JPH0414264A - 伝導度変調型mosfet - Google Patents
伝導度変調型mosfetInfo
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- JPH0414264A JPH0414264A JP11718690A JP11718690A JPH0414264A JP H0414264 A JPH0414264 A JP H0414264A JP 11718690 A JP11718690 A JP 11718690A JP 11718690 A JP11718690 A JP 11718690A JP H0414264 A JPH0414264 A JP H0414264A
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- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 abstract description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 abstract 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 5
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 4
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
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- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
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- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
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Landscapes
- Bipolar Transistors (AREA)
- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
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〕
本発明は、スイッチング速度を向上するための、いわゆ
るアノード・ショートあるいはカソード・ショート構造
を有する伝導度変調型MO5FETに関する。
るアノード・ショートあるいはカソード・ショート構造
を有する伝導度変調型MO5FETに関する。
伝導度変調型MO3FETは、バイポーラトランジスタ
のベースf流をMOSFETにより供給することによっ
て電圧駆動を可能にしたもので、wA録ゲート型バイポ
ーラトランジスタとも呼ばれるので以下、I GBTと
略記する。第2図は従来のnチャフルIGBTの構造を
示す。この構造は、p゛層6なるp型シリコン基板上に
n゛層5n−層4を順次エピタキシャル成長させ、n−
層4表面部シこpウェル2、その表面部にn型ソース領
域3を形成し、ソース領域3の間の表面上に図示しない
ゲート絶縁膜を介してゲート端子Gに接続されるゲート
電極lを通常のたで型MO3FETの製造プロセスと同
様にして設ける。そ巳て、pウェル2内のp゛層21と
ソース領域3にエミッタ端子Eに接続されるエミッタ電
極7、p゛層6コレクタ端子Cに接続されるコレクタ電
8i8を接触させることにより作成される。
のベースf流をMOSFETにより供給することによっ
て電圧駆動を可能にしたもので、wA録ゲート型バイポ
ーラトランジスタとも呼ばれるので以下、I GBTと
略記する。第2図は従来のnチャフルIGBTの構造を
示す。この構造は、p゛層6なるp型シリコン基板上に
n゛層5n−層4を順次エピタキシャル成長させ、n−
層4表面部シこpウェル2、その表面部にn型ソース領
域3を形成し、ソース領域3の間の表面上に図示しない
ゲート絶縁膜を介してゲート端子Gに接続されるゲート
電極lを通常のたで型MO3FETの製造プロセスと同
様にして設ける。そ巳て、pウェル2内のp゛層21と
ソース領域3にエミッタ端子Eに接続されるエミッタ電
極7、p゛層6コレクタ端子Cに接続されるコレクタ電
8i8を接触させることにより作成される。
このIGBTの動作−よ、まずゲート1臘1に正のゲー
ト電圧を印加し、ゲートを極直下のpウェル2の表面を
