JPH027569A - 電界効果制御可能のバイポーラ・トランジスタ - Google Patents
電界効果制御可能のバイポーラ・トランジスタInfo
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- JPH027569A JPH027569A JP1040124A JP4012489A JPH027569A JP H027569 A JPH027569 A JP H027569A JP 1040124 A JP1040124 A JP 1040124A JP 4012489 A JP4012489 A JP 4012489A JP H027569 A JPH027569 A JP H027569A
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/70—Bipolar devices
- H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
- H01L29/739—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
- H01L29/7393—Insulated gate bipolar mode transistors, i.e. IGBT; IGT; COMFET
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/08—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
- H01L29/083—Anode or cathode regions of thyristors or gated bipolar-mode devices
- H01L29/0834—Anode regions of thyristors or gated bipolar-mode devices, e.g. supplementary regions surrounding anode regions
-
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/45—Ohmic electrodes
- H01L29/456—Ohmic electrodes on silicon
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、半導体物体に１つの内部領域およびこの領
域よりも高濃度に逆導電型ドープされたドレン側領域が
作られている電界効果制御可能のバイポーラ・トランジ
スタに関するものである。
域よりも高濃度に逆導電型ドープされたドレン側領域が
作られている電界効果制御可能のバイポーラ・トランジ
スタに関するものである。
この種のバイポーラ・トランジスタは雑誌［ソリッド・
ステート・チクノロシイ（Ｓｏｌｉｄ ＳｔａｔｅＴｅ
ｃｈｎｏｌｏｇｙ） Ｊ １９８５年１１月、１２１−
１２８ページに記載されている。このデバイスのソース
側は電力ＭＯ５ＦＥＴと同様な構成であるが、陽極側に
は内部領域に対して逆導電型の第４領域が設けられてい
る。従ってこれはサイリスク構造を持ち、陰極側には分
路が設けられ、サイリスクにおいてよく知られているラ
ッチング電流をデバイスの動作条件の下では到達されな
い値に高める。
ステート・チクノロシイ（Ｓｏｌｉｄ ＳｔａｔｅＴｅ
ｃｈｎｏｌｏｇｙ） Ｊ １９８５年１１月、１２１−
１２８ページに記載されている。このデバイスのソース
側は電力ＭＯ５ＦＥＴと同様な構成であるが、陽極側に
は内部領域に対して逆導電型の第４領域が設けられてい
る。従ってこれはサイリスク構造を持ち、陰極側には分
路が設けられ、サイリスクにおいてよく知られているラ
ッチング電流をデバイスの動作条件の下では到達されな
い値に高める。
ｔＸ流輸送には両種のキャリアが関与するが、この情況
はサイリスクと同様であり電力ＭＯ３ＦＥＴとは異なる
