JPH0348462A - Insulated gate bipolar transistor and manufacture thereof - Google Patents

Insulated gate bipolar transistor and manufacture thereof

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JPH0348462A
JPH0348462A JP24591489A JP24591489A JPH0348462A JP H0348462 A JPH0348462 A JP H0348462A JP 24591489 A JP24591489 A JP 24591489A JP 24591489 A JP24591489 A JP 24591489A JP H0348462 A JPH0348462 A JP H0348462A
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semiconductor
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forming
main
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Hajime Akiyama
肇 秋山
Hisao Kondo
久雄 近藤
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

PURPOSE:To suppress or control the variation of a threshold voltage and effectively prevent the occurrence of latching up by making the number of fixed positive charges in an insulating film balanced with or especially larger than the number of levels at the boundary between the insulating film and first semiconductor area. CONSTITUTION:A voltage is applied across the emitter electrode 7 and gate electrode 6 of an IGBT from a power source 42 so that the gate electrode 6 can become negative. When irradiation is performed as usual with an electron beam which is a kind of ionizing radiation under such condition, electron-positive hole pairs produced in an gate insulating film 5 move along each electric force line and the recombination coefficient drops. Therefore, the voltage of the power source 42 is optimized so that the number of fixed positive charges in the gate insulating film 5 can be balanced with the acceptor type boundary levels at the boundary between the film 5 and a P well area 3.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(In
sulated Gate Blpolar Tran
sistor ;以下IGBTという)に関し、特に寄
生サイリスクのラッチアップの防止,ライフタイム制御
に伴う閾値電圧変化の制御及びターンオフ時間とオン抵
抗のトレードオフ関係の改善に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to an insulated gate bipolar transistor (Insulated gate bipolar transistor).
Sulated Gate Blpolar Tran
The present invention relates to IGBTs (hereinafter referred to as IGBTs), and particularly relates to prevention of parasitic silicon risk latch-up, control of threshold voltage changes associated with lifetime control, and improvement of the trade-off relationship between turn-off time and on-resistance.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

一般にI G B T’装置は多数のl GBT素子(
以下IGBTセルという)が並列接続された構造を有し
ている。第17図は従来のnチャネル形の!GBTセル
の構造を示す断面図であり、第18図はその等価回路を
示す回路図である。
Generally, an IGBT' device consists of a large number of lGBT elements (
It has a structure in which IGBT cells (hereinafter referred to as IGBT cells) are connected in parallel. Figure 17 shows the conventional n-channel type! 18 is a sectional view showing the structure of a GBT cell, and FIG. 18 is a circuit diagram showing its equivalent circuit.

第17図において、1はP+半導体基板から成るP+コ
レクタ層であり、その一方主面上にはN“エビタキシャ
ル層2Aが形成され、N+エビタキシャル層2A上には
N エピタキシャル層2Bが形成されている。なお、N
+エビタキシャル層2Aを形成するのは、IGBTが所
定の耐圧を維持する目的からである。N エピタキシャ
ル層2Bの表面の一部領域には、P形不純物を選択的に
拡散することによりPウエル領域3が形成され、さらに
このPウェル領域3の表面の一部領域には、高濃度のN
形不純物を選択的に拡散することによりN+エミッタ領
域4が形成されている。N エピタキシャル層2Bの表
面とN+エミツタ領域4の表面とで挟まれたPウエル領
域3の表面上にはゲート絶縁膜5が形成され、このゲー
ト絶縁膜5は隣接するIGBTセル間で一体となるよう
Nエビタキシャル層2Bの表面上にも形成されている。
In FIG. 17, 1 is a P+ collector layer made of a P+ semiconductor substrate, on one main surface of which an N'' epitaxial layer 2A is formed, and on the N+ epitaxial layer 2A, an N'' epitaxial layer 2B is formed. In addition, N
The purpose of forming the +ebitaxial layer 2A is to maintain a predetermined breakdown voltage of the IGBT. In a part of the surface of the N epitaxial layer 2B, a P-well region 3 is formed by selectively diffusing P-type impurities, and in a part of the surface of this P-well region 3, a high concentration N
N+ emitter region 4 is formed by selectively diffusing type impurities. A gate insulating film 5 is formed on the surface of the P well region 3 sandwiched between the surface of the N epitaxial layer 2B and the surface of the N+ emitter region 4, and this gate insulating film 5 is integrated between adjacent IGBT cells. It is also formed on the surface of the N-bitaxial layer 2B.

ゲート絶縁!li5上には例えばポリシリコンから戊る
ゲート電極6が形成され、またPベース領域3およびN
+エミツタ領域4の両方に電気的に接続するように例え
ばアルミなどの金属のエミツタ電極7が形成されている
。なおゲート電極6およびエミッタ電極7は、絶縁膜8
を介した多層構造とすることにより、,全IGBTセル
に対してそれぞれ共通に電気的につながった構造となっ
ている。P コレクタ層1の裏面には金属のコレクタ電
極9が全IGBTセルに対し一体に形成されている。
Gate insulation! A gate electrode 6 made of polysilicon, for example, is formed on the li5, and a P base region 3 and an N
An emitter electrode 7 made of metal such as aluminum is formed so as to be electrically connected to both of the + emitter regions 4 . Note that the gate electrode 6 and the emitter electrode 7 are connected to an insulating film 8.
By forming a multi-layer structure with , all IGBT cells are electrically connected to each other in common. A metal collector electrode 9 is integrally formed on the back surface of the P collector layer 1 for all IGBT cells.

N一エビタキシャル層2BとN 工;ツタ領域4とで挟
まれたPウエル領域3の表面近傍はnチャネルのMOS
構造となっており、ゲート端子Gを通じてゲート電極6
に正電圧を印加することより、ゲート電極6直下のPウ
エル領域3の表面近傍に形成されたチャネルを通じて、
電子がN+エミッタ領域4よりN エピタキシャル層2
B及びN+エビタキシャル層2AC以下、これらを総称
する場合、「Nベース層2」という。)へと流れる。!
 はこの様にして流れる電子電流を示す。
Near the surface of the P well region 3 sandwiched between the N-evitaxial layer 2B and the N-type vine region 4 is an n-channel MOS.
The structure is such that the gate electrode 6 is connected through the gate terminal G.
By applying a positive voltage to
Electrons are transferred from N+ emitter region 4 to N epitaxial layer 2
The B and N+ epitaxial layers 2AC and below are collectively referred to as "N base layer 2". ). !
represents the electron current flowing in this way.

e 一方、P コレクタ層1からは少数キャリアである正孔
がNベース層2に注入され、その一部は上記電子と再結
合して消滅し、残りは正孔電流■5としてPウエル領域
3を流れる。この様にIGBTは、基本的にバイボーラ
的な動作をし、N エピタキシャル層2Bでは、電導度
変調の効果から電導度が増大することにより、従来のパ
’7−MOSに比べて低いオン電圧、大きい電流容量を
実現できる利点がある。
e On the other hand, holes, which are minority carriers, are injected from the P collector layer 1 into the N base layer 2, a part of which recombines with the electrons and disappears, and the rest is formed as a hole current 5 in the P well region 2. flows. In this way, the IGBT basically operates in a bibolar manner, and the conductivity of the N epitaxial layer 2B increases due to the effect of conductivity modulation, resulting in a lower on-state voltage than that of the conventional MOS transistor. It has the advantage of realizing a large current capacity.

しかし、反面、ターンオフ時には正孔電流!hの減少が
時間的にゆっくりしているため、動作周波数を上げられ
ない嫌いがある。そこで電子線40を照射してNベース
層2に結晶欠陥を形成し、ターンオフ時の正孔の再結合
中心として機能させることにより動作周波数を上げる所
謂ライフタイム制御を行う。尚この時、電子線40がゲ
ート絶縁膜5を通過することにより同絶縁膜5内に正の
固定電荷を形成し、閾値電圧vthを低下させてしまう
現象が見られる。この低下の度合いは照1[の増加に従
って大きくなる。従って照財後の閾値電圧vthを所望
の値にする為には予め、電子線照射による低下分を見積
って素子設計を行う必要がある。
However, on the other hand, there is a hole current at turn-off! Since h decreases slowly over time, it is difficult to increase the operating frequency. Therefore, crystal defects are formed in the N base layer 2 by irradiation with an electron beam 40, and the crystal defects are made to function as recombination centers for holes during turn-off, thereby performing so-called lifetime control to increase the operating frequency. At this time, a phenomenon is observed in which the electron beam 40 passes through the gate insulating film 5, thereby forming positive fixed charges in the insulating film 5, thereby lowering the threshold voltage vth. The degree of this decrease increases as the light 1[ increases. Therefore, in order to set the threshold voltage vth after irradiation to a desired value, it is necessary to design the device by estimating the decrease due to electron beam irradiation in advance.

一方、第18図の等価回路より明らかなように、IGB
Tセルには寄生のPNPNサイリスタ構造が存花する。
On the other hand, as is clear from the equivalent circuit in Fig. 18, IGB
A parasitic PNPN thyristor structure exists in the T cell.

寄生サイリスタは、Nベース層2,Pウエル領域3およ
びN エミッタ領域4より成るNPN }ランジスタ1
0と、P+コレクタ層1,Nベース層2およびPウエル
領域3より成るPNPトランジスター1とで構成され、
両トランジスタ10.11が動作状態となり、かつそれ
ぞれの電流増幅率α .α2の和が1になったとき寄生
i サイリスタが導通して、ラッチアップが起こる。
The parasitic thyristor is an NPN transistor 1 consisting of an N base layer 2, a P well region 3, and an N emitter region 4.
0, and a PNP transistor 1 consisting of a P+ collector layer 1, an N base layer 2, and a P well region 3,
Both transistors 10, 11 are in operation, and their respective current amplification factors α . When the sum of α2 becomes 1, the parasitic i thyristor becomes conductive and latch-up occurs.

構造上、PNPトランジスター1のベースとなるNベー
ス層2の厚みはキャリア拡散長に比べ非常に厚いので、
α2は比較的小さな値となる。また、NPN }ランジ
スタ10はエミッタ・ベース間が短絡され、オン状態に
なりにくい構造となっている。このため、通常の動作状
態においてはラッチアップは発生せず、IGBTセルは
nチャネルMOSFET12とPNP }ランジスタ1
1の複合素子として動作する。この場合にはPNP I
−ランジスタ11のベース電流がnチャネルMOSFE
T12によって制御されることになるので、ゲート端子
Gに加える制御信号によってI GBTのコレクタ端子
Cから流入する主電流I。を制御することが可能となる
。なお、エミッタ端子Eに流れる電流を■,とすると、 IC−IE−Io+■h     ・・・(1)の関係
が成り立つ。
Structurally, the thickness of the N base layer 2, which is the base of the PNP transistor 1, is much thicker than the carrier diffusion length.
α2 has a relatively small value. Further, the NPN transistor 10 has a structure in which the emitter and base are short-circuited, making it difficult to turn on. Therefore, latch-up does not occur under normal operating conditions, and the IGBT cell has n-channel MOSFET 12 and PNP transistor 1.
It operates as one composite element. In this case PNP I
-The base current of transistor 11 is n-channel MOSFE
The main current I flowing from the collector terminal C of the IGBT is controlled by the control signal applied to the gate terminal G. It becomes possible to control the Note that, if the current flowing to the emitter terminal E is represented by {circle around (1)}, then the following relationship (IC-IE-Io+■h) (1) holds true.

ところが、IGBTの主電流1cが例えばゲート端子G
に印加されるノイズ等の何らかの外的原因により増加す
ると、電子電流I および正孔電e 流■ が増加する。このとき、正孔電流1hがあh る値を越えると、Pウェル領域3における抵抗RBでの
電圧降下によりNPN}ランジスタ10が導通し、その
電流増幅率α1の増大によりα゛1+α2−1が満たさ
れて寄生サイリスクが導通する。こうしてIGBTはラ
ッチアップ状態となる。
However, the main current 1c of the IGBT is, for example, at the gate terminal G.
When increased due to some external cause such as noise applied to the electron current I and the hole current e, the electron current I and the hole current e increase. At this time, when the hole current 1h exceeds a certain value, the NPN transistor 10 becomes conductive due to the voltage drop across the resistor RB in the P-well region 3, and the increase in current amplification factor α1 causes α゛1+α2-1 to increase. It is filled and the parasitic Sailisk becomes conductive. In this way, the IGBT enters a latch-up state.

この状態では最早、ゲート端子Gに印加する制御信号に
よってIGBTの主電流1cを制御することができず、
過大な主電流I。が無制限4こ流れることになる。ラッ
チアップを防止するためには、Pウェル領域3の不純物
la度を上げて抵抗を下げること、および、N+エミッ
タ鎮域4の直下を流れてエミッタ電極7に至るホール電
流1hの比率を小さくすることが必要である。
In this state, the main current 1c of the IGBT can no longer be controlled by the control signal applied to the gate terminal G.
Excessive main current I. will flow an unlimited number of times. In order to prevent latch-up, the impurity concentration in the P well region 3 should be increased to lower the resistance, and the ratio of the hole current 1h flowing directly under the N+ emitter suppressing region 4 to the emitter electrode 7 should be reduced. It is necessary.

第19図はラッチアップ防止のために従来から採用され
ているIGBTセル構造の一例を示す断面図である。こ
の例では、平面形状が矩形であるI GBTセルのPウ
エル領域3の中央部に、これと同一導電形のF形不純物
を高濃度に拡散して形成したP+領域13を設けている
。これにより、Pウエル領域3の抵抗を下げるとともに
、Pウエル領域3の中央部を流れるホール電流1hの比
率をN+エミッタ領域4直下を流れるホール電流I5の
比率に比べて相対的に大きくし、NPNトランジスタ1
0の導通状態への移行を抑えようとするものである。
FIG. 19 is a cross-sectional view showing an example of an IGBT cell structure conventionally employed to prevent latch-up. In this example, a P+ region 13 formed by diffusing F-type impurities of the same conductivity type at a high concentration is provided in the center of a P-well region 3 of an IGBT cell having a rectangular planar shape. As a result, the resistance of the P-well region 3 is lowered, and the ratio of the Hall current 1h flowing through the central part of the P-well region 3 is made relatively larger than the ratio of the Hall current I5 flowing directly under the N+ emitter region 4. transistor 1
This is intended to suppress the transition to the 0 conduction state.