反転させ、チセネルを形成する。エミッタ電極7を接地
し、コレクタ電極8に正の電n゛層ジ、n−層4に注入
される少数キャリアの正孔により、n−層4に伝導度変
調が誘起される。
ト電圧を印加し、ゲートを極直下のpウェル2の表面を
反転させ、チセネルを形成する。エミッタ電極7を接地
し、コレクタ電極8に正の電n゛層ジ、n−層4に注入
される少数キャリアの正孔により、n−層4に伝導度変
調が誘起される。
この伝導度変調により、n−層4が低抵抗となるため、
高耐圧素子にもかかわらず、コレクタ、エミッタ間飽和
電圧V CE 1atl を低くすることができる。例
えば耐圧1200 v 、コレクタ電流密度46A/−
のときに3vのV CE (* aLl が得られる。
高耐圧素子にもかかわらず、コレクタ、エミッタ間飽和
電圧V CE 1atl を低くすることができる。例
えば耐圧1200 v 、コレクタ電流密度46A/−
のときに3vのV CE (* aLl が得られる。
しかし、第2図に示す構造のI GBTでは、ターンオ
フ時にn−層に入った電子が正孔の注入により消滅する
まで、コレクタを流が流れるのでスイッチング時間が長
くなるという欠点がある。ライフタイムキラーを導入し
、高速スイッチングと低飽和電圧の双方を再現性よく達
成することは、製造プロセス上の割面が難じく、歩留の
低下をまねく、また、高耐圧を達成するために、n−層
4を100μと厚く積まなければならないのでコストア
ップとなるという欠点がある。
フ時にn−層に入った電子が正孔の注入により消滅する
まで、コレクタを流が流れるのでスイッチング時間が長
くなるという欠点がある。ライフタイムキラーを導入し
、高速スイッチングと低飽和電圧の双方を再現性よく達
成することは、製造プロセス上の割面が難じく、歩留の
低下をまねく、また、高耐圧を達成するために、n−層
4を100μと厚く積まなければならないのでコストア
ップとなるという欠点がある。
この対策として、スイッチング特性と飽和電圧の関係を
再現性よくし、かつコストダウンを図るために、第3図
に示すような構造をもつ、いわゆるアノード・ショート
型のIGBTがある。このT GBTの製造には、厚さ
200−程度の■一基板を用いることができるので安価
にできる6そして、i!常(7)MO3FET製造工程
のほかに、コレクタ電極8の設けられる側にn″層5p
°層6が板面方向I、:ra接するよう、反転マスクを
用いてのイオン注入とアニールにより形成する。この製
造工程はライフタイムキラー導入に比して安定であり、
工程増によるコストアンプはわずかである。この構造で
は、p゛層6n−層4が接するため、正孔の注入効率は
高いので、低飽和電圧が確保でき、また、ターンオフ時
には、n−層4中の電子が0層5を遣ってすばやくコレ
クタ電8i8へ引き出されるので高速スイッチングが期
待される。pチャネルIGBTにおいても同様なI!に
よってカソード・ノヨーI・型にすることにより、同様
な効果が′iA待できる。
再現性よくし、かつコストダウンを図るために、第3図
に示すような構造をもつ、いわゆるアノード・ショート
型のIGBTがある。このT GBTの製造には、厚さ
200−程度の■一基板を用いることができるので安価
にできる6そして、i!常(7)MO3FET製造工程
のほかに、コレクタ電極8の設けられる側にn″層5p
°層6が板面方向I、:ra接するよう、反転マスクを
用いてのイオン注入とアニールにより形成する。この製
造工程はライフタイムキラー導入に比して安定であり、
工程増によるコストアンプはわずかである。この構造で
は、p゛層6n−層4が接するため、正孔の注入効率は
高いので、低飽和電圧が確保でき、また、ターンオフ時
には、n−層4中の電子が0層5を遣ってすばやくコレ
クタ電8i8へ引き出されるので高速スイッチングが期
待される。pチャネルIGBTにおいても同様なI!に
よってカソード・ノヨーI・型にすることにより、同様
な効果が′iA待できる。
(発明が解決じようとする課題〕
上記のような7ノード・ショート型のIGBTの抱相電
圧VC1(*a。および125℃におけるターンオフ時
間のアノード・ショート率依存性を第4第5図に示す。
圧VC1(*a。および125℃におけるターンオフ時
間のアノード・ショート率依存性を第4第5図に示す。
アノード・ショート率はn゛層5面積のコレクタ1ti
aの全接触面積に対する割合である。すなわち、第2図
に示したrGBTではアノードショート率o、p”層6
のないだて型M OS F E Tではアノード・ンヨ
ート率100%である。第4.第5間に示される関係は