。これにより一方では順方向抵抗が低いという利点があ
るが、他方では遮断時にティルｉｉ流として認められる
停止遅延電荷が生ずるという欠点がある。
はサイリスクと同様であり電力ＭＯ３ＦＥＴとは異なる
。これにより一方では順方向抵抗が低いという利点があ
るが、他方では遮断時にティルｉｉ流として認められる
停止遅延電荷が生ずるという欠点がある。
蓄積電荷は例えば再結合中心あるいは照射によって生ず
る欠陥等の手段によって減少させることができる。別の
手段としては内部領域と陽極領域の間に緩衝領域を挿入
し、この領域の導電型は内部領域と等しくドーピング濃
度はそれよりも高くする。
る欠陥等の手段によって減少させることができる。別の
手段としては内部領域と陽極領域の間に緩衝領域を挿入
し、この領域の導電型は内部領域と等しくドーピング濃
度はそれよりも高くする。
これらの手段又はその組合わせによって停止遅延電荷を
減少させターンオフ時間を短縮することができるが、こ
の発明は簡単な手段により蓄積電荷を更に減少させ遮断
時間を短縮することを課題とする。
減少させターンオフ時間を短縮することができるが、こ
の発明は簡単な手段により蓄積電荷を更に減少させ遮断
時間を短縮することを課題とする。
この発明によればこの課題は、ドレン側領域を１μｍ以
下の厚さとして注入面密度１×１０１２ないしＩ Ｘ
１０ ”ｃｔａ−”のイオン注入によってドープし、内
部領域内の少数キャリアの寿命を最低１０μｓとするこ
とによって解決される。
下の厚さとして注入面密度１×１０１２ないしＩ Ｘ
１０ ”ｃｔａ−”のイオン注入によってドープし、内
部領域内の少数キャリアの寿命を最低１０μｓとするこ
とによって解決される。
この発明の種々の実施態様は特許請求の範囲第２項以下
に示される。
に示される。
図面を参照し実施例についてこの発明を更に詳細に説明
する。
する。
第１図に示されている電界効果による制御可能のバイポ
ーラ・トランジスタ（今後これをＩＧＢＴ （Ｉｓｏｌ
ａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓ
ｔｏｒ）と呼ぶことにする）は、ｎ型にドープされた内
部領域２を持つ半導体物体１から構成される。この領域
２のドーピング密度は１ないし２Ｘ Ｉ Ｑ ”ｃｍ−
”である、半導体物体にはソース側表面３とドレン側表
面４がある。内部領域２はソース側表面３にまで達して
いる。この表面に接して高濃度にｐ型ドープされたベー
ス領域５が内部領域２に埋め込まれ、内部領域２との間
にｐｎ接合１２を形成する。各ベース領域５には高濃度
にｎ型ドープされたソース領域６が埋込まれている。そ
のドーピングはベース領域５より高濃度である０表面３
上には絶縁層７があり、その上に互いに並列接続された
ゲート電極８が設けられる。これらのゲート電極はベー
ス領域５の表面３に現れた部分を覆い、そこにチャネル
領域１１を形成する。ゲート電極８は別の絶縁層９で覆
われる。絶縁Ｎ７と９には孔が設けられ、絶縁Ｎ９上に
置かれたソース電極１０がこの孔を通してソース領域６
とベース領域５に接触する。この電極はアルミニウムと
するのが有利である。ソース電極１０による領域５と６
の共通の接触が強力な分路を構成する。
ーラ・トランジスタ（今後これをＩＧＢＴ （Ｉｓｏｌ
ａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓ
ｔｏｒ）と呼ぶことにする）は、ｎ型にドープされた内
部領域２を持つ半導体物体１から構成される。この領域
２のドーピング密度は１ないし２Ｘ Ｉ Ｑ ”ｃｍ−
”である、半導体物体にはソース側表面３とドレン側表
面４がある。内部領域２はソース側表面３にまで達して
いる。この表面に接して高濃度にｐ型ドープされたベー
ス領域５が内部領域２に埋め込まれ、内部領域２との間
にｐｎ接合１２を形成する。各ベース領域５には高濃度
にｎ型ドープされたソース領域６が埋込まれている。そ
のドーピングはベース領域５より高濃度である０表面３