第20図はラッチアップ防止のために従来から採用され
ているI GBTセル構造の別の一例を示す図解斜視断
面図である。この例では、Pウエル領域3をストライプ
状に形成し、かつN+エミツタ領域4を一部削除したパ
ターンに形成している。
FIG. 20 is an illustrative perspective cross-sectional view showing another example of an IGBT cell structure conventionally employed to prevent latch-up. In this example, the P well region 3 is formed in a stripe shape, and the N+ emitter region 4 is formed in a pattern in which a portion is removed.

これにより、N+エミッタ領域4が削除されたPウェル
領域3の部分をホール電流■hのバイパス?路とし、N
+エミッタ領域4直下を流れるホール電流1hの比率を
下げている。また第19図と同様のP+領域13も併せ
て設けられている。
As a result, the portion of the P well region 3 from which the N+ emitter region 4 has been removed is bypassed by the hole current h? Road and N
+The ratio of the hole current 1h flowing directly under the emitter region 4 is lowered. A P+ region 13 similar to that shown in FIG. 19 is also provided.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

ところで上記第19図の構造を採用する場合、特に高耐
圧のI GBT装置ではPウエル領域3の深さを深くし
なければならないため、高不純物濃度のP+領域13も
これに合せて深い位置まで形成する必要がある。しかし
ながら表面からの拡散によりP+領域13を形成するも
のであるため、不純物の濃度分布は深い所ほど低くなる
ことは避けられず、縦方向の抵抗RB■のうち深い所で
の抵抗値を十分に低下させることができない。またP“
領域13はN+エミッタ領域4直下の全域に形成するこ
とが望ましいが、ゲート電極6直下のチャネル領域に及
ぶことはMOSFET12の閾値電圧を変化させること
になるので避けなければならない。したがって、形成時
の種々の誤差を考慮するとチャネル領域のかなり手前ま
でしかP+領域13を,形成することができず、横方向
の抵抗RB2のうちチャネルに近い所での抵抗値を十分
に低下させることができない。以上のことより、第19
図の構造ではラッチアップ対策として不十分となること
が多いという問題点があった。
By the way, when adopting the structure shown in FIG. 19 above, the depth of the P well region 3 must be made deep, especially in a high voltage IGBT device, so the P+ region 13 with a high impurity concentration must also be made deep. need to be formed. However, since the P+ region 13 is formed by diffusion from the surface, it is inevitable that the impurity concentration distribution becomes lower as the depth increases. cannot be lowered. Also P “
Although it is desirable to form the region 13 in the entire area directly under the N+ emitter region 4, it must be avoided to extend to the channel region directly under the gate electrode 6 since this will change the threshold voltage of the MOSFET 12. Therefore, considering various errors during formation, it is possible to form the P+ region 13 only up to quite a distance in front of the channel region, and the resistance value of the lateral resistance RB2 near the channel can be sufficiently reduced. I can't. From the above, the 19th
The problem with the structure shown in the figure is that it is often insufficient as a countermeasure against latch-up.

一方、第20図の構造によれば、N+エミッタ領域4の
一部削除に伴いチャネルが減少することは避けられない
。チャネルの減少は大電流容量化にとって不利である。
On the other hand, according to the structure shown in FIG. 20, it is inevitable that the number of channels will decrease as a result of partially removing the N+ emitter region 4. A decrease in the number of channels is disadvantageous for increasing the current capacity.

またI GBTセルの平面形状がストライブ形状となる
ため、多数のIGBTセルを並列接続した大電流容量の
IGBT装置を作る場合、矩形のIGBTセルの場合と
比べて、セル配列の高密度化が阻害されるという問題点
がある。
In addition, since the planar shape of the IGBT cell is striped, when creating an IGBT device with a large current capacity by connecting many IGBT cells in parallel, it is necessary to increase the density of the cell arrangement compared to the case of rectangular IGBT cells. The problem is that it is inhibited.

また、第17図に示すように、電子線40の照射により
Nベース層2に十分な結晶欠陥が生じるようにライフタ
イム制御を行うと、この結晶欠陥の発生に伴いNベース
層2の抵抗値が必然的に上昇し、I GBTのオン抵抗
が増加してしまう。つまり、I GBTのオン抵抗とタ
ーンオフ時間はトレードオフの関係にあり、現状におい
てこのトレードオフ関係が最適とは言えない問題点があ
る。
Further, as shown in FIG. 17, when lifetime control is performed so that sufficient crystal defects are generated in the N base layer 2 by irradiation with the electron beam 40, the resistance value of the N base layer 2 increases as the crystal defects occur. inevitably increases, and the on-resistance of the IGBT increases. In other words, there is a trade-off relationship between the on-resistance and turn-off time of the IGBT, and there is a problem that this trade-off relationship cannot be said to be optimal at present.

さらに、前述したように、電子線40の照射CこよりI
GBTの閾値電圧vthは低下するため、その低下分を
見積って、電子線40照射後の閾値電圧V が所望の値
となるように、素子設計を行うth 必要があり、その分手間がかかるという問題点力《ある
Furthermore, as described above, from the irradiation C of the electron beam 40, I
Since the threshold voltage Vth of the GBT decreases, it is necessary to estimate the decrease and design the device so that the threshold voltage V after irradiation with the electron beam 40 has the desired value, which takes time and effort. Problem points: Yes.

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、電子線などの電離放射線の照射前後での閾値
電圧の変動を抑制または制御することができ、かつ、ラ
ツチア・ノブの発生を有効に防止しながらオン抵抗値と
ターンオフ時間とのトレードオフ関係を最善にし、大電
流容量化およびセルκ列の高密度化に適した構造の絶縁
ゲート型バイポーラトランジスタを得ることを目的とす
る。
This invention was made in order to solve the above-mentioned problems, and it is possible to suppress or control fluctuations in threshold voltage before and after irradiation with ionizing radiation such as an electron beam, and to prevent the occurrence of latch knob. The objective is to obtain an insulated gate bipolar transistor with a structure suitable for increasing the current capacity and increasing the density of κ cells by optimizing the trade-off relationship between on-resistance and turn-off time while effectively preventing .

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

この発明にかかる請求項1記載の絶縁ゲート型バイポー
ラトランジスタは、第1および第2の主面を有する第1
の導電形の第1の半導体層と、前記第1の半導体層の前
記第1の主面上に形成された第2の導電形の第2の半導
体層と、前記第2の半導体層の表面に選択的に形成され
た第1の導電形の第1の半導体領域と、前記第1の半導
体領域の表面に選択的に形成された第2の導電形の第2
の半導体領域と、前記第2の半導体層と前記第2の半導
体領域とで挟まれた前記第1の半導体領域の表面上に形
成された絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成.された制御電
極と、前記第1および第2の半導体領域上にまたがって
形成された第1の主電極と、前記第1の半導体層の前記
第2の主面上に形成された第2の主電極とを備え、前記
絶縁膜中の正の固定電荷の数および、前記絶縁膜と前記
第1の半導体領域との界面における準位の数に関し、前
者が後者と均衡して存在するか、あるいは前者が後者よ
りも格段に多く存在するように構成したものである。
An insulated gate bipolar transistor according to claim 1 of the present invention includes a first insulated gate bipolar transistor having a first main surface and a second main surface.
a first semiconductor layer of a conductivity type, a second semiconductor layer of a second conductivity type formed on the first main surface of the first semiconductor layer, and a surface of the second semiconductor layer. a first semiconductor region of a first conductivity type selectively formed on the surface of the first semiconductor region; and a second semiconductor region of a second conductivity type selectively formed on the surface of the first semiconductor region.
an insulating film formed on the surface of the first semiconductor region sandwiched between the second semiconductor layer and the second semiconductor region, and an insulating film formed on the insulating film. a first main electrode formed over the first and second semiconductor regions, and a second main electrode formed on the second main surface of the first semiconductor layer. with respect to the number of positive fixed charges in the insulating film and the number of levels at the interface between the insulating film and the first semiconductor region, whether the former exists in balance with the latter; Or, it is constructed so that there are far more of the former than the latter.

また、請求項2記載の絶縁ゲート型バイポーラトランジ
スタは、第1および第2の主面を有する第1の導電形の
第1の半導体層と、前記第1の半導体層の前記第1の主
面上に形成された第2の導電形の第2の半導体層と、前
記第2の半導体層の表面に選択的に形成された第1の導
電形の第1の半導体領域と、前記第1の半導体領域の表
面に選択的に形成された第2の導電形の第2の半導体領
域と、前記第2の半導体層と前記第2の半導体領域とで
挟まれた前記第1の半導体領域の表面上に形成された絶
縁膜と、前記絶縁膜上に形成された制8電極と、前記第
1および第2の半導体領域上にまたがって形成された第
1の主電極と、前記第1の半導体層の前記第2の主面上
に形成された第2の主電極とを備え、前記第2の半導体
層は、前記第1の半導体層の前記第1の主面上に形成さ
れ、結晶欠陥を有する比較的不純物濃度が高い第2の導
電形の第3の半導体層と、前記第3の半導体層上に形成
され、結晶欠陥を有さない比較的不純物順度が低い第2
の導電形の第4の半導体層からなる。
The insulated gate bipolar transistor according to claim 2 further includes: a first semiconductor layer of a first conductivity type having first and second main surfaces; a second semiconductor layer of a second conductivity type formed thereon; a first semiconductor region of a first conductivity type selectively formed on a surface of the second semiconductor layer; a second semiconductor region of a second conductivity type selectively formed on a surface of the semiconductor region; a surface of the first semiconductor region sandwiched between the second semiconductor layer and the second semiconductor region; an insulating film formed on the insulating film, an electrode formed on the insulating film, a first main electrode formed over the first and second semiconductor regions, and an insulating film formed on the insulating film; a second main electrode formed on the second main surface of the layer, the second semiconductor layer is formed on the first main surface of the first semiconductor layer, and the second main electrode is formed on the first main surface of the first semiconductor layer, a third semiconductor layer of a second conductivity type having a relatively high impurity concentration, and a second semiconductor layer having a relatively low impurity concentration and having no crystal defects, which is formed on the third semiconductor layer and having a relatively high impurity concentration.
The fourth semiconductor layer has a conductivity type of .

一方、この発明にかかる請求項3記載の絶縁ゲート型バ
イポーラトランジスタの製造方法は、第1および第2の
主面を有する第1の導電形の第1の半導体層を準備する
工程と、前記第1の半導体層の前記第1の主面上に第2
の導電形の第2の半導体層を形成する工程と、前記第2
の半導体層の表面に第1の導電形の第1の半導体領域を
選択的に形成する工程と、前記第1の半導体領域の表面
に第2の導電形の第2の半導体領域を選択的に形成する
工程と、前記第2の半導体層と前記第2の半導体領域と
で挟まれた前記第1の半導体領域の表面上に絶縁膜を形
成する工程と、前記絶縁膜上に制御電極を形成する工程
と、前記第1および第2の半導体領域上にまたがって第
1の主電極を形成する工程と、前記第1の半導体層の前
記第2の主面上に第2の主電極を形成する工程と、前記
制御電極と前記第1の主電極間に所定の電圧を印加した
状態で前記制御電極上方から電離放射線を照射する工程
とを備゜えて構成されている。
On the other hand, a method for manufacturing an insulated gate bipolar transistor according to a third aspect of the present invention includes the steps of: preparing a first semiconductor layer of a first conductivity type having first and second main surfaces; a second semiconductor layer on the first main surface of the first semiconductor layer;
a step of forming a second semiconductor layer of a conductivity type;
selectively forming a first semiconductor region of a first conductivity type on a surface of a semiconductor layer; and selectively forming a second semiconductor region of a second conductivity type on a surface of the first semiconductor region. forming an insulating film on the surface of the first semiconductor region sandwiched between the second semiconductor layer and the second semiconductor region; and forming a control electrode on the insulating film. forming a first main electrode over the first and second semiconductor regions; and forming a second main electrode on the second main surface of the first semiconductor layer. and a step of irradiating ionizing radiation from above the control electrode while applying a predetermined voltage between the control electrode and the first main electrode.

また、請求項4記載の絶縁ゲート型バイポーラトランジ
スタの製造方法は、第1および第2の主面を有する第1
の導電形の第1の半導体層を準備する工程と、前記第1
の半導体層の前記第1の主面上に第2の導電形の第2の
半導体層を形成する工程と、前記第2の半導体層の表面
に第1の導電形の第1の半導体領域を選択的に形成する
工程と、前記第1の半導体領域の表面に第2の導電形の
第2の半導体領域を選択的に形成する工程と、前記第2
の半導体層と前記第2の半導体領域とで挟まれた前記第
1の半導体領域の表面上に絶縁膜を形成する工程と、前
記絶縁膜上に制御電極を形成する工程と、前記第1およ
び第2の半導体領域上にまたがって第1の主電極を形成
する工程と、前記第1の半導体層の前記第2の主面上に
第2の主電極を形成する工程と、前記制御電極と前記第
1の主電極間に所定の電圧を印加した状態で前記制御電
極上方から、第1の電離放射線を飛程が前記絶縁膜近傍
になるように照射する工程と、前記第2の主電極が形成
された主面上から、第2の71i離放η・1線を飛程が
前記第2の半導体層内になるように!!伐射する工程と
を備えてtlI或されている。
Further, the method for manufacturing an insulated gate bipolar transistor according to claim 4 provides a first
a step of preparing a first semiconductor layer of a conductivity type;
forming a second semiconductor layer of a second conductivity type on the first main surface of the semiconductor layer; and forming a first semiconductor region of the first conductivity type on the surface of the second semiconductor layer. selectively forming a second semiconductor region of a second conductivity type on a surface of the first semiconductor region;
forming an insulating film on the surface of the first semiconductor region sandwiched between the semiconductor layer and the second semiconductor region; forming a control electrode on the insulating film; forming a first main electrode over the second semiconductor region; forming a second main electrode over the second main surface of the first semiconductor layer; irradiating first ionizing radiation from above the control electrode with a predetermined voltage applied between the first main electrodes so that the range is near the insulating film; and From the main surface where is formed, the range of the second 71i release η·1 line is within the second semiconductor layer! ! The process includes a process of felling the trees.

