JP4031209B2

JP4031209B2 - 半導体装置

Info

Publication number: JP4031209B2
Application number: JP2001060419A
Authority: JP
Inventors: 辰雄原田; 滋長谷川; 聡浦野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-03-14
Filing date: 2001-03-05
Publication date: 2008-01-09
Anticipated expiration: 2021-03-05
Also published as: JP2001332729A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はバイポーラモードで動作するトランジスタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）について、図９にその断面を示している。従来のＩＧＢＴ構造について説明する。Ｎベース層１の上部をエミッタ側とし、該エミッタ上面を含む上部にＰベース領域２を選択的に形成している。Ｐベース領域２内にはＮエミッタ領域３を選択的に形成している。Ｎエミッタ領域３表面端部及びＰベース領域２表面端部及びＮベース層１表面上に、ゲート絶縁膜６を介してポリシリコンゲート電極７を有しており、電界効果トランジスタ（ＭＯＳ）を形成している。ゲート電極７上には絶縁酸化膜８を有し、エミッタ電極９はＮエミッタ領域３上面の一部及びＰベース領域２上面の一部に接して形成している。Ｎベース層１の下部をコレクタ側とし、該コレクタ側にはＮバッファ層４、Ｐエミッタ層５、コレクタ電極１０を順次形成している。Ｎバッファ層４の層厚は５０μｍ、不純物ピーク濃度は１×１０^１７ｃｍ^−３であり、Ｐエミッタ層５の層厚は２０μｍ、不純物ピーク濃度は５×１０^１９ｃｍ^−３である。
【０００３】
上記構造において、Ｎバッファ層４の不純物濃度はＮベース層１の不純物濃度より高い。したがって、順方向電圧印加時に、Ｎベース層１とＰベース領域２の境界からＮベース層１に向かう空乏層の伸びを抑え、Ｐエミッタ層５へ達するのを防止する。これにより、素子耐圧の低下を防止することが可能となる。また、Ｎベース層１の層厚を小さくする事ができ、素子の導通時のオン抵抗（ＶＣＥ（ｓａｔ））を小さくする事が可能となる。上記構造は、耐圧１．５ｋＶ以上の素子で広く用いられている。
【０００４】
Ｐエミッタ層５の不純物濃度はＮバッファ層４の不純物濃度に対して２桁以上高い。したがって、導通時にＰエミッタ層５からＮバッファ層４を介してＮベース層１へ達したホールにより、Ｎベース層１のコレクタ側のキャリア濃度が高くなる。その結果ターンオフ損失（Ｅｏｆｆ）が増大してしまう。そこで、Ｎベース層１中へのホールの注入を制御するため、プロトン照射等による局所ライフタイム制御や、電子線照射や重金属拡散等の再結合中心の導入によるライフタイム制御を行っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電子線照射等を用いたライフタイム制御は、導通時のオン抵抗ＶＣＥ（ｓａｔ）を増大させる原因となる。また、高温時にはライフタイム制御の効果が弱くなるため、ターンオフ損失（Ｅｏｆｆ）が増大してしまう。あるいはＮベース層１からＰエミッタ層５へ流れ込む多量の電子により、ターンオフ時にホールの再注入が発生し、ターンオフ損失の増大や遮断失敗を生じる可能性がある。
【０００６】