上には絶縁層７があり、その上に互いに並列接続された
ゲート電極８が設けられる。これらのゲート電極はベー
ス領域５の表面３に現れた部分を覆い、そこにチャネル
領域１１を形成する。ゲート電極８は別の絶縁層９で覆
われる。絶縁Ｎ７と９には孔が設けられ、絶縁Ｎ９上に
置かれたソース電極１０がこの孔を通してソース領域６
とベース領域５に接触する。この電極はアルミニウムと
するのが有利である。ソース電極１０による領域５と６
の共通の接触が強力な分路を構成する。
ドレン側では内部領域２にｐ型層１５が続く。
この層は内部領域２よりも著しく高濃度にドープされる
。ドレン側領域１５と内部領域２の間にｐｎ接合１３が
形成される。領域１５にはドレン電極１４が接触する。
。ドレン側領域１５と内部領域２の間にｐｎ接合１３が
形成される。領域１５にはドレン電極１４が接触する。
ドレン側領域の厚さは１μｍ以下、特に０．１＃ｍとす
るのが有利である。この領域は例えばドーピング量ＩＸ
Ｉ Ｏ鳳２ないしｌＸｌ０暴’ｅｌｌ−’特に１×１０
１コないしｌ Ｘ Ｉ Ｑ ｌ４ｃｖ＊−”、イオン・
エネルギー ４５ ｋ ｅ Ｖのホウ素イオン注入によ
って作られる。別種のイオンを使用するときは、イオン
・工ネルギーを１！節して上記の侵入深さが達成される
ようにする。半導体物体としてのシリコンは、領域５と
１５から発生した少数キャリアが内部領域２内で少なく
とも１０μｓの寿命を持つように作用する。この条件は
一般に、従来の帯域溶融又はるつぼ引き上げによって作
られたシリコン単結晶から切り出したまま再結晶中心と
なる物質をドープしない半導体物体が満たしているもの
である。
るのが有利である。この領域は例えばドーピング量ＩＸ
Ｉ Ｏ鳳２ないしｌＸｌ０暴’ｅｌｌ−’特に１×１０
１コないしｌ Ｘ Ｉ Ｑ ｌ４ｃｖ＊−”、イオン・
エネルギー ４５ ｋ ｅ Ｖのホウ素イオン注入によ
って作られる。別種のイオンを使用するときは、イオン
・工ネルギーを１！節して上記の侵入深さが達成される
ようにする。半導体物体としてのシリコンは、領域５と
１５から発生した少数キャリアが内部領域２内で少なく
とも１０μｓの寿命を持つように作用する。この条件は
一般に、従来の帯域溶融又はるつぼ引き上げによって作
られたシリコン単結晶から切り出したまま再結晶中心と
なる物質をドープしない半導体物体が満たしているもの
である。
上記の寿命は、例えば内部領域の厚さが２００μ餉で逆
電圧１ｏｏｏｖのＩ ＣＢＴの内部領域においてキャリ
アの再結合が無視できる程度とするのに充分な長さであ
る。寿命は更に長く、例えば１００μＳとすることも可
能である。しかし厚さが２００μ艶の場合走行時間は僅
かに２μｓ程度であるから、１０μｓの寿命で充分であ
る。
電圧１ｏｏｏｖのＩ ＣＢＴの内部領域においてキャリ
アの再結合が無視できる程度とするのに充分な長さであ
る。寿命は更に長く、例えば１００μＳとすることも可
能である。しかし厚さが２００μ艶の場合走行時間は僅
かに２μｓ程度であるから、１０μｓの寿命で充分であ
る。
第２図にはドーピング分布を実線で、導通時の自由キャ
リアの密度を一点破線で示す、内部領域２のドーピング
は半導体材料の基本ドーピングによって与えられ一定で
ある。
リアの密度を一点破線で示す、内部領域２のドーピング
は半導体材料の基本ドーピングによって与えられ一定で
ある。
領域１５は数桁高い縁端密度をもつ、各ベース領域５も
同様である。ベース領域５が例えばイオン注入とそれに
続く拡散処理によって作られるのに対して、領域１５の
形成はイオン注入だけでよく拡散処理を必要としない、
注入後には６００°Ｃ以下の熱処理が行われるが、この
処理ではドーパントが半導体物体内に拡散することはほ
とんどない、６００°Ｃ以下の熱処理の代わりにレーザ
・せん光等を使用するＰＴＡ（ｔ、速温度アニーリング
）によることも可能である。これらの方法によりてはイ
オン注入によって作られた格子欠陥の僅かな部分だけが
回復される。この事情は領域１５の極端な薄さと共にエ
ミッタのグンメル数（エミック電荷とエミッタ拡散係数