さらに、請求項5記載の絶縁ゲート型バイポーラトラン
ジスタの製造方法は、第1および第2の主面を有する第
1の導電形の第1の半導体層を準備する工程と、前記第
1の半導体層の前記第1の主面上に第2の導電形の第2
の半導体層を形成する工程とを備え、前記第2の半導体
層を形成する工程は、前記第1の半導体層の前記第1の
主面上に比較的不純物濃度の高い第2の導電形の第3の
半導体層を形成する工程と、前記第3の半導体層上に比
較的不純物濃度の低い第2の導電形の第4の半導体層を
形成する工程とからなり、前記第4の半導体層の表面に
第1の導電形の第1の半導体領域を選択的に形成する工
程と、前記第1の半導体領域の表面に第2の導電形の第
2の半導体領域を選択的に形成する工程と、前記第4の
半導体層と前記第2の半導体領域とで挟まれた前記第1
の半導体領域の表面上に絶縁膜を形成する工程と、前記
絶縁膜上に制御電極を形成する工程と、前記第1および
第2の半導体領域上にまたがって第1の主電極を形成す
る工程と、前記第1の半導体層の前記第2の主面上に第
2の主電極を形成する工程と、生成される結晶欠陥が分
布する範囲が前記第3の半導体層の厚さよりも小さな電
離放射線を、前記第2の主電極が形成された主面上から
、飛程が前記第3の半導体層の中心付近になるように照
射する工程とをさらに備えて構成されている。
Furthermore, the method for manufacturing an insulated gate bipolar transistor according to claim 5 further includes a step of preparing a first semiconductor layer of a first conductivity type having first and second main surfaces; on the first main surface of the second conductivity type.
forming a semiconductor layer of a second conductivity type having a relatively high impurity concentration on the first main surface of the first semiconductor layer. The fourth semiconductor layer includes the steps of forming a third semiconductor layer, and forming a fourth semiconductor layer of a second conductivity type with a relatively low impurity concentration on the third semiconductor layer. a step of selectively forming a first semiconductor region of a first conductivity type on a surface of said first semiconductor region; and a step of selectively forming a second semiconductor region of a second conductivity type on a surface of said first semiconductor region. and the first semiconductor region sandwiched between the fourth semiconductor layer and the second semiconductor region.
forming an insulating film on the surface of the semiconductor region; forming a control electrode on the insulating film; and forming a first main electrode over the first and second semiconductor regions. and forming a second main electrode on the second main surface of the first semiconductor layer, and ionization in which the range in which generated crystal defects are distributed is smaller than the thickness of the third semiconductor layer. The method further includes the step of irradiating radiation from above the main surface on which the second main electrode is formed so that the range is near the center of the third semiconductor layer.

〔作用〕[Effect]

請求項1記載の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタに
おいては、絶縁膜中の正の固定電荷の数および、該絶縁
膜と第1の半導体領域との界面における準位の数に関し
、前者が後者と均衡して存在するか、あるいは前者が後
者よりも格段に多く存在するように構成される。前者が
後者と均衡して存在する場合、両者の影響が打ち消し合
うことにより閾値電圧vthは変化しない。一方、前者
が後者よりも格段に多く存在する場合、前者の影響によ
り閾値電圧vthは低下する。このとき、第2の半導体
領域,第1の半導体領域および第2の半導体層より或る
寄生トランジスタを動作しにくくするため第1の半導体
領域を高濃度に形成しておけば、これにより閾値電圧V
thは上昇する。そして、この上昇と前記低下とをちょ
うど相殺させれば、閾値電圧vthはやはり変化しない
ことになるまた、請求項2記載の絶縁ゲート型バイポー
ラトランジスタにおいては、第2の半導体層を構成する
比較的不純物濃度が高い第3の半導体層と比較的不純物
濃度が低い第4の半導体層のうち、第3の半導体層にの
み結晶欠陥が設けられているため、結晶欠陥を設けるこ
とによる弊害は第4の半導体層には生じない。
In the insulated gate bipolar transistor according to claim 1, with respect to the number of positive fixed charges in the insulating film and the number of levels at the interface between the insulating film and the first semiconductor region, the former is in balance with the latter. Either there are many, or the former are far more numerous than the latter. When the former exists in balance with the latter, the effects of both cancel each other out, so that the threshold voltage vth does not change. On the other hand, when the former exists much more than the latter, the threshold voltage vth decreases due to the influence of the former. At this time, if the first semiconductor region is formed with a high concentration in order to make it more difficult for a certain parasitic transistor to operate than the second semiconductor region, the first semiconductor region, and the second semiconductor layer, this will lower the threshold voltage. V
th increases. If this increase and the decrease are exactly offset, the threshold voltage vth remains unchanged. Of the third semiconductor layer with a high impurity concentration and the fourth semiconductor layer with a relatively low impurity concentration, crystal defects are provided only in the third semiconductor layer. It does not occur in the semiconductor layer of

一方、請求項3記載の絶縁ゲート型バイポーラトランジ
スタの製造方法においては、制御電極と第1の主電極間
に所定の電圧を印加した状態で制御電極上方から電離放
射線が照射される。このとき、電圧の印加状況に応じて
、絶縁膜中の正の固定電荷の数および、該絶縁膜と第1
の半導体領域との界面における準位の数に関し、前者が
後者と均衡して存在するか、あるいは前者が後者よりも
格段に多く存在するように設定できる。これにより、請
求項1記載の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタに関
連した記述と同様にして、閾値電圧vthの変化が生じ
ないようにできる。
On the other hand, in the method for manufacturing an insulated gate bipolar transistor according to the third aspect, ionizing radiation is irradiated from above the control electrode while a predetermined voltage is applied between the control electrode and the first main electrode. At this time, the number of positive fixed charges in the insulating film and the number of positive fixed charges in the insulating film and the first
Regarding the number of levels at the interface with the semiconductor region, the former can be set to exist in balance with the latter, or the former can be set to exist much more than the latter. Thereby, as in the description related to the insulated gate bipolar transistor according to the first aspect, it is possible to prevent the threshold voltage vth from changing.

また、請求項4記載の絶縁ゲート型バイポーラトランジ
スタの製造方法においては、制御電極と第1の主電極間
に所定の電圧を印加した状態で飛程が絶縁膜近傍になる
ように第1の電離放射線が照射される。このとき、電圧
の印加状況に応じて、絶縁膜中の正の固定電荷の数およ
び、該絶縁膜と第1の半導体領域との界面における皇位
の数に関し、前者が後者と均衡して存在するか、あるい
は前者が後者よりも格段に多く存在するように設定でき
る。これにより、請求項1記載の絶縁ゲート型バイポー
ラトランジスタに関連した記述と同様にして、閾値電圧
vthの変化が生じないようにできる。しかも、第1の
電離放射線はほとんど第2の半導体層に照射されないた
め、第1の電離放射線によってライフタイム制御が行わ
れることはない。一方、第2の主電極の主面上から、飛
程が第2の半導体層内になるように第2の電離放射線が
照射される。このとき、第2の半導体層内に結晶欠陥が
設けられることにより、ライフタイム制御が行われる。
In the method for manufacturing an insulated gate bipolar transistor according to claim 4, the first ionization is performed so that the range is near the insulating film while a predetermined voltage is applied between the control electrode and the first main electrode. Radiation is applied. At this time, depending on the voltage application situation, the number of positive fixed charges in the insulating film and the number of charges at the interface between the insulating film and the first semiconductor region are such that the former exists in balance with the latter. Alternatively, the former can be set to exist much more often than the latter. Thereby, as in the description related to the insulated gate bipolar transistor according to the first aspect, it is possible to prevent the threshold voltage vth from changing. Moreover, since the second semiconductor layer is hardly irradiated with the first ionizing radiation, lifetime control is not performed by the first ionizing radiation. On the other hand, second ionizing radiation is irradiated from above the main surface of the second main electrode so that the range is within the second semiconductor layer. At this time, lifetime control is performed by providing crystal defects in the second semiconductor layer.

しかも、第2の電離照射線は絶縁膜近傍に照射されない
ため、第2の電離放射線によって閾値電圧Vthの変化
が生じることはない。
Furthermore, since the second ionizing radiation does not irradiate the vicinity of the insulating film, the threshold voltage Vth does not change due to the second ionizing radiation.

さらに、請求項5記載の絶縁ゲート型バイポーラトラン
ジスタの製造方法においては、生成される結晶欠陥が分
布する範囲が第3の半導体層の厚さよりも小さい電離放
射線を、第2の主電極が形成された主面上から、飛程が
第3の半導体層の中心付近となるように照射するため、
第2の半導体層を構成する比較的不純物濃度が高い第3
の半導体層と比較的不純物濃度が低い第4の半導体層の
うち、第3の半導体層にのみ結晶欠陥が設けられること
になる。従って、結晶欠陥を設けることによる弊害が第
4の半導体層に生じることはない。
Furthermore, in the method for manufacturing an insulated gate bipolar transistor according to claim 5, the second main electrode is formed to emit ionizing radiation in which the range in which the generated crystal defects are distributed is smaller than the thickness of the third semiconductor layer. In order to irradiate from above the main surface of the third semiconductor layer so that the range is near the center of the third semiconductor layer,
The third semiconductor layer, which has a relatively high impurity concentration, constitutes the second semiconductor layer.
Of the semiconductor layer and the fourth semiconductor layer having a relatively low impurity concentration, crystal defects are provided only in the third semiconductor layer. Therefore, the fourth semiconductor layer does not suffer from any harmful effects caused by the provision of crystal defects.

〔実施例〕〔Example〕

第1図はこの発明によるI GBTの第1の実施例を示
す断面図である。第1図において、1はP+半導体基板
から成るP+コレクタ層であり、その一方主面上にはN
+エビタキシャル層2Aが形成されており、さらにN+
エビタキシャル層2A上にN エピタキシャル層2Bが
形成されてぃる。これらのN+エビタキシャル層2Aと
N一エビタキシャル層2Bとにより、IGBTのNべ一
ス層を形成している(以下、N+エビタキシャル層2A
及びN エビタキシャル層2Bを総称して、「Nベース
層2」という。)。このN一エビタキシャル層2B上の
表面の一部領域には、P形不純物を選択的に拡散するこ
とにょりPウエル領域3が形成され、さらにこのPウエ
ル領域3の表面の一部領域には、高濃度のN形不純物を
選択的に拡散することによりN+エミッタ領域4が形成
されている。N エピタキシャル層2Bの表面とN+エ
ミッタ領域4の表面とで挟まれたPウェル鎮域3の表面
上にはゲート絶縁膜5が形成され、このゲート絶縁膜5
は隣接するI GBTセル間で一体となるようN エピ
タキシャル層2Bの表面上にも形成されている。ゲート
絶縁膜5上には例えばポリシリコンから成るゲート電極
6が形成され、またPベース領域3およびN+エミッタ
領域4の両方に電気′的に接続するように例えばアルミ
などの金属のエミッタ電極7が形成されている。なおゲ
ート電極6およびエミッタ電極7は、絶縁膜8を介した
多層構造とすることにより、全IGBTセルに対してそ
れぞれ共通に電気的につながった構造となっている。P
 コレクタ層1の裏面には金属のコレクタ電極9が全I
GBTセルに対し一体に形成されている。すなわち、こ
の実施例に係るIGBTは第17図に示す従来のIGB
Tと同様の構造を有しており、従ってその基本的な動作
に関しても従来のIGBTと同様である。
FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of an IGBT according to the present invention. In FIG. 1, 1 is a P+ collector layer made of a P+ semiconductor substrate, and on the other hand, N is on the main surface.
+Ebitaxial layer 2A is formed, and further N+
An N epitaxial layer 2B is formed on the epitaxial layer 2A. The N+ epitaxial layer 2A and the N-evitaxial layer 2B form the N base layer of the IGBT (hereinafter referred to as the N+ epitaxial layer 2A).
and the N epitaxial layer 2B are collectively referred to as the "N base layer 2." ). A P-well region 3 is formed in a part of the surface of this N-evitaxial layer 2B by selectively diffusing P-type impurities, and a P-well region 3 is further formed in a part of the surface of this P-well region 3. An N+ emitter region 4 is formed by selectively diffusing highly concentrated N type impurities. A gate insulating film 5 is formed on the surface of the P well region 3 sandwiched between the surface of the N epitaxial layer 2B and the surface of the N+ emitter region 4.
are also formed on the surface of the N epitaxial layer 2B so as to be integrated between adjacent IGBT cells. A gate electrode 6 made of polysilicon, for example, is formed on the gate insulating film 5, and an emitter electrode 7 made of a metal such as aluminum is electrically connected to both the P base region 3 and the N+ emitter region 4. It is formed. Note that the gate electrode 6 and the emitter electrode 7 have a multilayer structure with an insulating film 8 interposed therebetween, so that they are electrically connected in common to all IGBT cells. P
A metal collector electrode 9 is provided on the back surface of the collector layer 1.
It is formed integrally with the GBT cell. That is, the IGBT according to this embodiment is different from the conventional IGBT shown in FIG.
It has the same structure as the conventional IGBT, and its basic operation is also the same as that of the conventional IGBT.