再現性良く得られるが、第4.第5図かられかるように
、アノード・ショート型j G B Tでは飽和電圧が
電力素子の評価の基準となる3■の場合にターンオフ時
間が2.1 μsecとまだ遅いという欠点がある。
aの全接触面積に対する割合である。すなわち、第2図
に示したrGBTではアノードショート率o、p”層6
のないだて型M OS F E Tではアノード・ンヨ
ート率100%である。第4.第5間に示される関係は
再現性良く得られるが、第4.第5図かられかるように
、アノード・ショート型j G B Tでは飽和電圧が
電力素子の評価の基準となる3■の場合にターンオフ時
間が2.1 μsecとまだ遅いという欠点がある。
本発明の目的は、この欠点を除き、低い飽和電圧でター
ンオフ時間を短くしたI GBTを提供することにある
。
ンオフ時間を短くしたI GBTを提供することにある
。
(41題を解決するための手段〕
上記の目的をse、するために、本発明は、低不純物・
贋度で第〜″X電型の第一領域、その第一領域の表面部
に選択的に形成された第二導電型の第三領域、その第三
領域の表面部に選択的に形成された第一導電型の第三領
域、第二領域の第一領域および第三N誠にはさまれた表
面領域上にゲート絶縁膜を介して設けられスニゲート電
極、第二領域および第三領域に共通に接触するエミッタ
電極ならびに第一領域の他側に隣接するそれぞれ複数の
第一導電型および第二導電型で高不純物濃度の第四第五
領域に共通に接触するコレクタ電極を備えたI GBT
において、第五領域の深さが第四領域の深さより深くさ
れたものとする。
贋度で第〜″X電型の第一領域、その第一領域の表面部
に選択的に形成された第二導電型の第三領域、その第三
領域の表面部に選択的に形成された第一導電型の第三領
域、第二領域の第一領域および第三N誠にはさまれた表
面領域上にゲート絶縁膜を介して設けられスニゲート電
極、第二領域および第三領域に共通に接触するエミッタ
電極ならびに第一領域の他側に隣接するそれぞれ複数の
第一導電型および第二導電型で高不純物濃度の第四第五
領域に共通に接触するコレクタ電極を備えたI GBT
において、第五領域の深さが第四領域の深さより深くさ
れたものとする。
〔作用C
オン時に第一領域、第二領域、第三領域およびゲート電
極によって構成されるMO5構造によって第一導電型の
第一領域に供給される多数キャリアのt流は、深い第二
導電型の第五領域に沿って第一導電型で低不純物濃度の
第−領域から高不純物濃度の第四領域へ流れるので、第
五領域と第一領域の間に電位差が生し、それにより第五
領域から第一領域への第一領域の少数キャリアの注入効
率が高められる。従って、短いターンオフ時間を得るた
めアノード・ショート率を高くしても、従来のアノード
・ショートあるいはカソード・ショート構造より低い飽
和電圧を達成することができる。
極によって構成されるMO5構造によって第一導電型の
第一領域に供給される多数キャリアのt流は、深い第二
導電型の第五領域に沿って第一導電型で低不純物濃度の
第−領域から高不純物濃度の第四領域へ流れるので、第
五領域と第一領域の間に電位差が生し、それにより第五
領域から第一領域への第一領域の少数キャリアの注入効
率が高められる。従って、短いターンオフ時間を得るた
めアノード・ショート率を高くしても、従来のアノード
・ショートあるいはカソード・ショート構造より低い飽
和電圧を達成することができる。
これを図を用いてnチャ享ルIG、BTについて説明す
る。第6図はp゛層6交互に同じ幅と同じ深さで条状に
形成されたアノード・シーヨト率50%のI GBTの
コレクタ電8i側を示す。第7図はコレクタi!8i8
と接触する条状のp゛層6n゛層5り深い層として形成
され、アノード・ショート率は50%である本発明に基
づ(IGBTのコレクタ電極側を示す。いずれの場合も
、n−層4内の電子電流10には、n゛層5遣ってコレ
クタ電極8に流れるものと、p゛層6ろ注入される正孔
電流11と再結合するものがある。第6図の場合は、p
″眉6面方向に沿って流れる電子電流lOの移動距離が
短いため、十分な伝導度変調を起こすに足る正孔を注入
させるようなp”−n−間の電位差が生しないので、第
4図に示したように飽和電圧が上昇してしまう。巳かる
;こ、第7図の場合は、深いp゛層6沿って流れる電子
を流10の移動距離が長くなるので、p゛層6n−層4
の間に十分な電位差が生し、伝導度変調が効果的に働く
。アノード・ショート率は変らないのでターンオフ時間
は第6図の場合と変らない。これにより、アノード・シ
ョート率を下げなくても、すなわち、第5図に示すよう