の比）を著しく小さくし、領域１５のエミッタ効率を低
下させる。これによって内部領域２においての少数キャ
リヤの基底ドーピング以上への上昇が点Ａで示すように
比較的僅かになる。しかし内部領域２では再結合中心が
極めて少ないから、自由キャリアの密度（第２図のｐ＝
ｎ）は内部領域の厚さの方向にほぼ直線的にソース側の
ｐｎ接合１２の密度ゼロに向かって低下する（第１図の
一点破線１６）、ゲート電極下の切断面（第１図の一点
破線２４）における自由キャリアの密度は、導通時には
自由キャリアの密度がソース側で上昇している点で差異
がある。
同様である。ベース領域５が例えばイオン注入とそれに
続く拡散処理によって作られるのに対して、領域１５の
形成はイオン注入だけでよく拡散処理を必要としない、
注入後には６００°Ｃ以下の熱処理が行われるが、この
処理ではドーパントが半導体物体内に拡散することはほ
とんどない、６００°Ｃ以下の熱処理の代わりにレーザ
・せん光等を使用するＰＴＡ（ｔ、速温度アニーリング
）によることも可能である。これらの方法によりてはイ
オン注入によって作られた格子欠陥の僅かな部分だけが
回復される。この事情は領域１５の極端な薄さと共にエ
ミッタのグンメル数（エミック電荷とエミッタ拡散係数
の比）を著しく小さくし、領域１５のエミッタ効率を低
下させる。これによって内部領域２においての少数キャ
リヤの基底ドーピング以上への上昇が点Ａで示すように
比較的僅かになる。しかし内部領域２では再結合中心が
極めて少ないから、自由キャリアの密度（第２図のｐ＝
ｎ）は内部領域の厚さの方向にほぼ直線的にソース側の
ｐｎ接合１２の密度ゼロに向かって低下する（第１図の
一点破線１６）、ゲート電極下の切断面（第１図の一点
破線２４）における自由キャリアの密度は、導通時には
自由キャリアの密度がソース側で上昇している点で差異
がある。
領域１５にはドレン接触１４が接触している。
その構成を第３図、第４図について説明する。この接触
は例えばアルミニウム層１８のスパッタリングによって
作ることができる。このアルミニウム層はその一部が半
導体２に合金化される。これによってアルミニウム・シ
リコン合金ＩＪ１９が形成されるが、適当な処理過程に
よりｐｎ接合１３まで達することはない、これは例えば
４５０°Ｃに３０分間加熱することによって達成される
。アルミニウム層１日には公知の方法によって例えばチ
タン層２０、ニッケル層２１および銀層２２から成る重
層接触を設けることができる。
は例えばアルミニウム層１８のスパッタリングによって
作ることができる。このアルミニウム層はその一部が半
導体２に合金化される。これによってアルミニウム・シ
リコン合金ＩＪ１９が形成されるが、適当な処理過程に
よりｐｎ接合１３まで達することはない、これは例えば
４５０°Ｃに３０分間加熱することによって達成される
。アルミニウム層１日には公知の方法によって例えばチ
タン層２０、ニッケル層２１および銀層２２から成る重
層接触を設けることができる。
第４図の接触１４は、金属ケイ化物を介して半導体物体
に結合することも可能である。そのためには例えば白金
層を半導体物体の表面４（第１図）に設け、テンパー処
理によってケイ化白金Ｉ！２３を形成させる。この場合
薄い白金層のスパッタリング過程を制御して４５０ない
し４７０°Ｃ５約１ｈの熱処理によりケイ化白金層２３
がｐｎ接合１３には達しないようにする。ケイ化白金ｊ
ｉ１２３には第３図と同様に重層接触（２０，２１，２
２）を介して接触することができる。
に結合することも可能である。そのためには例えば白金
層を半導体物体の表面４（第１図）に設け、テンパー処
理によってケイ化白金Ｉ！２３を形成させる。この場合
薄い白金層のスパッタリング過程を制御して４５０ない
し４７０°Ｃ５約１ｈの熱処理によりケイ化白金層２３
がｐｎ接合１３には達しないようにする。ケイ化白金ｊ
ｉ１２３には第３図と同様に重層接触（２０，２１，２
２）を介して接触することができる。
第５図にこの発明によるＴ ＣＢＴの遮断時間ｔに対す