このような構造のI GBTのエミツタ電極7とゲート
電極6の間に電源42によってゲート電極6が負になる
ように電圧を印加する。この状態で従来同様、電離放射
線の一種である電子線40による照射を行うと、ゲート
絶縁膜5中で発土した電子一正孔対は各々電気力線に沿
って移動し再結合率は低下する。従ってゲート絶縁膜5
中の正の固定電荷は増加するが、同じく電気力線に沿っ
て移動した電子はゲート絶縁膜5とPウエル領域3の界
面でアクセブタータイプの界面準位を形成する。正の固
定電荷とアクセプタータイプの界面準位は互いに影響を
打ち消し合うので、両者が均衡を保つように電源42に
よる電圧を最適化すれば、電子線40の照射前後での閾
値電圧Vthの低下は抑制できる。よって従来のように
、素子の設計段階で電子線40の照射による閾値電圧■
thの低下分を予め見込む必要がなくなり、より制御性
の高いライフタイム制御が実現できる。
A voltage is applied by a power source 42 between the emitter electrode 7 and the gate electrode 6 of the IGBT having such a structure so that the gate electrode 6 becomes negative. In this state, when irradiation with an electron beam 40, which is a type of ionizing radiation, is performed as before, each electron-hole pair excavated in the gate insulating film 5 moves along the lines of electric force, and the recombination rate decreases. do. Therefore, the gate insulating film 5
Although the positive fixed charges inside increase, the electrons that have similarly moved along the lines of electric force form an acceptor type interface level at the interface between the gate insulating film 5 and the P-well region 3. Since the positive fixed charge and the acceptor type interface state cancel each other out, if the voltage from the power supply 42 is optimized so that both are balanced, the threshold voltage Vth can be reduced before and after irradiation with the electron beam 40. can be suppressed. Therefore, as in the past, the threshold voltage by irradiation with the electron beam 40 is determined at the element design stage.
There is no need to anticipate the decrease in th in advance, and lifetime control with higher controllability can be realized.

第2図はこの発明によるIGBTの第2の実施例を示す
断面図である。第2図において、基本的な素子横造は、
Pウェル領域3を除いて第1図と同じである。第2図の
Pウエル領域3は、内部抵抗R およびRB2が寄生サ
イリスクの動作に影響Bl しない程度にまで低下するように、言い換えればN+エ
ミッタ領域4,Pベース領域3およびNベース層2より
成る寄生NPN }ランジスタの動作を不能化するよう
に、十分高濃度に形成されている。このため、ゲート絶
縁膜5直下でのPウェル領域3の濃度も上昇することよ
り、閾値電圧Vthは増大する。
FIG. 2 is a sectional view showing a second embodiment of the IGBT according to the present invention. In Figure 2, the basic element horizontal structure is
It is the same as FIG. 1 except for the P-well region 3. In other words, the P well region 3 in FIG. 2 is composed of an N+ emitter region 4, a P base region 3, and an N base layer 2, so that the internal resistances R and RB2 are reduced to such an extent that they do not affect the operation of the parasitic silicon risk. Parasitic NPN } is formed at a sufficiently high concentration so as to disable the operation of the transistor. Therefore, the concentration of the P-well region 3 directly under the gate insulating film 5 also increases, so that the threshold voltage Vth increases.

このような構造のIGBTのエミッタ電極7とゲート電
極6の間に、電源42によってゲートi極6が正になる
ように電圧を印加する。この状態で従来同様、電離放射
線の一種である電子線40による照射を行うと、ゲート
絶縁膜5中で発生した電子一正孔対は各々電気力線に沿
って移動し、再結合率は低下する。従ってゲート絶縁膜
5中の固定電荷は増加するが、電子はゲート電極6に速
やかに吸収され、上記第1の実施例のようにゲート絶縁
膜5とPウェル領域3の界面にアクセプタータイプの界
面準位を形成しない。正の固定電荷の増加は閾値電圧v
thの低下につながるので、Pウエル領域3の濃度上昇
に伴う閾値電圧vthの増大は相殺される。そして、電
子と正孔の再結合率はゲート絶縁膜5中の電界強度によ
って制御が可能であることから、電源42による印加電
圧を最適化することにより電子!1140の照射後に所
望の閾値電圧Vthを得ることができる。また、電子線
40は本来その目的であるNベース層2でのライフタイ
ム制御も行うことから、本工程においてライフタイム制
御とvth制御が同時に行えるものである。
A voltage is applied by a power source 42 between the emitter electrode 7 and the gate electrode 6 of the IGBT having such a structure so that the gate i-pole 6 becomes positive. In this state, when irradiation with an electron beam 40, which is a type of ionizing radiation, is performed as before, each electron-hole pair generated in the gate insulating film 5 moves along the lines of electric force, and the recombination rate decreases. do. Therefore, although the fixed charge in the gate insulating film 5 increases, electrons are quickly absorbed into the gate electrode 6, and as in the first embodiment, an acceptor type is formed at the interface between the gate insulating film 5 and the P-well region 3. Does not form interface states. The increase in positive fixed charge is the threshold voltage v
Since this leads to a decrease in th, an increase in threshold voltage vth due to an increase in the concentration of P well region 3 is offset. Since the recombination rate of electrons and holes can be controlled by the electric field strength in the gate insulating film 5, by optimizing the voltage applied by the power supply 42, the recombination rate of electrons and holes can be controlled. A desired threshold voltage Vth can be obtained after 1140 irradiations. Furthermore, since the electron beam 40 also performs lifetime control in the N base layer 2, which is its original purpose, lifetime control and vth control can be performed simultaneously in this step.

第3図はこの発明によるI GBTの第3の実施例を示
す断面図である。・第3図において、基本的な素子構造
は、Pウエル領域3を除いて第1図と同じである。第3
図のPウエル領域3は、内部抵抗R 及びRB2が寄生
サイリスタの動作に影響し旧 ない程度にまで低下するように、第2図の実施例と同様
に十分高濃度に形成されている。このためゲート絶縁膜
直下でのPウェル賄域3の濃度も上昇することにより、
閾値電圧vthは増大する。
FIG. 3 is a sectional view showing a third embodiment of the IGBT according to the present invention. - In FIG. 3, the basic element structure is the same as in FIG. 1 except for the P-well region 3. Third
The P-well region 3 shown in the figure is formed with a sufficiently high concentration as in the embodiment shown in FIG. 2 so that the internal resistances R 1 and RB2 affect the operation of the parasitic thyristor and are reduced to an unprecedented level. For this reason, the concentration of the P-well covering region 3 directly under the gate insulating film also increases, and as a result,
Threshold voltage vth increases.

この実施例では、エミッタ電極7上にマスク36を形成
し、このマスク36を介して飛程がゲート絶縁膜5の付
近にあるような電離放躬線の一種である低エネルギー軽
イオン線41aを、ゲート電極6の部分にのみ選択的に
照射する。この軽イオン線41aとして、例えばプロト
ン(水素イオンH+)を用いてもよい。照射中はエミッ
タ電極7とゲート電極6の間に電源42によってゲート
電極6が正になるように電圧を印加しておく。低エネル
ギー軽イオン線41aはゲート絶縁膜5中で電子一正孔
対を発生させるが、これらは各々電気力線に沿って移動
し、再結合率は低下する。従ってゲート絶縁膜5中の正
の固定電荷は増加するが、電子はゲート電極6に速やか
に吸収され、ゲート絶縁膜5とPウエル領域3の界面に
アクセプタータイプの界而準位を形成しない。正の固定
電荷の増加は閾値電圧Vthの低下につながるので、P
ウエル領域3の濃度上昇に伴う閾値電圧■thの増大は
相殺される。そして、電子と正孔の再結晶率はゲート絶
縁膜5中の電界強度によって制御が可能であることから
、電源42による印加電圧を最適化することにより低エ
ネルギー軽イオン線41aの照射後に所望の閾値電圧v
thを得ることができる。
In this embodiment, a mask 36 is formed on the emitter electrode 7, and a low-energy light ion beam 41a, which is a type of ionizing radiation beam whose range is near the gate insulating film 5, is transmitted through the mask 36. , selectively irradiates only the gate electrode 6 portion. For example, protons (hydrogen ions H+) may be used as the light ion beam 41a. During irradiation, a voltage is applied between the emitter electrode 7 and the gate electrode 6 by the power source 42 so that the gate electrode 6 becomes positive. The low-energy light ion beam 41a generates electron-hole pairs in the gate insulating film 5, but each of these moves along the lines of electric force, and the recombination rate decreases. Therefore, although the positive fixed charge in the gate insulating film 5 increases, the electrons are quickly absorbed into the gate electrode 6, and no acceptor type physical level is formed at the interface between the gate insulating film 5 and the P-well region 3. . Since an increase in positive fixed charge leads to a decrease in threshold voltage Vth, P
The increase in the threshold voltage th due to the increase in concentration in the well region 3 is canceled out. Since the recrystallization rate of electrons and holes can be controlled by the electric field strength in the gate insulating film 5, by optimizing the voltage applied by the power supply 42, the desired rate of recrystallization can be achieved after irradiation with the low-energy light ion beam 41a. threshold voltage v
th can be obtained.

低エネルギー軽イオン線41aの飛程をゲート絶縁s5
の位置に厳格に!IJ御することによりPウエル領域3
及びNベース層2に影響を与えないのが理想的であるが
、飛程のゆらぎからPウエル領域3及びNベース層2の
ごく表面付近には影響を与えるものと思われる。しかし
、ゲート絶縁膜5の中に上述の効果が得られる程度の電
子一正孔対を発生させる為に必要なイオン照射量は通常
のライフタイム制御を行う時のイオン照射量に比べて格
段に少ないため、その影響は無視できる。
The range of the low energy light ion beam 41a is gate insulated s5
Strictly in position! P well area 3 by controlling IJ
Ideally, it would not affect the P-well region 3 and the N-base layer 2, but it is thought to affect the P-well region 3 and near the very surface of the N-base layer 2 due to range fluctuations. However, the amount of ion irradiation required to generate enough electron-hole pairs to obtain the above-mentioned effect in the gate insulating film 5 is significantly higher than the amount of ion irradiation when performing normal lifetime control. Since it is small, its effect can be ignored.

この後、コレクタ電極9の側からNベース層2中に飛程
があるような高エネルギー軽イオン線4lbを照射して
、ライフタイム制御を精密に行う。
Thereafter, 4 lb of high-energy light ion beam having a range into the N base layer 2 is irradiated from the collector electrode 9 side to perform precise lifetime control.

この方法によるライフタイム制御は、上述の電子線によ
るライフタイム制御に比べて、より改善されたオン電圧
(コレクタ・エミッタ飽和電圧)■  −ターンオフ時
間t  のトレードオフ関CES          
 of’(’係を実現することが可能である。すなわち
、この実施例によれば、ラッチアップ防止と、より改善
されたvCCS   ”off”レードオフ関係とが実
現されたIGBTを製造することができる。
Lifetime control using this method has a more improved on-voltage (collector-emitter saturation voltage) - turn-off time t trade-off relationship CES than the above-mentioned lifetime control using an electron beam.
of'(' relation can be realized. In other words, according to this embodiment, it is possible to manufacture an IGBT in which latch-up prevention and an improved vCCS "off" trade-off relationship are realized. .

なおPウェル領域3の濃度を第1の実施例程度にし、ゲ
ー電極6が負になるように電圧を印加して、低エネルギ
ー軽イオン線41aの照射を行うことにより、第1の実
施例で述べた原理に従った閾値電圧vthの低下を抑制
することも考えられる。
Note that by setting the concentration of the P well region 3 to the level of the first embodiment, applying a voltage so that the gate electrode 6 becomes negative, and performing irradiation with the low energy light ion beam 41a, the concentration of the first embodiment can be improved. It is also possible to suppress the decrease in the threshold voltage vth according to the stated principle.

第4A図〜第4D図は上記第1〜第3実施例に係るl 
GBTの製造手順を示す断面図である。なお、この場合
のPウエル領域3は、第19図の従来のIGBTと同様
に、比較的不純物濃度が低く深さが浅い第1のPウエル
領域3aと、この第1のPウェル領域3aの中央部に形
成された比較的不純物濃度が高く深さが深い第2のPウ
ェル領域3bとから成っている。
FIG. 4A to FIG. 4D are l according to the above-mentioned first to third embodiments.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the GBT manufacturing procedure. Note that the P-well region 3 in this case includes a first P-well region 3a with a relatively low impurity concentration and a shallow depth, and a shallow depth of the first P-well region 3a, similar to the conventional IGBT shown in FIG. It consists of a second P well region 3b formed in the center and having a relatively high impurity concentration and a deep depth.

まず第4A図に示すように、P+シリコン基板より成る
P+コレクタ層1の第1主面上に、10μm程度の厚み
のN+エビタキシャル層2Aをエビタキシャル成長する
。そして、このN エビタキシャル層2A上に50〜1
00数+μmの厚みのN エピタキシャル層2Bをエビ
タキシャル成長する。このN エビタキシャル層2上に
例えばシリコン酸化膜を形成し、これをパターニングす
ることによりマスク33を形成する。そしてこのマスク
33を介してボロン等のP形不純物をNエピタキシャル
層2Aに選択的にイオン注入し、さらに拡散することに
より、表面濃度が5×10l6〜1×10l9clT+
−3程度の第2 (7) P ウエル’iiJ’i 域
3bを形成する。
First, as shown in FIG. 4A, an N+ epitaxial layer 2A having a thickness of about 10 μm is epitaxially grown on the first main surface of a P+ collector layer 1 made of a P+ silicon substrate. Then, on this N epitaxial layer 2A, 50 to 1
A N 2 epitaxial layer 2B having a thickness of several 00+ μm is epitaxially grown. For example, a silicon oxide film is formed on this N 2 epitaxial layer 2 and patterned to form a mask 33. Then, by selectively ion-implanting P-type impurities such as boron into the N epitaxial layer 2A through this mask 33 and further diffusing them, the surface concentration is increased to 5×10l6 to 1×10l9clT+.
A second (7) P well 'iiJ'i region 3b of about -3 is formed.