にターンオフ時間を長くしなくても、飽和電圧を低くす
ることができる。
る。第6図はp゛層6交互に同じ幅と同じ深さで条状に
形成されたアノード・シーヨト率50%のI GBTの
コレクタ電8i側を示す。第7図はコレクタi!8i8
と接触する条状のp゛層6n゛層5り深い層として形成
され、アノード・ショート率は50%である本発明に基
づ(IGBTのコレクタ電極側を示す。いずれの場合も
、n−層4内の電子電流10には、n゛層5遣ってコレ
クタ電極8に流れるものと、p゛層6ろ注入される正孔
電流11と再結合するものがある。第6図の場合は、p
″眉6面方向に沿って流れる電子電流lOの移動距離が
短いため、十分な伝導度変調を起こすに足る正孔を注入
させるようなp”−n−間の電位差が生しないので、第
4図に示したように飽和電圧が上昇してしまう。巳かる
;こ、第7図の場合は、深いp゛層6沿って流れる電子
を流10の移動距離が長くなるので、p゛層6n−層4
の間に十分な電位差が生し、伝導度変調が効果的に働く
。アノード・ショート率は変らないのでターンオフ時間
は第6図の場合と変らない。これにより、アノード・シ
ョート率を下げなくても、すなわち、第5図に示すよう
にターンオフ時間を長くしなくても、飽和電圧を低くす
ることができる。
]実施例〕
第1図は、本発明の一実施例のIGBTの断面構造を示
し、第2.第3.第6.第7図と共通の部分には同一の
符号が付されている。このIGBTのエミッタ電極、ゲ
ート電橋側の構造は第3図ト同様でn−層4 (第一領
域)の−側にpウェル2 (第二領域)が形成され、p
ウェル2の表面部にnソース領域3 (第三領域)およ
びp゛コンタクN21が形成されている。p゛層213
よびソース領域3にはエミッタ電極7が接触し、二つの
ソース領域3にはさまれた部分の表面上には、図示しな
いゲート絶縁膜を介してゲート電8i1が設けられてい
る。n−層4の他側には条状のn −、’i 5(第四
領域)とp°層 (第五領域)が交互に設けられ、それ
にコレクタttiが接触するアノードショート構造を有
する。このrcBT8製作する工程は従来のアノード・
ショート型I GBTの場合と同しであるが、先にp゛
層6マスク等を用いて選択的にイオン注入し、高温で拡
散して形成する。次に反転マスクを用い、イオン注入後
低温で拡散することにより、0.05μの深さのn°層
5を形成する。これに対し、p゛層6深さは3−である
。MOSFET部のパターンとアノード・ショートのパ
ターンとの整合性をとらなければならないことは当然で
ある。しかし、n゛層5p゛層6幅を微細化することで
、MOSFET部のパターンとの整合性の要求をゆるく
することができる。図に示した実施例では、p゛層6n
−層4の間に伝導度変調が十分に起こり得る電位差約0
.7 Vを発生させることができた。この結果、定格!
200V、 25Aのアノード・ノヨート型I GBT
において、アノード・ショート率を50%に巳で、ター
ンオフ時間1.5μsecで飽和電圧VCt。1を従来
のアノード・ショート構造の3.7■か;lI3■に低
くすることができた。
し、第2.第3.第6.第7図と共通の部分には同一の
符号が付されている。このIGBTのエミッタ電極、ゲ
ート電橋側の構造は第3図ト同様でn−層4 (第一領
域)の−側にpウェル2 (第二領域)が形成され、p
ウェル2の表面部にnソース領域3 (第三領域)およ
びp゛コンタクN21が形成されている。p゛層213
よびソース領域3にはエミッタ電極7が接触し、二つの
ソース領域3にはさまれた部分の表面上には、図示しな
いゲート絶縁膜を介してゲート電8i1が設けられてい
る。n−層4の他側には条状のn −、’i 5(第四
領域)とp°層 (第五領域)が交互に設けられ、それ
にコレクタttiが接触するアノードショート構造を有
する。このrcBT8製作する工程は従来のアノード・
ショート型I GBTの場合と同しであるが、先にp゛
層6マスク等を用いて選択的にイオン注入し、高温で拡
散して形成する。次に反転マスクを用い、イオン注入後
低温で拡散することにより、0.05μの深さのn°層
5を形成する。これに対し、p゛層6深さは3−である
。MOSFET部のパターンとアノード・ショートのパ
ターンとの整合性をとらなければならないことは当然で
ある。しかし、n゛層5p゛層6幅を微細化することで
、MOSFET部のパターンとの整合性の要求をゆるく
することができる。図に示した実施例では、p゛層6n
−層4の間に伝導度変調が十分に起こり得る電位差約0
.7 Vを発生させることができた。この結果、定格!