そこで本発明はターンオフ損失を増大させることなくオン抵抗を低減できるバイポーラモードで動作する半導体装置、また、高温時でもターンオフ損失を減少できるバイポーラモードで動作する半導体装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のバイポーラで動作する半導体装置の構造は、第１導電型のエミッタ層と、前記第１導電型のエミッタ層上に形成された第２導電型のバッファ層と、前記第２導電型のバッファ層上に形成された第２導電型のベース層と、前記第２導電型のベース層上部に選択的に形成された第１導電型のベース領域と、前記第１導電型のベース領域上部に選択的に形成された第２導電型のエミッタ領域と、前記第１導電型のベース領域をチャネル領域として、前記第２導電型のベース層と前記第２導電型のエミッタ領域との間を導通するためのゲート電極と、前記第１導電型のベース領域上及び前記第２導電型のエミッタ領域上に形成されたエミッタ電極と、前記第１導電型のエミッタ層の前記第２導電型のバッファ層形成面と反対の面上に形成されたコレクタ電極とを有し、前記第２導電型のバッファ層のピーク濃度が１×１０^１５ｃｍ^−３乃至１×１０^１６ｃｍ^−３であり、前記第２導電型のバッファ層のピーク濃度と前記第１導電型のエミッタ層のピーク濃度との差が２桁以下であることを特徴とする。あるいは、前記第１導電型のエミッタ層の層厚が５μｍ以下であることを特徴とする。更には、前記第２導電型のバッファ層の層厚が２０μｍ乃至４０μｍであることを特徴とする。また、本発明のバイポーラモードで動作する半導体装置は前記構造に加え、前記第２導電型のベース層中に再結合中心を有し、少数キャリアのライフタイムが１５μｓ以下であることを特徴とする。あるいは、前記ゲート電極の幅は２５μｍ以上であることを特徴とする。または、前記第１導電型のエミッタ層中の不純物元素の電気的活性化率が８０％以上であることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明における絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）の実施の形態を実施例を用いて説明する。
【０００９】
第１の実施例について説明する。図１は本発明の第１の実施例におけるＩＧＢＴの断面構造を示す図である。本実施例はＮバッファ層４及びＰエミッタ層５の層厚及び濃度に特徴を有する。本実施例のＩＧＢＴ構造を以下に説明する。Ｎベース層１の上部をエミッタ側とし、該エミッタ側上面を含む上部にＰベース領域２を選択的に形成している。Ｐベース領域２内にはＮエミッタ領域３を選択的に形成している。Ｐベース領域２表面端部とそれに接するＮエミッタ領域３表面端部とＮベース層１表面上には、ゲート酸化膜６を介してポリシリコンゲート電極７を有しており、電界効果トランジスタ（ＭＯＳ）を形成している。ゲート電極７上には絶縁酸化膜８を有し、エミッタ電極９はＮエミッタ領域３上面及びＰベース領域２上面の一部に接して形成している。Ｎベース層１の下部をコレクタ側とし、該コレクタ側にはＮバッファ層４、Ｐエミッタ層５、更にコレクタ電極１０を順次形成している。
【００１０】
本実施例のＩＧＢＴの動作は以下の通りである。ゲート電極７及びエミッタ電極９間に電圧を印加することにより、Ｐベース領域をチャネル領域としてＮエミッタ領域３とＮベース層１との間に電流が流れる。これによりＮベース層１にはベース電流が供給されて、コレクタ電極１０及びエミッタ電極９間に電流が流れオン状態となる。また、ゲート電極７及びエミッタ電極９間の電圧を零バイアスあるいは負バイアスすることによりオフ状態となる。
【００１１】
図３はコレクタ側の不純物拡散濃度プロファイルを示している。Ｎベース層１のエミッタ側表面を基準として拡散深さを横軸、不純物濃度を縦軸に示している。図３に示すように深さが４８５μｍから５２５μｍ付近、すなわち約４０μｍの層厚を有するＮバッファ層４のピーク濃度は１×１０^１６ｃｍ^−３である。そして深さが５２５μｍ以上にあるＰエミッタ層５のピーク濃度は７×１０^１７ｃｍ^−３である。また層厚は５μｍ以下であり、好ましくは１μｍである。
【００１２】