次に第4B図に示すように、マスク33を除去し、別の
マスク34を形成する。そしてこのマスク34を介して
ボロン等のP形不純物をN エピタキシャル層2Bに選
択的にイオン注入し、さらに拡散することにより、第2
のPウエル領域3bよりも低濃度でかつ深さの浅い第1
のPウェル領域3aを形成する。こうして第1のPウェ
ル頭域3aの中央部に第2のPウエル領域3bが設けら
れたPウェル領域3が形成される。
Next, as shown in FIG. 4B, mask 33 is removed and another mask 34 is formed. Then, by selectively ion-implanting P-type impurities such as boron into the N epitaxial layer 2B through this mask 34 and further diffusing them, a second
The first well region 3b has a lower concentration and a shallower depth than the P well region 3b.
A P well region 3a is formed. In this way, a P-well region 3 is formed in which a second P-well region 3b is provided in the center of the first P-well head region 3a.

次に第4C図に示すように、マスク34を除去し、代り
に酸化膜およびポリシリコン膜を全面に形成し、それら
をパターニングすることにより、ゲート絶縁膜5および
ゲート電極6ならびにポリシリコン層6aを形成する。
Next, as shown in FIG. 4C, the mask 34 is removed and an oxide film and a polysilicon film are formed on the entire surface instead, and these are patterned to form a gate insulating film 5, a gate electrode 6, and a polysilicon layer 6a. form.

続いてゲート電極6,ポリシリコン層6aをマスクとし
てリン等のN形不純物をPウエル領域3に選択的に拡散
することにより、N エミッタ領域4を自己整合的に形
成する。
Next, by selectively diffusing an N type impurity such as phosphorus into the P well region 3 using the gate electrode 6 and the polysilicon layer 6a as a mask, the N emitter region 4 is formed in a self-aligned manner.

次に第4D図に示すように、ポリシリコン層6aを除去
後、絶縁膜8を全面に形成してバターニングする。そし
て金属層を全面に形成してパターニングすることにより
、N+エミッタ領域4に電気的に接続されたエミッタ電
極7およびゲート電極6に電気的に接続されたゲート取
出部37を形成する。しかる後、第1図〜第3図に関連
して説明した手順に従って、電子線40あるいは低エネ
ルギー軽イオン線41a,高エネルギー軽イオン線41
bによる照射を行う。
Next, as shown in FIG. 4D, after removing the polysilicon layer 6a, an insulating film 8 is formed over the entire surface and patterned. Then, by forming and patterning a metal layer over the entire surface, an emitter electrode 7 electrically connected to the N+ emitter region 4 and a gate extraction portion 37 electrically connected to the gate electrode 6 are formed. After that, according to the procedure explained in connection with FIGS. 1 to 3, the electron beam 40 or the low energy light ion beam 41a, the high energy light ion beam 41
Perform irradiation according to b.

次に、上記第3の実施例の変形例である第4の実施例に
ついて説明する。第5A図及び第5B図はこの第4の実
施例に係るI GBTの製造方法を示す断面図である。
Next, a fourth example, which is a modification of the third example, will be described. FIGS. 5A and 5B are cross-sectional views showing a method of manufacturing an IGBT according to the fourth embodiment.

まず第5A図に示すように、N一基板52の一方の主面
にマスク35を形成し、このマスク35を介して高濃度
ガス拡散を行い、表面濃度が102°c111 − 3
程度のP+コレクタ領域1aを形成する。次に、第5B
図に示すように、マスク35を除去した後に別のマスク
36を形成し、高濃度ガス拡散を行うことによりN コ
レクタ領域1bを形成する。以降の工程は第4A図から
第4D図に示した工程と同じ要領で行われる(ただし、
N一基板52がNベース層2に置換わる。)。
First, as shown in FIG. 5A, a mask 35 is formed on one main surface of the N-substrate 52, and high-concentration gas is diffused through this mask 35, so that the surface concentration is 102°c111-3.
A P+ collector region 1a of about 100% is formed. Next, the 5th B
As shown in the figure, after removing the mask 35, another mask 36 is formed and high concentration gas is diffused to form the N collector region 1b. The subsequent steps are performed in the same manner as the steps shown in FIGS. 4A to 4D (however,
The N-substrate 52 is replaced by the N base layer 2. ).

このようにして製造されたIGBTを第6図に示す。同
図に示したIGBTの構造と第17図に示す従来のIG
BTの構造との相違点は、コレクタ領域の一部をN+層
1bとしたこと、Nベース層2がN一基板52に置換っ
たことである。このN+層1bはN一基板ベース層52
につながるとともに、コレクタ表面ではP+コレクタ領
域1aとメタルκ線9によってつながれ、N一基板ベー
ス層52とP+コレクタ領域1aを短絡した構造となっ
ている。この構造ではコレクタ電流!。の中で電子電流
I の占める割合が増加する、或いe は、コレクタ側からのホールの注入効率が下がるという
効果によって、従来より行われているバツファ層(N.
.+エビタキシャル層2Aに相当)の最適化やライフタ
イム制御と.いった方法によらずに高速のターンオフが
実現できる利点がある。
FIG. 6 shows an IGBT manufactured in this manner. The structure of the IGBT shown in the same figure and the conventional IGBT shown in FIG.
The difference from the structure of BT is that part of the collector region is made into an N+ layer 1b, and the N base layer 2 is replaced with an N- substrate 52. This N+ layer 1b is an N-substrate base layer 52.
It is connected to the P+ collector region 1a on the collector surface by the metal κ wire 9, and has a structure in which the N-substrate base layer 52 and the P+ collector region 1a are short-circuited. In this structure, the collector current! . Due to the effect that the proportion of electron current I in the electron current I increases, or e decreases the hole injection efficiency from the collector side, the conventional buffer layer (N.
.. +Equivalent to the epitaxial layer 2A) optimization and lifetime control. This has the advantage that high-speed turn-off can be achieved without using such a method.

この所謂コレクタ短絡形I GBTに対して、この第4
の実施例では更に、ラッチアップを有効に防止する目的
で、Pウエル領域3は、内部抵抗R 及びR82が寄生
サイリスタの動作に影響しな旧 い程度まで低下するよう、十分高濃度に形成されている
。このためゲート絶縁ll!5直下でのPウェル領域3
の濃度も上昇することにより、閾値電圧Vthは増大す
る。上記第3の実施例と同様にエミッタ電極7上にマス
ク36を形成し、このマスク36を介して、飛程がゲー
ト絶縁膜5の付近にあるような低エネルギー軽イオン線
41aを、ゲート電極6の部分にのみ選択的に照射する
。照射中は上記第3の実施例と同様に、エミッタ電極7
とゲート電極6の間に電源42によってゲート電極6が
正になるように電圧を印加しておく。この電源42によ
る印加電圧を最適化しておくことにより、第3の実施例
に関連して前述したように、低エネルギー軽イオン線4
1aの照射後に、上記のPウェル領域3の濃度上昇に伴
う閾値電圧vthの増大を相殺して、所望の閾値電圧v
thを得ることができる。なお、低エネルギー軽イオン
線41aの飛程のゆらぎによる影響が無視できるのは前
述したとおりである。
For this so-called short-collector IGBT, this fourth
Furthermore, in order to effectively prevent latch-up, the P-well region 3 is formed with a sufficiently high concentration so that the internal resistances R and R82 are reduced to a level that does not affect the operation of the parasitic thyristor. There is. For this reason, gate insulation ll! P well area 3 directly below 5
By increasing the concentration of , the threshold voltage Vth increases. Similarly to the third embodiment, a mask 36 is formed on the emitter electrode 7, and a low energy light ion beam 41a whose range is near the gate insulating film 5 is directed through the mask 36 to the gate electrode 7. Selectively irradiate only the part 6. During irradiation, as in the third embodiment, the emitter electrode 7
A voltage is applied between the gate electrode 6 and the gate electrode 6 by a power source 42 so that the gate electrode 6 becomes positive. By optimizing the voltage applied by this power source 42, as described above in connection with the third embodiment, the low energy light ion beam 4
After the irradiation of 1a, the increase in the threshold voltage vth due to the concentration increase in the P well region 3 is offset, and the desired threshold voltage v
th can be obtained. Note that, as described above, the influence of fluctuations in the range of the low-energy light ion beam 41a can be ignored.

この第4の実施例によれば、コレクタ短絡構造でV  
 −t   }レードオフ関係が最適化され、CIES
   of’r 高集積度を保ったままラッチアップを有効に防止し、か
つ低エネルギー軽イオン線照射によって閾値電圧Vth
も最適化されたIGBTが実現できる。
According to this fourth embodiment, with the collector short-circuited structure, V
-t } The trade-off relationship is optimized and CIES
of'r effectively prevents latch-up while maintaining high integration, and lowers the threshold voltage Vth by low-energy light ion beam irradiation.
An optimized IGBT can also be realized.

第7図はこの発明によるIGBTの第5の実施例を示す
断面図である。第7図において、基本的な素子構造は第
1図と同じである。
FIG. 7 is a sectional view showing a fifth embodiment of the IGBT according to the present invention. In FIG. 7, the basic element structure is the same as in FIG.

第8図は第7図で示したI GBTの濃度プロファイル
の一例を示すグラフである。同図に示すようにPウエル
領域3の厚みは10.6μmSNエビタキシャル層2B
の厚みは98.9μm, N+エビタキシャル層2Aの
厚みは13.5μmである。
FIG. 8 is a graph showing an example of the concentration profile of the IGBT shown in FIG. As shown in the figure, the thickness of the P well region 3 is 10.6 μm SN epitaxial layer 2B.
The thickness of the N+ epitaxial layer 2A is 98.9 μm, and the thickness of the N+ epitaxial layer 2A is 13.5 μm.

このような構造のtGBTのコレクタ電極9の側から、
軽イオン線50を飛程がN+エビタキシャル層2A内の
中心付近に位置するように照躬して、N エピタキシャ
ル層2A中のみに結晶欠陥を生じさせ、ライフタイム制
御を精密に行う。この実施例の利点および望ましい種々
の条件について以下に詳細に考察する。
From the collector electrode 9 side of the tGBT having such a structure,
By aiming the light ion beam 50 so that its range is located near the center of the N+ epitaxial layer 2A, crystal defects are generated only in the N+ epitaxial layer 2A, and lifetime control is performed precisely. The advantages and various desirable conditions of this embodiment are discussed in detail below.

第7図の実施例において、軽イオン線50として、例え
ば21i1!iのヘリウムイオン( H e 2”)を
用いてもよい。第9図はヘリウムイオン51を第7図の
N+エビタキシャル層2A中に照射する工程を説明する
説明図である。なお、説明の都合上、第7図におけるN
 エピタキシャル層2B中あるいは上に形成されるPウ
エル領域3,ゲート電極5等の図示は省略している。ま
た、第7図で示した構造のI GBTを製造する工程は
、第4A図〜第4D図で示した通りである。
In the embodiment shown in FIG. 7, the light ion beam 50 is, for example, 21i1! Helium ions (H e 2'') of i may be used. FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating a step of irradiating helium ions 51 into the N + epitaxial layer 2A of FIG. 7. For convenience, N in Figure 7
Illustrations of the P well region 3, gate electrode 5, etc. formed in or on the epitaxial layer 2B are omitted. Further, the steps for manufacturing the IGBT having the structure shown in FIG. 7 are as shown in FIGS. 4A to 4D.

第9図に示すように、アルミ支持板61の一方主面上に
形成された凹部内に第7図で示したIGBT60を格納
し、その上を上アルミ箔62で覆うことによりIGBT
60を凹部内に固定するとともに、凹部内を10−3〜
1 0−’Torr程度の真空に保つことによりIGB
T60を真空絶縁状態にしている。また、アルミ箔62
はヘリウムイオン51をIGBT60中に照射する際の
エネルギーアブソーバとしての役割も果たしている。
As shown in FIG. 9, the IGBT 60 shown in FIG.
60 is fixed in the recess, and the inside of the recess is fixed with 10-3~
1 By maintaining a vacuum of about 0-'Torr, the IGB
T60 is in a vacuum insulated state. In addition, aluminum foil 62
also serves as an energy absorber when irradiating helium ions 51 into the IGBT 60.

このように設置された状態で、ヘリウムイオン51をN
+エビタキシャル層2A内の中心付近に飛程が位置する
ように照射する。
With the helium ion 51 installed in this way, N
+Irradiate so that the range is located near the center of the epitaxial layer 2A.