200V、 25Aのアノード・ノヨート型I GBT
において、アノード・ショート率を50%に巳で、ター
ンオフ時間1.5μsecで飽和電圧VCt。1を従来
のアノード・ショート構造の3.7■か;lI3■に低
くすることができた。
開襟なカソード・ショート構造をとることにより、pチ
島ネルI CBTでも短いターンオフ時間で低い飽和電
圧を実現することができる。
島ネルI CBTでも短いターンオフ時間で低い飽和電
圧を実現することができる。
本発明によれば、ライフタイムキラー導入に比して安定
した製造工程でスイッチング時間を短くできるアノード
・ショートまたはカソード・ンヨート構造で、内部の低
抵抗層と異なる導電型の接触層を深くするだけで、低抵
抗層への少数キャ°ノアの注入効率を高め、伝導度変調
が十分に起こり得るようにすることができ、ショート率
を高めてターンオフ時間を短くしても、低いオン電圧を
もつI GBTを得ることができた。
した製造工程でスイッチング時間を短くできるアノード
・ショートまたはカソード・ンヨート構造で、内部の低
抵抗層と異なる導電型の接触層を深くするだけで、低抵
抗層への少数キャ°ノアの注入効率を高め、伝導度変調
が十分に起こり得るようにすることができ、ショート率
を高めてターンオフ時間を短くしても、低いオン電圧を
もつI GBTを得ることができた。
第1図は本発明の一実施例のICBTの断面図第2図は
従来のIGBTの断面図、第3図は従来のアノード・シ
ョート型I GBTの断面図、第4図:よ飽和電圧とア
、7−ド・ショート率の関係線図第5図はターンオフ時
間とアノード・ショート率の関係線図、第6図は従来の
アノード・シ5−ト型I GBTのキャリアの流れを示
す断面図、第7図は本発明によるアノード・ショート型
I GBTのキャリアの流れを示す断面図である。 1:ゲート電極、2:pウェル、3:nソース領域、4
:n−層、5:n゛層、6:p″層、7:エミッタ電極
、8:コレクタ電極。 代理人”・シナ 山 口 JL、。 第 図 し 第 図 1ケート電、bh 第4図 了ノート ショート↓ 第5図
従来のIGBTの断面図、第3図は従来のアノード・シ
ョート型I GBTの断面図、第4図:よ飽和電圧とア
、7−ド・ショート率の関係線図第5図はターンオフ時
間とアノード・ショート率の関係線図、第6図は従来の
アノード・シ5−ト型I GBTのキャリアの流れを示
す断面図、第7図は本発明によるアノード・ショート型
I GBTのキャリアの流れを示す断面図である。 1:ゲート電極、2:pウェル、3:nソース領域、4
:n−層、5:n゛層、6:p″層、7:エミッタ電極
、8:コレクタ電極。 代理人”・シナ 山 口 JL、。 第 図 し 第 図 1ケート電、bh 第4図 了ノート ショート↓ 第5図
Claims (1)
- 1)低不純物濃度で第一導電型の第一領域、その第一領
域の一側の表面部に選択的に形成された第二導電型の第
二領域、その第二領域の表面部に選択的に形成された第
一導電型の第三領域、第二領域の第一領域および第三領
域にはさまれた表面領域上にゲート絶縁膜を介して設け
られたゲート電極、第二領域および第三領域に共通に接
触するエミッタ電極ならびに第一領域の他側に隣接する
それぞれ複数の第一導電型および第二導電型で高不純物
濃度の第四第五領域に共通に接触するコレクタ電極を備
えたものにおいて、第五領域の深さが第四領域の深さよ
り深くされたことを特徴とする伝導度変調型MOSFE
T。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11718690A JPH0414264A (ja) | 1990-05-07 | 1990-05-07 | 伝導度変調型mosfet |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11718690A JPH0414264A (ja) | 1990-05-07 | 1990-05-07 | 伝導度変調型mosfet |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0414264A true JPH0414264A (ja) | 1992-01-20 |
Family
ID=14705538
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11718690A Pending JPH0414264A (ja) | 1990-05-07 | 1990-05-07 | 伝導度変調型mosfet |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0414264A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005057235A (ja) * | 2003-07-24 | 2005-03-03 | Mitsubishi Electric Corp | 絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ及びその製造方法、並びに、インバータ回路 |
JP2016162780A (ja) * | 2015-02-26 | 2016-09-05 | サンケン電気株式会社 | 半導体装置 |
-
1990
- 1990-05-07 JP JP11718690A patent/JPH0414264A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005057235A (ja) * | 2003-07-24 | 2005-03-03 | Mitsubishi Electric Corp | 絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ及びその製造方法、並びに、インバータ回路 |
JP2016162780A (ja) * | 2015-02-26 | 2016-09-05 | サンケン電気株式会社 | 半導体装置 |
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