Ｎバッファ層４を上記構造とすることにより、導通時におけるＰエミッタ層５への空乏層の広がりを防止することができる。したがって所定の耐圧を得るためのＮベース層１の層厚を小さくすることができ、導通時のオン抵抗を低減することが可能となる。また、Ｎバッファ層４のピーク濃度を上記濃度範囲とし、エミッタ層５とのピーク濃度の差を２桁より小さくすることにより、オン抵抗の増大を招くことはない。上記実施例の濃度差を保つことで、Ｐエミッタ層５からＮベース層４へのホールの注入量を適切に保つことができるためである。Ｎバッファ層４のピーク濃度が上記濃度より大きくなると、Ｐエミッタ層５からＮベース層４へのホール注入が阻害され、オン抵抗が増大してしまう。
【００１３】
また、上記濃度差を有することにより、ターンオフ損失を低減することも可能になる。Ｎベース層１からＰエミッタ層５に流れる電子電流に対するＰエミッタ層５からＮベース層１へ注入するホール電流の比が小さいため、ベース層１のコレクタ側のキャリア濃度を低く制御でき、ターンオフ時に排出するコレクタ側のキャリア濃度を低減できるためである。上記濃度差に加えてＰエミッタ層５の層厚を５μｍ以下にすることで、電子電流に対するホール電流の比をより適切な値にすることができ、ターンオフ損失を低減することができる。
【００１４】
更に、上記濃度差を有することにより遮断失敗を生じる危険性がなくなる。ターンオフ時のホールの再注入を少なくできるためである。ピーク濃度差が２桁を超えている従来の構造では、ターンオフ中のＰエミッタ層５からのホールの再注入により遮断失敗を生じる可能性があった。
【００１５】
従来のプロトン照射等の再結合中心の導入によるライフタイム制御の代わりに、本実施例ではＮバッファ層４及びＰエミッタ層５の濃度及び層厚を上記の値に設定している。これにより高温時においても導通時のオン抵抗を低減したままターンオフ時のターンオフ損失を従来に比較して低減することが可能となる。
【００１６】
Ｎバッファ層４及びＰエミッタ層５の濃度及び層厚を上記の値とすることにより、オン抵抗を低減し、かつターンオフ損失を低減することが可能となる。また、再結合中心の導入によるライフタイム制御を行わないため、高温時においても、ターンオフ損失を低減することが可能となる。
【００１７】
第１の実施例において、Ｎバッファ層の層厚を４０μｍとしているが、２０μｍ乃至４０μｍの範囲であればよい。
【００１８】
次に第２の実施例について説明する。第２の実施例は第１の実施例と同様にＮバッファ層４及びエミッタ層５の濃度差が２桁以下であるが、Ｎバッファ層４の層厚を第１の実施例の範囲内において小さくしている。第２の実施例におけるＩＧＢＴの構造は第１の実施例と同様であるため、説明を省略する。
【００１９】
図4は第２の実施例におけるＩＧＢＴのコレクタ側の不純物拡散濃度プロファイルを示している。図３と同様にＮベース層１のエミッタ層表面を基準として深さを横軸、キャリア濃度を縦軸に示している。図４に示すように深さが５０５μｍから５２５μｍ付近、すなわち約２０μｍの層厚を有するＮバッファ層４におけるキャリアピーク濃度は１×１０^１５ｃｍ^−３である。そして深さが５２５μｍ以上にあるＰエミッタ層５のピーク濃度は１×１０^１７ｃｍ^−３である。また、層厚は４μｍである。
【００２０】
第２の実施例において、Ｎバッファ層４の層厚を第１の実施例の範囲内において最小限にすることにより、高耐圧素子を製造するのに熱拡散時間が短くて済むという製造上の利点がある。また、第１の実施例と同様に、Ｎバッファ層４及びＰエミッタ層５の濃度及び層厚を上記の値とすることにより、オン抵抗を低減し、かつターンオフ損失を低減することが可能となる。また、再結合中心の導入によるライフタイム制御を行わないため、高温時においても、ターンオフ損失を低減することが可能となる。
【００２１】