第10図は水素イオンとヘリウムイオン(H+)の加速
エネルギーとシリコン中における飛程との測定結果を示
すグラフである。なお、この測定時における第9図のア
ルミ箔62の厚みは20μmである。一般的なIGBT
60において、P+コレクタ層1の厚みが270μm,
  N  エピタキシャル層2Aの厚みが10μm程度
であるため、N+エビタキシャル層2Aの中心付近であ
る275μmの飛程を得るためには、第10図より四ら
かなように、2 5 M e Vの加速エネルギーのヘ
リウムイオンを照射すればよい。これは十分に実用的な
加速エネルギーの値である。一方、水素イオンの場合は
第10図より明らかなようにヘリウムイオンよりも小さ
い加速エネルギーで済むが、以下の説明より明らかにな
るようにこの実施例での使用は限られた範囲でのものと
なる。また、第10図には図示していないが、リチウム
イオン(L   )などのヘリウムイオンより重いイオ
ン1 は重くなるに従ってヘリウムイオンよりも一層大きい加
速エネルギーを必要とする。加速エネルギ一か余りに大
きい場合は実用的な面から制約を受ける。
FIG. 10 is a graph showing the measurement results of the acceleration energy of hydrogen ions and helium ions (H+) and the range in silicon. Note that the thickness of the aluminum foil 62 in FIG. 9 at the time of this measurement was 20 μm. General IGBT
In 60, the thickness of the P+ collector layer 1 is 270 μm,
Since the thickness of the N epitaxial layer 2A is about 10 μm, in order to obtain a range of 275 μm near the center of the N+ epitaxial layer 2A, an acceleration of 2 5 M e V is required as shown in FIG. All you have to do is irradiate it with energetic helium ions. This is a sufficiently practical acceleration energy value. On the other hand, hydrogen ions require less acceleration energy than helium ions, as is clear from Figure 10, but as will be clear from the following explanation, their use in this example is limited. Become. Although not shown in FIG. 10, ions 1 that are heavier than helium ions, such as lithium ions (L 2 ), require greater acceleration energy than helium ions as they become heavier. If the acceleration energy is 1 or too large, there will be restrictions from a practical standpoint.

第11図はイオン照射により生成される結晶欠陥の分布
する範囲である、結晶欠陥分布を示すグラフである。同
図に示すように、結晶欠陥は、照射したイオンの飛程D
の近傍をピークとし、局所分布となる。つまり、イオン
照射を行うと、飛程Dを中心として、図示の幅(以下「
欠陥分布ピーク半値幅という)W中に、大半の結晶欠陥
(主としてvacancy  (空孔))が生威されて
いる。
FIG. 11 is a graph showing the crystal defect distribution, which is the range in which crystal defects generated by ion irradiation are distributed. As shown in the figure, crystal defects are caused by the range D of irradiated ions.
It becomes a local distribution with a peak near . In other words, when ion irradiation is performed, the width shown in the figure (hereinafter referred to as "
Most of the crystal defects (mainly vacancies) are present in W (referred to as the half width of the defect distribution peak).

第12図は水素イオンとヘリウムイオンにおけるシリコ
ン中の平均飛程Dと欠陥分布ピーク半値幅Wとの関係を
示すグラフである。前述したように、一般的なI GB
T60ではP+コレクタ層1の厚みは約270μmsN
+エビタキシャル層2Aの厚みは約10μmである。第
12図によれば、シリコン中に約275μmの飛程で打
込んたイオンによって生じる欠陥分布ピーク半値幅Wは
水素イオンでは約16μm,ヘリウムイオンでは約9μ
mとなる。従って、厚さ10μm程度のN+エピタキシ
ャル層2A中のみに結晶欠陥を生じさせるためには、水
素イオンでなくヘリウムイオンを打込む必要がある。N
+エビタキシャル層2Aが厚い場合には水素イオンを用
いることができる。
FIG. 12 is a graph showing the relationship between the average range D of hydrogen ions and helium ions in silicon and the half width W of the defect distribution peak. As mentioned above, the general IGB
At T60, the thickness of P+ collector layer 1 is approximately 270 μmsN
+The thickness of the epitaxial layer 2A is approximately 10 μm. According to Figure 12, the half width W of the defect distribution peak caused by ions implanted into silicon at a range of approximately 275 μm is approximately 16 μm for hydrogen ions and approximately 9 μm for helium ions.
m. Therefore, in order to generate crystal defects only in the N+ epitaxial layer 2A having a thickness of about 10 μm, it is necessary to implant helium ions instead of hydrogen ions. N
+When the epitaxial layer 2A is thick, hydrogen ions can be used.

また第12図には図示していないが、ヘリウムイオンよ
りも重いイオンは欠陥分布ピーク半値幅Wがヘリウムイ
オンよりも小さいので、ヘリウムイオンに代えて適用可
能である。
Although not shown in FIG. 12, ions heavier than helium ions can be used in place of helium ions because the defect distribution peak half width W is smaller than that of helium ions.

第1表は照射量を変化させてヘリウムイオンを照射し、
その後、アニール条性[温度300℃,雰囲気N  ,
6時間]でアニールした場合におい2 て、飛程位置をN エヒタキシャル層2Aの中心付近に
設定した場合とN エピタキシャル層2B内に設定した
場合のターンオフ時間1.   (μSoff’ ec)とオン抵抗V   (V)の測定結果を示すCB
S 表である。また第1表に基づき両方の場合のターンオフ
時間とオン抵抗のトレードオフ関係をグラフ化したのが
、第13図である。同図において記号N+を付した曲線
がヘリウムイオンをN+エビタキシャル層2Aの中心付
近に打込んだ場合のターンオフ時間とオン抵抗のトレー
ドオフ関係、紀号N を付した曲線がヘリウムイオンを
N一エビタキシャル層2B中に打込んだ場合のターンオ
フ第 1 表 第13図に示すように、N エビタキシャル層2A中に
ヘリウムイオンを打込む方が、N エビタキシャル層2
B中にヘリウムイオンを打込むより、ターンオフ時間と
オン抵抗のトレードオフ関係が改善されているのがわか
る。この理由は次のように推定される。すなわち、第8
図に示すように、N+エビタキシャル層2Aの濃度はN
一エビタキシャル層2Bの濃度よりも十分に高い。つま
り、N+エビタキシャル層2Aの抵抗値はN一エビタキ
シャル層2Bの抵抗値よりも十分に低く、結晶欠陥の生
成による抵抗威分の増加は無視することができる。従っ
てIGBTのオン時に主としてN エビタキシャル層2
B中で起こる電導度変調を阻害する度合は、同層2B中
に直接結晶欠陥を生成した場合より低減させることがで
きる。
Table 1 shows irradiation with helium ions while varying the irradiation amount.
After that, annealing properties [temperature 300°C, atmosphere N,
6 hours], the turn-off time is 1.2 when the range position is set near the center of the N epitaxial layer 2A and when it is annealed within the N epitaxial layer 2B. CB showing the measurement results of (μSoff' ec) and on-resistance V (V)
This is the S table. Further, FIG. 13 is a graph showing the trade-off relationship between turn-off time and on-resistance in both cases based on Table 1. In the figure, the curve with the symbol N+ is the trade-off relationship between turn-off time and on-resistance when helium ions are implanted near the center of the N+ epitaxial layer 2A, and the curve with the symbol N is the trade-off relationship between the turn-off time and on-resistance when helium ions are implanted near the center of the N+ epitaxial layer 2A. Turn-off when helium ions are implanted into the N-evitaxial layer 2B As shown in Table 13, it is better to implant helium ions into the N-evitaxial layer 2A.
It can be seen that the trade-off relationship between turn-off time and on-resistance is improved compared to implanting helium ions into B. The reason for this is presumed to be as follows. That is, the eighth
As shown in the figure, the concentration of N+ epitaxial layer 2A is N
The concentration is sufficiently higher than that of the single epitaxial layer 2B. In other words, the resistance value of the N+ epitaxial layer 2A is sufficiently lower than the resistance value of the N- epitaxial layer 2B, and the increase in resistance due to the generation of crystal defects can be ignored. Therefore, when the IGBT is turned on, the N
The degree of inhibition of the conductivity modulation occurring in B can be reduced compared to when crystal defects are directly generated in the same layer 2B.

また、ターンオフ時の初期にNベース層2からP+コレ
クタ層1へ流入する電子により逆にP+コレクタ層1か
らNベース層2への正孔の注入が起こりやすいことから
、この正孔を早く捕捉するためにも位置的に最もP コ
レクタ層1側にあるN+エビタキシャル層2Aに結晶欠
陥を集中して生成させることは好都合である。なお、水
素イオンやリチウムイオンなどヘリウムイオン以外のイ
オン打込みについても同様である。
In addition, since electrons flowing from the N base layer 2 to the P+ collector layer 1 at the initial stage of turn-off tend to cause holes to be injected from the P+ collector layer 1 to the N base layer 2, these holes can be captured quickly. In order to achieve this, it is convenient to generate crystal defects in a concentrated manner in the N+ epitaxial layer 2A, which is located closest to the P collector layer 1 in terms of position. Note that the same applies to implantation of ions other than helium ions, such as hydrogen ions and lithium ions.

第2表は、N+エビタキシャル層2Aに結晶欠陥を形成
するため照射量を変えてヘリウムイオンを照射し、その
後、アニール条件[温度300℃,雰囲気N  ,6時
間]でアニールした場合におけ2 る、厚さ10μmのN+エビタキシャル層2Aを有する
I GBTと厚さ20μmのN+エビタキシャル層2A
を有するIGBTそれぞれのターンオフ時間とオン抵抗
の測定結果を示す表である。また第2表に基づき両者の
ターンオフ時間とオン抵抗のトレードオフ関係をグラフ
化したのが第14図である。なお、同図において、曲線
1l10が厚さ10μmのN+エビタキシャル層2Aを
有するIGBT,曲線220が厚さ20amのN エヒ
タキシャル層2Aを有するIGBTの測定結果の第 2 表 同図に示すように、同じようにヘリウムイオンをN+エ
ビタキシャル層2A内に打込んでも、厚さ10μmのN
 エビタキシャル層2Aを有するIGBTの方が、厚さ
20μmのN+エビタキシャル層2Aを有するIGBT
よりターンオフ時間とオン抵抗のトレードオフ関係が改
善されている。
Table 2 shows the results of 2 An IGBT having an N+ epitaxial layer 2A with a thickness of 10 μm and an N+ epitaxial layer 2A with a thickness of 20 μm.
3 is a table showing measurement results of turn-off time and on-resistance of each IGBT having the following characteristics. Further, FIG. 14 is a graph showing the trade-off relationship between the turn-off time and on-resistance based on Table 2. In addition, in the same figure, the curve 1l10 is the IGBT having the N+ epitaxial layer 2A with a thickness of 10 μm, and the curve 220 is the second table of the measurement results of the IGBT having the N+ epitaxial layer 2A with the thickness of 20 μm.As shown in the same figure, Similarly, even if helium ions are implanted into the N+ epitaxial layer 2A, a 10 μm thick N
The IGBT with the epitaxial layer 2A is better than the IGBT with the N+ epitaxial layer 2A with a thickness of 20 μm.
The trade-off relationship between turn-off time and on-resistance has been improved.

これはN エヒタキシャル層2Aの厚みが厚いほどP4
″コレクタ層1からの正孔注入効率が低下し、イオン照
射前のI GBTについてすでに同層2Aの厚みがオン
電圧に影響していることによる。
The thicker the N epitaxial layer 2A is, the more P4
This is because the hole injection efficiency from the collector layer 1 is reduced and the thickness of the layer 2A already affects the on-voltage of the IGBT before ion irradiation.

すなわち、正孔注入効率を上げる為にはN+エビタキシ
ャル層2Aの厚みは薄い方が望ましいが、一方では耐圧
を保持する為、イオン照射による結晶欠陥が同層2A中
に局所的に生戊される為に十分な厚さは確保する必要が
あり、これらの条件を考慮した上でN+エビタキシャル
層2Aの厚みを決定する必要がある。
That is, in order to increase the hole injection efficiency, it is desirable that the thickness of the N + epitaxial layer 2A be thin, but on the other hand, in order to maintain the withstand voltage, crystal defects are locally generated in the same layer 2A due to ion irradiation. It is necessary to ensure a sufficient thickness for this purpose, and it is necessary to determine the thickness of the N+ epitaxial layer 2A by taking these conditions into consideration.