る遮断電流ｌと電圧Ｕの経過を示す、この図から損失電
力が極めて小さいことが分かる０図示の実施例では損失
は約０．６８ｍＷｓである。
る遮断電流ｌと電圧Ｕの経過を示す、この図から損失電
力が極めて小さいことが分かる０図示の実施例では損失
は約０．６８ｍＷｓである。
この発明をｎチャネルＩ ＧＢＴについて説明して来た
が、この発明はｐチャネルＩ ＧＢＴに対しても有効で
ある。この場合ｐ゛型領領域５の代わりにｎ゛型領領域
使用される。この領域は例えばリン・イオンの注入によ
って作ることができる。
が、この発明はｐチャネルＩ ＧＢＴに対しても有効で
ある。この場合ｐ゛型領領域５の代わりにｎ゛型領領域
使用される。この領域は例えばリン・イオンの注入によ
って作ることができる。
それに続いて例えばケイ化白金、チタン、ニッケルおよ
び銀から成る重層接触が設けられる。
び銀から成る重層接触が設けられる。
第１図はＩ ＧＢＴの断面構成を示す図面、第２図はＩ
ＧＢＴのドーピングと導通時においてのキ中リア分布を
示す図面、第３図と第４図はＩＧＥＴのドレン側領域に
対する接触形成の実施例を示す図面であり、第５図はＩ
Ｃ，ＢＴの遮断時の電流と電圧の経過を示す。 １・・・半導体物体 ２・・・内部領域 ５・・・ベース領域 ６・・・ソースを置載 ７．９・・・絶縁層 ８・・・ゲート電極 １０・・・ソース電極 １４・・・ドレン電極 １５・・・ドレン側領域
ＧＢＴのドーピングと導通時においてのキ中リア分布を
示す図面、第３図と第４図はＩＧＥＴのドレン側領域に
対する接触形成の実施例を示す図面であり、第５図はＩ
Ｃ，ＢＴの遮断時の電流と電圧の経過を示す。 １・・・半導体物体 ２・・・内部領域 ５・・・ベース領域 ６・・・ソースを置載 ７．９・・・絶縁層 ８・・・ゲート電極 １０・・・ソース電極 １４・・・ドレン電極 １５・・・ドレン側領域
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）内部領域と内部領域よりも高濃度に逆導電型ドープ
されているドレン側領域を含む半導体物体を備え、電界
効果により制御可能のバイポーラ・トランジスタにおい
て、ドレン側領域（１５）が１μｍ以下の厚さであるこ
と、この領域が１×１０＾１＾２ないし１×１０＾１＾
５ｃｍ＾−＾２のドープ量でイオン注入されること、内
部領域（２）内で少数キャリアの寿命が少なくとも１０
μｓであることを特徴とする電界効果制御可能のバイポ
ーラ・トランジスタ。 ２）イオン注入に基づくドレン側領域（１５）の格子欠
陥が６００℃以下の温度で回復されることを特徴とする
請求項１記載のバイポーラ・トランジスタ。 ３）イオン注入に基づくドレン側領域（１５）の格子欠
陥が急熱アニーリングによって回復されることを特徴と
する請求項１記載のバイポーラ・トランジスタ。 ４）ドレン側領域（１５）に金属層（１８）が接触して
いること、この金属層が合金化によって半導体物体（１
）に結合されていることを特徴とする請求項１記載のバ
イポーラ・トランジスタ。 ５）金属層がアルミニウムであることを特徴とする請求
項３記載のバイポーラ・トランジスタ。 ６）ドレン側領域（１５）に金属層が接触していること
、この金属層が金属ケイ化物層（２３）を介して半導体
物体（１）に結合されていることを特徴とする請求項１
記載のバイポーラ・トランジスタ。 ７）金属層が白金、チタン、タングステン、モリブデン
中のいずれか１つから成ることを特徴とする請求項６記
載のバイポーラ・トランジスタ。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE3805799 | 1988-02-24 | ||
| DE3805799.9 | 1988-02-24 |
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|---|---|
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