本発明の第３の実施例について説明する。第３の実施例は第１の実施例あるいは第２の実施例の構造のＮベース層１中に、再結合中心を導入する点で他の実施例と異なる。再結合中心の導入により、Ｎベース層１中のキャリアライフタイムが１５μｓ以下となることを特徴とする。第３の実施例におけるＩＧＢＴの構造は第１の実施例の構造あるいは第２の実施例の構造と同様であるため、説明を省略する。
【００２２】
本実施例は第１の実施例あるいは第２の実施例のＮベース層１中に、電子線照射あるいは重金属拡散等により再結合中心を導入する。これにより、ターンオフ時にＮベース層１中に存在するキャリアの消滅が早くなり、キャリアライフタイムが１５μｓ以下に低減する。したがってターンオフ損失を低減することが可能となる。また、コレクタ側のキャリアの消滅が加速されることにより、電流遮断中の破壊耐量が増し、より大きな電流を遮断することが可能となる。一方、ライフタイムの低減は一般的にオン抵抗の増加をもたらすが、本実施例においては、Ｎバッファ層４を形成することによりＮベース層１の層厚を小さくできること、かつ、前述のように導通時のＮベース層１中のキャリア濃度を適切に制御しているため、大幅なオン抵抗の増大を招くことなく更なるターンオフ損失の低減を可能としている。ライフタイムを１５μｓ以下に低減することで、上記効果を最大限に引き出すことが可能となる。また、再結合中心の導入のみによらず、Ｎバッファ層４及びＰエミッタ層５の濃度及び層厚を所望の値としてターンオフ損失の低減を行うため再結合中心の導入量を少なくすることができ、高温時のターンオフ損失の大幅な増大を防ぐことが可能となる。
【００２３】
本発明の第４の実施例について説明する。第４の実施例はＮバッファ層４とＰエミッタ層５の濃度及び層厚は第１の実施例乃至第３の実施例の範囲内であるが、Ｎエミッタ層３側の構造が電子注入促進効果型構造であることを特徴とする。電子注入促進効果型構造は例えば５ｋＶ系の素子のゲート電極７の幅を２５μｍ以上としたものである。この構造により導通時のＮベース層１中において、Ｎベース層１中のホールのエミッタ電極への排出が抑制されＮエミッタ層３からの電子注入が増大するため、エミッタ側のキャリア濃度が増加する。図５にＮベース層１中の導通時におけるキャリア濃度分布を示す。エミッタ側キャリア濃度Ｎ１はコレクタ側キャリア濃度Ｎ２の２分の1以上、あるいはＮベース中の最も少ないキャリア濃度Ｎ３以上である。このようにＮベース層１のエミッタ側にキャリアを蓄積することにより、オン抵抗を低減することが可能になる。また、エミッタ側のキャリア濃度が高いため同じオン抵抗を得るために必要なコレクタ側キャリア濃度を低くすることが可能となり、ターンオフ時に排出するキャリアやＰエミッタ層５からのホールの再注入が少なくターンオフ損失の低減が可能となる。
【００２４】
他の構造においては第１の実施例と同様であり、Ｎバッファ層の層厚は２０μｍ〜４０μｍであり、ピーク濃度は１×１０^１５ｃｍ^−３〜１×１０^１６ｃｍ^−３、Ｐエミッタ層５の層厚は５μｍ以下であり，ピーク濃度は７×１０^１７ｃｍ^−３である。
【００２５】
Ｎバッファ層４とエミッタ層５の濃度及び層厚を上記の値とし、かつ電子注入促進効果構造とすることにより、第１の実施例に比べて更にオン抵抗を低減し、かつターンオフ損失を低減することが可能となる。
【００２６】
第４の実施例においては電子注入促進効果構造として、エミッタ電極７の幅を規定したがこれに限るものではなく、電子注入を促進する構造であればどのような構造としてもよい。また、第３の実施例のように、Ｎベース層１に再結合中心を導入することも可能である。
【００２７】