第3A表〜第3D表は、厚さ20μmのN+エビタキシ
ャル層2Aを有するI GBTに電子線,水素イオン,
ヘリウムイオンを照射(水素イオン,ヘリウムイオンの
照射時は飛程をN+エピタキシャル層2Aの中心付近に
設定)してN エピタキシャル層2Aに結晶欠陥を形成
した後、アニール条件[温度300℃.雰囲気N  ,
2時間(ヘリ2 ウムイオン照射時のみ6時間)jでアニールした場合に
おけるターンオフ時間とオン抵抗の測定結果を示す表で
あり、このうち第3A表は無照射時第3B表は電子線照
射時、第3C表は水素イオン照射時、第3D表はヘリウ
ムイオン照射時における測定結果を示す表である。これ
ら第3A表〜第3D表に基づき、オン抵抗とターンオフ
時間のトレードオフ関係をグラフ化したのが第15図で
あ第3A表 第3D表 第15図に示すように、ヘリウムイオン照射.水素イオ
ン照射,電子線照射の順で、IGBTのオン抵抗とター
ンオフ時間のトレードオフ関係が良好であることがわか
る。電子線照射の場合は、形成される結晶欠陥がl G
BT全域にわたることから、あまり良好なトレードオフ
関係は得られない。ヘリウムイオン照射の方が、水素イ
オン照射よりトレードオフ関係が良好なのは、両者の生
成される結晶欠陥の分布する範囲である結晶欠陥分布(
欠陥分布ピーク半値幅Wに比例)の違いに起因すると推
測される。すなわち、結晶欠陥分布が比較的広い水素イ
オンを照射したIGBTにおいては、N エヒタキシャ
ル層2Aのみならず、N エピタキシャル層2B中にも
若干の結晶欠陥が生じてしまう。これに対し、結晶欠陥
分布が比較的狭いヘリウムイオンを照射したIGBTに
おいては、確実に、結晶欠陥がN+エビタキシャル層2
Aにのみ生じる。その結果、水素イオンを魚射したIG
BTは、ヘリウムイオン照射したIGBTに比べて、オ
ン抵抗とターンオフ時間のトレードオフ関係が劣化した
ものと推測される。このことにより、第15図には図示
していないが、ヘリウムイオンにより重く結晶欠陥分布
が狭いリチウムイオンなどのイオンは、ヘリウムイオン
と同等の効果を発揮するものと思われる。
Tables 3A to 3D show that an IGBT having an N+ epitaxial layer 2A with a thickness of 20 μm is subjected to electron beam, hydrogen ion,
After forming crystal defects in the N+ epitaxial layer 2A by irradiating helium ions (when irradiating hydrogen ions and helium ions, the range is set near the center of the N+ epitaxial layer 2A), annealing conditions [temperature 300°C. Atmosphere N,
This is a table showing the measurement results of the turn-off time and on-resistance when annealing was performed for 2 hours (6 hours only when irradiated with helium ions), of which Table 3A shows no irradiation, Table 3B shows when irradiated with an electron beam, Table 3C is a table showing the measurement results when irradiated with hydrogen ions, and Table 3D is a table showing the measurement results when irradiated with helium ions. Based on these Tables 3A to 3D, the trade-off relationship between on-resistance and turn-off time is graphed in FIG. 15. As shown in Table 3A and Table 3D in FIG. It can be seen that the trade-off relationship between the on-resistance and turn-off time of the IGBT is favorable in the order of hydrogen ion irradiation and electron beam irradiation. In the case of electron beam irradiation, the crystal defects formed are l G
Since it covers the entire BT, a very good trade-off relationship cannot be obtained. The reason why helium ion irradiation has a better trade-off relationship than hydrogen ion irradiation is that the crystal defect distribution (
This is presumed to be due to the difference in the defect distribution peak (proportional to the half width W). That is, in an IGBT irradiated with hydrogen ions having a relatively wide crystal defect distribution, some crystal defects occur not only in the N 2 epitaxial layer 2A but also in the N 2 epitaxial layer 2B. In contrast, in an IGBT irradiated with helium ions with a relatively narrow crystal defect distribution, crystal defects are definitely present in the N+ epitaxial layer 2.
Occurs only in A. As a result, IG that emitted hydrogen ions into the fish
It is presumed that the trade-off relationship between on-resistance and turn-off time of the BT has deteriorated compared to the IGBT that has been irradiated with helium ions. As a result, although not shown in FIG. 15, ions such as lithium ions, which are heavier than helium ions and have a narrow crystal defect distribution, are thought to exhibit the same effect as helium ions.

第4表はデバイス厚さが異なる(その結果、N1エピタ
キシャル層2Aの中心付近までの距離が異なる)ことに
より欠陥分布ピーク半値幅Wが弄なった2つのI GB
Tそれぞれの、厚さ10μmのN+エビタキシャル層2
A中に、ヘリウムイオンを照射量を換えて複数回照射し
た場合のターンオフ時間とオン抵抗との測定結果を示す
表である。
Table 4 shows two IGBs whose defect distribution peak half width W was changed due to different device thicknesses (as a result, the distance to the center of the N1 epitaxial layer 2A was different).
N+ epitaxial layer 2 with a thickness of 10 μm for each T
3 is a table showing measurement results of turn-off time and on-resistance when helium ions were irradiated multiple times with different doses during A.

なお、アニールは全てN2雰囲気下で30,O”C,5
時間の条件で行った。
All annealing was performed under N2 atmosphere at 30,0"C,5
It was done under the time constraints.

第1 6図は第4表に基づ き、 夕−ンオフ時間とオン抵抗のトレー ドオフ関 第 4 表 デバイス厚さ400μmのIGBT (図中●印)とデ
バイス厚さ230μmのIGBT(図中○印)それぞれ
の中に形成されたN+エビタキシャル層2A中に、ヘリ
ウムイオンを打込んだ場合、第12図より明らかなよう
に欠陥分布ピーク半値幅Wが異なる(第4表に示すよう
に8.8μmと3.5μm)ことにより、それぞれの結
晶欠陥分布に違いが生じる。しかし、第16図に示すよ
うに、ターンオフ時間とオン抵抗のトレードオフ関係は
両者の場合においてほとんど同じである。これは、いず
れの場合においても、N エビタキシャル層2A中にの
み結晶欠陥が生じていることによるものと思われる。つ
まり、N+エビタキシャル層2A中にのみ結晶欠陥を形
成できる場合は、デバイス厚さにかかわらず、ターンオ
フ時間とオン抵抗のトレードオフ関係には変化は生じな
いといえる。
Figure 16 is based on Table 4, and shows the trade-off between evening-off time and on-resistance. When helium ions are implanted into the N+ epitaxial layer 2A formed in each, the half width W of the defect distribution peak differs (8.8 μm as shown in Table 4), as is clear from FIG. and 3.5 μm), a difference occurs in each crystal defect distribution. However, as shown in FIG. 16, the trade-off relationship between turn-off time and on-resistance is almost the same in both cases. This seems to be due to crystal defects occurring only in the N 2 epitaxial layer 2A in either case. In other words, if crystal defects can be formed only in the N+ epitaxial layer 2A, there will be no change in the trade-off relationship between turn-off time and on-resistance, regardless of the device thickness.

以上の考察の結果をまとめると次のようになる。The results of the above considerations can be summarized as follows.

(1)重いイオンの使用は加速エネルギーの面から実用
上の制約をうける。(第10図)(2)重いイオンほど
結晶欠陥分布が狭い。(第12図) (3)N一エピタキシャル層2BよりもN+エビタキシ
ャル層2Aに軽イオン線50を打ち込んだ方が、ターン
オフ時間とオン抵抗のトレードオフ関係の改善の度合が
大きい。(第13図)(4)N+エビタキシャル層2A
の厚みが厚くなると上記トレードオフ関係の改善の度合
が低下する。(第14図) (5)N+エビタキシャル層2Aのみに結晶欠陥を発生
させると、上記トレードオフ関係が最も良く改善される
。(第15図) (6)N  エヒタキシャル層2A中において結晶欠陥
分布が狭くなっても、上記トレードオフ関係の改善の度
合は同じである。(第16図)約270μm厚のP+コ
レクタ層1および約10μm厚のN+エビタキシャル層
2Aを有する一般的IGBTにおいて、上記(2) ,
 (3) , (4) , (5) , (Fi)を考
慮すiと、ヘリウムイオン及びこれよりも重いイオンを
、その飛程がN+エビタキシャル層2Aの中心付近に位
置するように打ち込むのが望ま・しい。ただし、ヘリウ
ムイオンよりも重いイオンは上記(1)の制約を考慮す
る必要がある。N+エビタキシャル層2Aがかなり厚い
ときは水素イオンの使用も可能となる。しかしこの場合
、上記(4)の欠点が生しる。
(1) The use of heavy ions is subject to practical limitations in terms of acceleration energy. (Figure 10) (2) The heavier the ion, the narrower the crystal defect distribution. (FIG. 12) (3) The degree of improvement in the trade-off relationship between turn-off time and on-resistance is greater when the light ion beam 50 is implanted into the N+ epitaxial layer 2A than into the N+ epitaxial layer 2B. (Figure 13) (4) N+ epitaxial layer 2A
As the thickness increases, the degree of improvement in the trade-off relationship described above decreases. (FIG. 14) (5) The above trade-off relationship is best improved when crystal defects are generated only in the N+ epitaxial layer 2A. (FIG. 15) (6) N Even if the crystal defect distribution in the epitaxial layer 2A becomes narrower, the degree of improvement in the above trade-off relationship remains the same. (Fig. 16) In a general IGBT having a P+ collector layer 1 with a thickness of about 270 μm and an N+ epitaxial layer 2A with a thickness of about 10 μm, the above (2),
Considering (3), (4), (5), and (Fi), it is possible to implant helium ions and heavier ions so that their range is located near the center of the N+ epitaxial layer 2A. is desirable. However, for ions heavier than helium ions, the above restriction (1) must be taken into consideration. When the N+ epitaxial layer 2A is considerably thick, hydrogen ions can also be used. However, in this case, the drawback (4) above occurs.

また、この第5の実施例のIGBTは、ゲート絶縁膜5
に電離放射線を一度も照射することなく製造されている
ため、第3の実施例同様、ライフタイム制御の前後で閾
値電圧の変化が全くない。
Further, the IGBT of this fifth embodiment has a gate insulating film 5
Since the device is manufactured without ever being irradiated with ionizing radiation, there is no change in the threshold voltage before and after lifetime control, as in the third embodiment.

なお、この第5の実施例に従ったヘリウムイオンの照射
を、第3の実施例の高エネルギー軽イオン線4lbの照
射に適用すれば、第3の実施例においてライフタイム制
御の制御性はさらに改善される。
Furthermore, if the helium ion irradiation according to the fifth embodiment is applied to the irradiation with the 4 lb high-energy light ion beam of the third embodiment, the controllability of the lifetime control in the third embodiment is further improved. Improved.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、請求項1記載のI GBTによれ
ば、絶縁膜中の正の固定電荷の数および、該絶縁膜と第
1の半導体領域との界面における準位の数に関し、前者
が後者と均衡して存在するか、あるいは前者が後者より
も格段に多く存在するようにしており、一方、請求項3
記載のIGBTの製造方法によれば、制ga電圧と第1
の主電極間に所定の電圧を印加した状態で制御電極上方
から電離放射線を照射することにより、絶縁膜中の正の
固定電荷の数および、該絶縁膜と第1の半導体領域との
界面における準位の数に関し、前者が後者と均衡して存
在するか、あるいは前者が後者よりも格段に多《存在す
るように設定することを可能としているので、電子線や
軽イオン線などの電離放射線の照射前後での閾値電圧の
変動を抑制でき、かつ、ラッチアップの発生を有効に防
止することができるとともに、大電流容量化およびセル
配列の高密度化に適した構造の絶縁ゲート型バイポーラ
トランジスタを得ることができるという効果がある。
As explained above, according to the IGBT according to claim 1, regarding the number of positive fixed charges in the insulating film and the number of levels at the interface between the insulating film and the first semiconductor region, the former is The former is present in balance with the latter, or the former is present significantly more than the latter, while claim 3
According to the IGBT manufacturing method described, the ga limiting voltage and the first
By irradiating ionizing radiation from above the control electrode with a predetermined voltage applied between the main electrodes, the number of positive fixed charges in the insulating film and at the interface between the insulating film and the first semiconductor region are Regarding the number of levels, it is possible to set the former to be in balance with the latter, or to have a much larger number of the former than the latter, so it is possible to An insulated gate bipolar transistor that can suppress fluctuations in threshold voltage before and after irradiation, effectively prevent latch-up, and has a structure suitable for large current capacity and high density cell arrangement. It has the effect of being able to obtain

さらに、請求項4記載のIGBTの製造方法によれば、
第1の電離放射線を照射する工程により閾m電圧vth
の設定を、第2の電離放q・1線を照9・1する工程に
よりライフタイム制御をそれぞれ独立して行えるため、
前述した効果に加え、閾f7M電圧の正確な設定及び制
御性の良いライフタイム制御を行うことができる。
Furthermore, according to the IGBT manufacturing method according to claim 4,
The threshold m voltage vth is increased by the step of irradiating the first ionizing radiation.
Since the lifetime can be controlled independently by the step of illuminating the second ionizing radiation q.1 line,
In addition to the effects described above, accurate setting of the threshold f7M voltage and lifetime control with good controllability can be performed.

一方、請求項2記載のIGBTによれば、第2の半導体
層を構成する比較的不純物濃度の高い第3の半導体層と
比較的不純物濃度の低い第4の半導体層のうち、第3の
半導体層にのみ結晶欠陥が設けられているため、結晶欠
陥を設けることによる弊害は第4の半導体層には生じる
ことがないため、その分ターンオフ時間とオン抵抗のト
レードオフ関係を最適化できる効果がある。
On the other hand, according to the IGBT according to the second aspect, of the third semiconductor layer having a relatively high impurity concentration and the fourth semiconductor layer having a relatively low impurity concentration that constitute the second semiconductor layer, the third semiconductor layer constitutes the second semiconductor layer. Since crystal defects are provided only in this layer, the adverse effects of providing crystal defects do not occur in the fourth semiconductor layer, which has the effect of optimizing the trade-off relationship between turn-off time and on-resistance. be.

また、請求項5記載のI GBTの製造方法によれば、
生成される結晶欠陥の分布する範囲が第3の半導体層の
厚さよりも小さい電離放射線を、第2の主電極が形成さ
れた主面上から、飛程が第3の半導体層の中心付近にな
るように照射するため、第2の半導体層を構成する比較
的不純物濃度が高い第3の半導体層と比較的不純物濃度
が低い第4の半導体層のうち、第3の半導体層にのみ結
晶欠陥が設けられることになる。従って、結晶欠陥を設
けることによる弊害は第4の半導体層には生じることか
なくなるため、その分ターンオフ時間とオン抵抗のトレ
ードオフ関係を最適化できる効果がある。また、電離放
射線を絶縁膜近傍に照射することなくIGETを製造で
きるため、71!離放射線の照射前後に閾値電圧が変化
する可能性はない。
Further, according to the method for manufacturing an IGBT according to claim 5,
Ionizing radiation is applied from above the main surface where the second main electrode is formed to a range near the center of the third semiconductor layer, where the distribution range of generated crystal defects is smaller than the thickness of the third semiconductor layer. Because of the irradiation, crystal defects are generated only in the third semiconductor layer of the third semiconductor layer with a relatively high impurity concentration and the fourth semiconductor layer with a relatively low impurity concentration that constitute the second semiconductor layer. will be established. Therefore, the disadvantages caused by the provision of crystal defects do not occur in the fourth semiconductor layer, which has the effect of optimizing the trade-off relationship between turn-off time and on-resistance. In addition, since the IGET can be manufactured without irradiating the vicinity of the insulating film with ionizing radiation, 71! There is no possibility that the threshold voltage will change before and after irradiation with radiation.

