 3+ , H2 + and deuteron.
A semiconductor device according to any one of the above.
【請求項6】 前記第4の領域は、前記第1の領域との
接面が凹凸を有して形成されていることを特徴とする請
求項1乃至4のいずれかに記載の半導体装置。
Region of wherein said fourth semiconductor device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that contact surface between the first region is formed to have an uneven.
【請求項7】 前記第1の領域と前記第4の領域との間
には、さらに、第1導電型の半導体層からなる第5の領
域が形成されていることを特徴とする請求項1乃至4の
いずれかに記載の半導体装置。
7. A fifth region made of a semiconductor layer of the first conductivity type is further formed between the first region and the fourth region. Through 4
The semiconductor device according to any one of claims.
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