次に第５の実施例について説明する。第５の実施例は、Ｎバッファ層４とＰエミッタ層５の濃度及び層厚を第１の実施例と同様の範囲内とし、かつＰエミッタ層５の電気的活性化率を８０％以上にすることを特徴とする。第５の実施例のＩＧＢＴ構造は第１の実施例の構造と同様であるため説明を省略する。８０％の電気的活性化率はＰエミッタ層５にボロンを注入した後、９００℃の熱工程を経ることによって得られる。従来のＮバッファ層のない浅いＰエミッタ層構造の場合、Ｐエミッタ層５からＮベース層１へのホールの注入が増大してしまう等の理由により、Ｐエミッタ層の活性化率を８０％以上にすることはできなかったが、本実施例においては、Ｎバッファ層４及びＰエミッタ層５の濃度及び層厚を所望の値とすることによりＰエミッタ層５の活性化率を上げることが可能となる。これにより、安定して特性ばらつきの少ない製品を生産することが可能となる。また、第４の実施例においては第１の実施例と同様にＮバッファ層の層厚は２０μｍ〜４０μｍであり、ピーク濃度は１×１０^１５ｃｍ^−３〜１×１０^１６ｃｍ^−３、Ｐエミッタ層５の層厚は５μｍ以下であり、ピーク濃度は７×１０^１７ｃｍ^−３である。
【００２８】
Ｎバッファ層４とエミッタ層５の濃度及び層厚を上記の値とすることにより、第１の実施例と同様にオン抵抗を低減し、かつターンオフ損失を低減することが可能となる。
【００２９】
次に第６の実施例について説明する。第１の実施例において、Ｎバッファ層４のピーク濃度とＰエミッタ層５のピーク濃度との差は２桁以下、すなわちＰエミッタ層５のピーク濃度を１×１０^１７ｃｍ^−３〜１×１０^１８ｃｍ^−３の範囲内とした。こうすることにより素子のオン抵抗を低くし、ターンオフ損失を少なくすることができる。
【００３０】
上記Ｐエミッタ層５は、一般にボロンをイオン注入し、その後ボロンを熱拡散することにより形成される。しかし、上記第１の実施例に示すように、Ｐエミッタ層５の層厚は５μｍ以下と薄く、拡散深さも浅く設定されている。このため、長時間熱処理すると拡散が深くなってしまうので、熱処理は実質的にボロンを活性化する程度の時間だけ行われ、熱処理後のボロンの分布形状はほぼイオン注入後の形状に近い。
【００３１】
図６は例えば酸化膜を介して６０ｋｅＶの加速エネルギーによりボロンをイオン注入した際の、Ｐエミッタ層５におけるコレクタ電極１０側表面からの深さと不純物濃度との関係を示す不純物拡散濃度プロファイルである。上記条件でイオン注入した場合、図６に示すように、表面から深さ０．１μｍ付近の不純物濃度が最大となり、表面の不純物濃度はこれより低くなる。
【００３２】
ところでＰエミッタ層５の不純物濃度を上記範囲内で低くすることにより、上記効果に加え、素子が遮断失敗等することをさらに低減できる。しかし、不純物濃度をあまり低くすると、表面の不純物濃度もこれに伴って低下する。表面の不純物濃度が低くなると、最悪の場合コレクタ電極と良好なオーミックコンタクトを得られなくなり、素子のオン抵抗が増加する。そこで、ボロンの注入量を最適にすることで上記問題を回避できるが、製造ロットごとに素子の特性にばらつきが生じる可能性もある。
【００３３】
上記問題を解決するため、第６の実施例ではＰエミッタ層５を二重拡散により形成している。第６の実施例において、半導体装置の構成は上記第１の実施例のそれと同一であるため説明は省略する。
【００３４】
図７は第６の実施例に係るＩＧＢＴのＰエミッタ層５における、コレクタ電極１０側表面からの深さと不純物濃度との関係を示す不純物拡散濃度プロファイルである。図７に示すように、Ｐエミッタ層５は、コレクタ電極１０側の表面近傍に第１のピーク値を有する高濃度の拡散層と、これより低濃度で若干深い位置に第２のピーク値が形成された拡散層とから構成されている。第１のピーク値は１×１０^１８ｃｍ^−３以上に設定される必要があり、例えば５×１０^１８ｃｍ^−３とされている。また、第２のピーク値は、第１の実施例で示したＰエミッタ層５のピーク値、すなわち１×１０^１７ｃｍ^−３〜１×１０^１８ｃｍ^−３の範囲内で設定され、例えば５×１０^１７ｃｍ^−３とされている。
【００３５】