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

第1図〜第3図はそれぞれこの発明によるIGBTの第
1〜第3の実施例を示す断面図、第4A図〜第4D図は
これら第1〜第3の実施例に係るIGBTの製造方法を
示す断面図、第5A図および第5B図はこの発明の第4
の実施例に係るIGBTの製造方法を示す断面図、第6
図はその第4の実施例に係るI GBTの構造を示す断
面図、第7図はこの発明によるIGBTの第5の実施例
を示す断面図、第8図はその第5の実施例に係るIGB
Tの製造方法の一部を説明する断面図、第9図〜第16
図はその第5の実施例に係るI GBTの効果を示すグ
ラフ、第17図は従来のIGBTの構造を示す断面図、
第18図はその等価回路を示す回路図、第19図および
第20図はそれぞれラッチアップ防止のための従来のI
 GBTの構造を示す断面図および図解斜視断面図であ
る。 図において、1はP+コレクタ層、2AはN+エビタキ
シャル層、2BはN一エビタキシャル層、3はPウエル
領域、4はN+エミッタ領域、5はゲート絶縁膜、6は
ゲート電極、7はエミッタ電極、8は絶縁膜、9はコレ
クタ電極、36はマスク、40は電子線、41aは低エ
ネルギー軽イオン線、4lbは高エネルギー軽イオン線
、42は電源、51はヘリウムイオンである。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。
1 to 3 are cross-sectional views showing first to third embodiments of IGBTs according to the present invention, and FIGS. 4A to 4D are methods for manufacturing IGBTs according to these first to third embodiments. FIG. 5A and FIG. 5B are cross-sectional views showing the fourth embodiment of the present invention.
Cross-sectional view showing the method for manufacturing the IGBT according to the embodiment, No. 6
The figure is a sectional view showing the structure of an IGBT according to the fourth embodiment, FIG. 7 is a sectional view showing the fifth embodiment of the IGBT according to the present invention, and FIG. 8 is a sectional view showing the structure of the IGBT according to the fifth embodiment. IGB
Cross-sectional views illustrating a part of the manufacturing method of T, FIGS. 9 to 16
The figure is a graph showing the effect of the IGBT according to the fifth embodiment, and FIG. 17 is a cross-sectional view showing the structure of the conventional IGBT.
FIG. 18 is a circuit diagram showing the equivalent circuit, and FIGS. 19 and 20 are respectively conventional I
FIG. 2 is a cross-sectional view and an illustrated perspective cross-sectional view showing the structure of a GBT. In the figure, 1 is a P+ collector layer, 2A is an N+ epitaxial layer, 2B is an N-epitaxial layer, 3 is a P well region, 4 is an N+ emitter region, 5 is a gate insulating film, 6 is a gate electrode, and 7 is an emitter. 8 is an insulating film, 9 is a collector electrode, 36 is a mask, 40 is an electron beam, 41a is a low energy light ion beam, 4lb is a high energy light ion beam, 42 is a power source, and 51 is a helium ion. Note that the same reference numerals in each figure indicate the same or corresponding parts.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)第1および第2の主面を有する第1の導電形の第
1の半導体層と、 前記第1の半導体層の前記第1の主面上に形成された第
2の導電形の第2の半導体層と、 前記第2の半導体層の表面に選択的に形成された第1の
導電形の第1の半導体領域と、 前記第1の半導体領域の表面に選択的に形成された第2
の導電形の第2の半導体領域と、 前記第2の半導体層と前記第2の半導体領域とで挟まれ
た前記第1の半導体領域の表面上に形成された絶縁膜と
、 前記絶縁膜上に形成された制御電極と、 前記第1および第2の半導体領域上にまたがって形成さ
れた第1の主電極と、 前記第1の半導体層の前記第2の主面上に形成された第
2の主電極とを備え、 前記絶縁膜中の正の固定電荷の数および、前記絶縁膜と
前記第1の半導体領域との界面における準位の数に関し
、前者が後者と均衡して存在するか、あるいは前者が後
者よりも格段に多く存在することを特徴とする絶縁ゲー
ト型バイポーラトランジスタ。
(1) a first semiconductor layer of a first conductivity type having first and second main surfaces; and a first semiconductor layer of a second conductivity type formed on the first main surface of the first semiconductor layer. a second semiconductor layer; a first semiconductor region of a first conductivity type selectively formed on a surface of the second semiconductor layer; and a first semiconductor region selectively formed on a surface of the first semiconductor region. Second
a second semiconductor region of a conductivity type; an insulating film formed on a surface of the first semiconductor region sandwiched between the second semiconductor layer and the second semiconductor region; a control electrode formed on the second main surface of the first semiconductor layer; a first main electrode formed on the first and second semiconductor regions; and a first main electrode formed on the second main surface of the first semiconductor layer. 2 main electrodes, with respect to the number of positive fixed charges in the insulating film and the number of levels at the interface between the insulating film and the first semiconductor region, the former exists in balance with the latter. Or, an insulated gate bipolar transistor characterized by the fact that the former is much more present than the latter.
(2)第1および第2の主面を有する第1の、導電形の
第1の半導体層と、 前記第1の半導体層の前記第1の主面上に形成された第
2の導電形の第2の半導体層と、 前記第2の半導体層の表面に選択的に形成された第1の
導電形の第1の半導体領域と、 前記第1の半導体領域の表面に選択的に形成された第2
の導電形の第2の半導体領域と、 前記第2の半導体層と前記第2の半導体領域とで挟まれ
た前記第1の半導体領域の表面上に形成された絶縁膜と
、 前記絶縁膜上に形成された制御電極と、 前記第1および第2の半導体領域上にまたがって形成さ
れた第1の主電極と、 前記第1の半導体層の前記第2の主面上に形成された第
2の主電極とを備え、 前記第2の半導体層は、前記第1の半導体層の前記第1
の主面上に形成され、結晶欠陥を有する比較的不純物濃
度が高い第2の導電形の第3の半導体層と、前記第3の
半導体層上に形成され、結晶欠陥を有さない比較的不純
物濃度が低い第2の導電形の第4の半導体層からなるこ
とを特徴とする絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ。
(2) a first conductivity type first semiconductor layer having first and second principal surfaces; and a second conductivity type formed on the first principal surface of the first semiconductor layer. a second semiconductor layer, a first semiconductor region of a first conductivity type selectively formed on a surface of the second semiconductor layer, and a first semiconductor region selectively formed on a surface of the first semiconductor region. second
a second semiconductor region of a conductivity type; an insulating film formed on a surface of the first semiconductor region sandwiched between the second semiconductor layer and the second semiconductor region; a control electrode formed on the second main surface of the first semiconductor layer; a first main electrode formed on the first and second semiconductor regions; and a first main electrode formed on the second main surface of the first semiconductor layer. 2 main electrodes, and the second semiconductor layer has the first main electrode of the first semiconductor layer.
a third semiconductor layer of a second conductivity type with relatively high impurity concentration and having crystal defects, formed on the main surface of the third semiconductor layer, and a relatively high impurity concentration semiconductor layer formed on the third semiconductor layer and having relatively high impurity concentration; An insulated gate bipolar transistor comprising a fourth semiconductor layer of a second conductivity type with a low impurity concentration.
(3)第1および第2の主面を有する第1の導電形の第
1の半導体層を準備する工程と、 前記第1の半導体層の前記第1の主面上に第2の導電形
の第2の半導体層を形成する工程と、前記第2の半導体
層の表面に第1の導電形の第1の半導体領域を選択的に
形成する工程と、前記第1の半導体領域の表面に第2の
導電形の第2の半導体領域を選択的に形成する工程と、
前記第2の半導体層と前記第2の半導体領域とで挟まれ
た前記第1の半導体領域の表面上に絶縁膜を形成する工
程と、 前記絶縁膜上に制御電極を形成する工程と、前記第1お
よび第2の半導体領域上にまたがって第1の主電極を形
成する工程と、 前記第1の半導体層の前記第2の主面上に第2の主電極
を形成する工程と、 前記制御電極と前記第1の主電極間に所定の電圧を印加
した状態で前記制御電極上方から電離放射線を照射する
工程とを備える絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの
製造方法。
(3) preparing a first semiconductor layer of a first conductivity type having first and second main surfaces; and a step of preparing a first semiconductor layer of a first conductivity type having first and second main surfaces; selectively forming a first semiconductor region of a first conductivity type on a surface of the second semiconductor layer; and forming a first semiconductor region of a first conductivity type on a surface of the first semiconductor region. selectively forming a second semiconductor region of a second conductivity type;
forming an insulating film on the surface of the first semiconductor region sandwiched between the second semiconductor layer and the second semiconductor region; forming a control electrode on the insulating film; forming a first main electrode over the first and second semiconductor regions; forming a second main electrode on the second main surface of the first semiconductor layer; A method for manufacturing an insulated gate bipolar transistor, comprising the step of irradiating ionizing radiation from above the control electrode while applying a predetermined voltage between the control electrode and the first main electrode.
(4)第1および第2の主面を有する第1の導電形の第
1の半導体層を準備する工程と、 前記第1の半導体層の前記第1の主面上に第2の導電形
の第2の半導体層を形成する工程と、前記第2の半導体
層の表面に第1の導電形の第1の半導体領域を選択的に
形成する工程と、前記第1の半導体領域の表面に第2の
導電形の第2の半導体領域を選択的に形成する工程と、
前記第2の半導体層と前記第2の半導体領域とで挟まれ
た前記第1の半導体領域の表面上に絶縁膜を形成する工
程と、 前記絶縁膜上に制御電極を形成する工程と、前記第1お
よび第2の半導体領域上にまたがって第1の主電極を形
成する工程と、 前記第1の半導体層の前記第2の主面上に第2の主電極
を形成する工程と、 前記制御電極と前記第1の主電極間に所定の電圧を印加
した状態で前記制御電極上方から、第1の電離放射線を
飛程が前記絶縁膜近傍になるように照射する工程と、 前記第2の主電極が形成された主面上から、第2の電離
放射線を飛程が前記第2の半導体層内になるように照射
する工程とを備える絶縁ゲート型バイポーラトランジス
タの製造方法。
(4) preparing a first semiconductor layer of a first conductivity type having first and second main surfaces; and forming a second conductivity type semiconductor layer on the first main surface of the first semiconductor layer. selectively forming a first semiconductor region of a first conductivity type on a surface of the second semiconductor layer; and forming a first semiconductor region of a first conductivity type on a surface of the first semiconductor region. selectively forming a second semiconductor region of a second conductivity type;
forming an insulating film on the surface of the first semiconductor region sandwiched between the second semiconductor layer and the second semiconductor region; forming a control electrode on the insulating film; forming a first main electrode over the first and second semiconductor regions; forming a second main electrode on the second main surface of the first semiconductor layer; irradiating a first ionizing radiation from above the control electrode with a predetermined voltage applied between the control electrode and the first main electrode so that the range is near the insulating film; irradiating second ionizing radiation from above the main surface on which the main electrode is formed such that the range is within the second semiconductor layer.
(5)第1および第2の主面を有する第1の導電形の第
1の半導体層を準備する工程と、 前記第1の半導体層の前記第1の主面上に第2の導電形
の第2の半導体層を形成する工程とを備え、前記第2の
半導体層を形成する工程は、前記第1の半導体層の前記
第1の主面上に比較的不純物濃度の高い第2の導電形の
第3の半導体層を形成する工程と、前記第3の半導体層
上に比較的不純物濃度の低い第2の導電形の第4の半導
体層を形成する工程とからなり、 、 前記第4の半導体層の表面に第1の導電形の第1の半導
体領域を選択的に形成する工程と、前記第1の半導体領
域の表面に第2の導電形の第2の半導体領域を選択的に
形成する工程と、前記第4の半導体層と前記第2の半導
体領域とで挟まれた前記第1の半導体領域の表面上に絶
縁膜を形成する工程と、 前記絶縁膜上に制御電極を形成する工程と、前記第1お
よび第2の半導体領域上にまたがって第1の主電極を形
成する工程と、 前記第1の半導体層の前記第2の主面上に第2の主電極
を形成する工程と、 生成される結晶欠陥が分布する範囲が前記第3の半導体
層の厚さよりも小さな電離放射線を、前記第2の主電極
が形成された主面上から、飛程が前記第3の半導体層の
中心付近になるように照射する工程とをさらに備えた絶
縁ゲート型バイポーラトランジスタの製造方法。
(5) preparing a first semiconductor layer of a first conductivity type having first and second main surfaces; and forming a second conductivity type semiconductor layer on the first main surface of the first semiconductor layer. forming a second semiconductor layer having a relatively high impurity concentration on the first main surface of the first semiconductor layer. the step of forming a third semiconductor layer of a conductivity type; and the step of forming a fourth semiconductor layer of a second conductivity type with a relatively low impurity concentration on the third semiconductor layer; selectively forming a first semiconductor region of a first conductivity type on the surface of the semiconductor layer of No. 4; and selectively forming a second semiconductor region of a second conductivity type on the surface of the first semiconductor region. forming an insulating film on the surface of the first semiconductor region sandwiched between the fourth semiconductor layer and the second semiconductor region; and forming a control electrode on the insulating film. forming a first main electrode over the first and second semiconductor regions; and forming a second main electrode on the second main surface of the first semiconductor layer. a step of applying ionizing radiation to a range in which crystal defects are distributed in a range smaller than the thickness of the third semiconductor layer from above the main surface on which the second main electrode is formed; 3. A method for manufacturing an insulated gate bipolar transistor, further comprising the step of irradiating near the center of the semiconductor layer.
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