以下、上記構成のＰエミッタ層５を形成する第１の方法について説明する。Ｐエミッタ層５に不純物を注入する際、まずボロンを例えば６０ｋｅＶの加速エネルギーでイオン注入し、続いてＢＦ２を例えば加速エネルギー６０ｋｅＶで同様に注入する。この後、同時に熱処理してボロン及びＢＦ２を拡散する。同じ加速エネルギーを与えた場合、ボロンに対してＢＦ２は深い位置まで注入されないため、ＢＦ２により拡散深さの浅い位置に高濃度の不純物領域が形成され、ボロンにより拡散深さの深い位置に低濃度の不純物領域が形成される。第１の方法はＰエミッタ層５の拡散深さが例えば１μｍ程度と浅い場合に有効である。
【００３６】
また、第２の方法では、ボロンを例えば６０ｋｅＶの加速エネルギーでイオン注入した後、熱処理によりボロンを拡散する。この後、ＢＦ２を例えば６０ｋｅＶの加速エネルギーでイオン注入した後、ＢＦ２を活性化する程度に熱処理を行う。上記したように、ボロンとＢＦ２は注入される深さが違うため、２つのピーク位置を有するＰエミッタ層５が形成される。また、第２の方法によれば、第１の方法に比べ不純物の分布形状をある程度自由に制御できる。尚、第２の方法は、Ｐエミッタ層５の拡散深さが例えば４μｍ程度の場合に使用される。
【００３７】
第６の実施例では、Ｐエミッタ層５のコレクタ電極１０側表面における不純物濃度のピーク値（第１のピーク値）を１×１０^１８ｃｍ^−３以上とし、このピーク値より深い位置に１×１０^１７ｃｍ^−３〜１×１０^１８ｃｍ^−３の範囲内で不純物濃度のピーク値（第２のピーク値）を形成している。すなわち、不純物濃度の第２のピーク値を第１の実施例の範囲とすることによって、第１の実施例と同様の効果を得られる。さらに、表面近傍に不純物濃度が高い第１のピーク値を形成しているため、コレクタ電極１０と良好なオーミックコンタクトを得ることができ、オン抵抗の少ないＩＧＢＴを得られる。
【００３８】
図８は第７の実施例に係るＩＧＢＴのＰエミッタ層５における、コレクタ電極１０側表面からの深さと不純物濃度との関係を示す不純物拡散濃度プロファイルである。第７の実施例では、図８に示すようにコレクタ電極１０側表面における不純物濃度が、この不純物濃度のピーク値の１／２以上に設定されている。すなわち、まず６０ｋｅＶの加速エネルギーでボロンをイオン注入することによって、拡散深さ０．１μｍをピーク値とした不純物分布が得られる。この後、例えば４０ｋｅＶの加速エネルギーでボロンをイオン注入する。すなわち、最初のイオン注入において濃度が落ち込む表面近くにピーク濃度が来るような加速エネルギーで２回目のイオン注入を行う。こうすることによって、図８に示すように不純物濃度のピーク値が例えば８×１０^１７ｃｍ^−３であって、且つ表面の濃度もほぼピーク値の濃度と同じ分布形状を得られる。
【００３９】
第７の実施例では、Ｐエミッタ層５を形成する際、６０ｋｅＶの加速エネルギーでボロンをイオン注入した後、４０ｋｅＶの加速エネルギーでボロンをイオン注入している。こうすることによって、不純物濃度のピーク値が１×１０^１７ｃｍ^−３〜１×１０^１８ｃｍ^−３の範囲内であり、且つ表面の不純物濃度がピーク値の１／２以上という分布形状を得られる。このため、Ｐエミッタ層５のコレクタ電極１０側表面において、コレクタ電極１０と良好なオーミックコンタクトを得るのに十分な不純物濃度を得られる。よって、第１の実施例と同様の効果を得られるほか、素子のオン抵抗を低減したＩＧＢＴを得られる。
【００４０】
第１の実施例乃至第７の実施例においては、プレーナゲート型ＩＧＢＴ構造について説明したが、本発明はこれに限らずトレンチ型ＩＧＢＴ、ＩＥＧＴ（ＩｎｊｅｃｔｉｏｎＥｎｈａｎｃｅｄＧａｔｅＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等あらゆるバイポーラモードで動作するトランジスタに適用することができる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明はＮバッファ層4及びＰエミッタ層５の濃度及び層厚を所望の値とすることにより、オン抵抗を低減し、かつターンオフ損失を低減することが可能となる。また、再結合中心の導入によるライフタイム制御を行わないため、高温時においても、ターンオフ損失を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例におけるＩＧＢＴの構造を示す断面図。
【図２】本発明の第２の実施例におけるＩＧＢＴの構造を示す断面図。
【図３】本発明の第１の実施例におけるＩＧＢＴの不純物拡散プロファイル。
【図４】本発明の第２の実施例におけるＩＧＢＴの不純物拡散プロファイル。
【図５】本発明の第４の実施例におけるＩＧＢＴのＮベース層中のキャリア分布濃度。
【図６】本発明の第１の実施例におけるＩＧＢＴのＰエミッタ層の不純物拡散プロファイル。
【図７】本発明の第６の実施例におけるＩＧＢＴのＰエミッタ層の不純物拡散プロファイル。
【図８】本発明の第７の実施例におけるＩＧＢＴのＰエミッタ層の不純物拡散プロファイル。
【図９】従来のＩＧＢＴの構造を示す断面図。
【符号の説明】
１…Ｎベース層、
２…Ｐベース領域、
３…Ｎエミッタ領域、
４…Ｎバッファ層、
５…Ｐエミッタ層、
６…ゲート絶縁膜、
７…ゲート電極、
８…絶縁酸化膜、
９…エミッタ電極、
１０…コレクタ電極。

Claims

第１導電型のエミッタ層と、
前記第１導電型のエミッタ層上に形成された第２導電型のバッファ層と、
前記第２導電型のバッファ層上に形成された第２導電型のベース層と、
前記第２導電型のベース層上部に選択的に形成された第１導電型のベース領域と、
前記第１導電型のベース領域上部に選択的に形成された第２導電型のエミッタ領域と、
前記第１導電型のベース領域をチャネル領域として、前記第２導電型のベース層と前記第２導電型のエミッタ領域との間を導通するためのゲート電極と、
前記第１導電型のベース領域及び前記第２導電型のエミッタ領域上に形成されたエミッタ電極と、
前記第１導電型エミッタ層の前記第２導電型のバッファ層形成面と反対の面上に形成されたコレクタ電極と、
を有し、
前記第２導電型のバッファ層のピーク濃度が１×１０^１５ｃｍ^−３乃至１×１０^１６ｃｍ^−３であり、前記第２導電型のバッファ層のピーク濃度と前記第１導電型のエミッタ層のピーク濃度との差が２桁以下であることを特徴とするバイポーラモードで動作する半導体装置。
前記第１導電型のエミッタ層の層厚が５μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のバイポーラモードで動作する半導体装置。
前記第２導電型のバッファ層の層厚が２０μｍ乃至４０μｍであることを特徴とする請求項２に記載のバイポーラモードで動作する半導体装置。
前記第２導電型のベース層中に再結合中心を有し、少数キャリアのライフタイムが１５μｓ以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のバイポーラモードで動作する半導体装置。
前記ゲート電極の幅は２５μｍ以上であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のバイポーラモードで動作する半導体装置。
前記第１導電型のエミッタ層中の不純物元素の電気的活性化率が８０％以上であることを特徴する請求項１又は請求項２に記載のバイポーラモードで動作する半導体装置。
前記第２導電型のバッファ層のピーク濃度が１×１０^１５ｃｍ^−３乃至１×１０^１６ｃｍ^−３であり、前記第１導電型のエミッタ層の前記コレクタ電極側表面の第１のピーク濃度は１×１０^１８ｃｍ^−３以上であって、前記第１のピーク濃度より深い位置の第２のピーク濃度は１×１０ ^１７ｃｍ ^−３乃至１×１０ ^１８ｃｍ ^−３であることを特徴とする請求項１に記載のバイポーラモードで動作する半導体装置。
前記第１導電型のエミッタ層の前記コレクタ電極側表面の不純物濃度が、前記第１導電型のエミッタ層のピーク濃度の１／２以上であることを特徴とする請求項１に記載のバイポーラで動作する半導体装置。