JPH04269874A - 半導体装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特に絶縁ゲ−ト型バイ
ポ−ラトランジスタを構成する半導体装置の改良に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、絶縁ゲ−ト型バイポ−ラトラン
ジスタは、いわゆるＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　　
Ｇａｔｅ　　Ｂｉｐｏｌａｒ　　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ
）とも呼ばれており、広くモ−タ制御乃至インバ−タ等
の各種スイッチング素子として実用化されている。通常
、ＩＧＢＴは、パワ−ＭＯＳＦＥＴのドレイン領域に連
続して、これと反対導電型のアノ−ド領域を形成したも
のである。従来のＮチャネル型ＩＧＢＴの構造を図６に
示す。

【０００３】１１は、Ｐ＋　型アノ−ド領域、１２は、
Ｎ＋　型高濃度領域、１３は、Ｎ−　型高比抵抗領域で
あり、この高比抵抗領域１３の表面にＰ＋　型ベ−ス拡
散層１４が形成されている。また、このＰ＋　型ベ−ス
拡散層１４内には、Ｎ＋　型ソ−ス拡散層１５が形成さ
れている。そして、ソ−ス拡散層１５と、表面に露出し
ている高比抵抗領域１３との間に挟まれたＰ＋　型ベ−
ス拡散層１４をチャネル領域１６として、このチャネル
領域１６上にはゲ−ト絶縁膜１７を介してゲ−ト電極１
８が配置されている。また、ベ−ス拡散層１４とソ−ス
拡散層１５上には、これら双方にコンタクトするソ−ス
電極１９が形成されている。一方、反対側の表面に露出
しているアノ−ド領域１１には、アノ−ド電極２０が形
成されている。

【０００４】ところで、上記ＩＧＢＴは、高入力インピ
−ダンス、低オン抵抗という特徴を有している。しかし
、アノ−ド領域１１からＮ−　型高比抵抗領域（ドレイ
ン領域）１３へ注入された少数キャリアの一部は、Ｎ−
　型高比抵抗領域１３に過剰キャリアとして蓄積される
ことが知られている。このため、電流遮断時にゲ−ト電
極１８の印加電圧を零にしてチャネルを閉じ、電子の流
れを止めるようにしても、その蓄積された少数キャリア
が排出されるまで、ＩＧＢＴはオフ状態にならない。さ
らに、Ｎ−　型高比抵抗領域１３に残る電子は、アノ−
ド領域１１を通り抜ける際に、Ｎ−　型高比抵抗領域１
３からアノ−ド領域１１への少数キャリアの注入を誘起
するため、タ−ンオフ時間を大きくするという欠点があ
る。

【０００５】そこで、ＩＧＢＴのタ−ンオフスピ−ドを
改善すべく考えられた方法が、以下に示すような、ライ
フタイムの制御によりキャリア・ライフタイムを小さく
する手法である。即ち、第１に、ライフタイムを制御す
る方法としては、例えば金（Ａｕ）、プラチナ（Ｐｔ）
等を用いる重金属拡散法がある。第２に、電子線、中性
子線、γ線、プロトン等の放射線を照射する方法がある
。これにより、キャリア・ライフタイムを小さくするこ
とができる。なお、上記二つのライフタイムの制御手法
は、既にサイリスタやダイオ−ド等の種々の素子に適用
されている。

【０００６】しかしながら、これら手法によれば、タ−
ンオフ時間は改善されるが、同時にキャリア・ライフタ
イムの低下を招くため、伝導度や変調度を低下させるこ
とが知られている。この結果、この素子の最大の利点で
ある低オン抵抗特性が悪化するという欠点がある。

【０００７】一方、ＩＧＢＴのドレイン領域中の、Ｎ＋
　型高濃度領域１２又はＮ−　型高比抵抗領域１３内に
、低ライフタイム層を形成するようにプロトンを照射す
る方法が知られている。しかし、この方法では、耐圧特
性の劣化を招くこと、タ−ンオフ時に長いテ−ル電流を
引くこと、及びＮ−　型高比抵抗領域１３中のキャリア
・ライフタイムの低下によりオン抵抗が増大すること等
の問題点が内在する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように、ライフタ
イムの制御が素子特性に与える影響は大きく、特に高速
化を狙うためには、ライフタイムの厳しい制御性が要求
される。従って、ライフタイムの制御性が良く、かつス
イッチング特性とオン電圧特性の優れたライフタイムの
制御手法が望まれている。しかしながら、上述したよう
に、現状では、ライフタイムの制御性が良いこと、スイ
ッチング特性とオン電圧特性の優れていることの双方を
満たすライフタイムの制御手法は考えられていない。

【０００９】そこで、本発明は、シリコン層の深さ方向
に選択的にライフタイムを制御する粒子を注入すること
により、スイッチング特性とオン電圧特性のトレ−ドオ
フを改善し、低タ−ンオフ時間及び低オン抵抗を達成す
ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の半導体装置は、第１導電型のアノ−ド領域
と、前記アノ−ド領域上に形成された第２導電型のドレ
イン領域と、前記ドレイン領域の表面領域に形成された
第１導電型のベ−ス領域と、前記ベ−ス領域の表面領域
に形成された第２導電型のソ−ス領域と、少なくとも前
記ソ−ス領域と前記ドレイン領域との間のチャネル領域
上に絶縁膜を介して形成されたゲ−ト電極と、前記べ−
ス領域および前記ソ−ス領域に隣接して形成されたソ−
ス電極と、前記アノ−ド領域に隣接して形成されたアノ
−ド電極と、高エネルギ−粒子の注入により形成され、
少なくとも前記アノ−ド領域内に再結合の数のピ−クを
有するような低ライフタイム層とを備えている。

【００１１】

【作用】上記構成によれば、低ライフタイム層がアノ−
ド領域内に形成されている。従って、良好なオン電圧特
性を維持したまま、アノ−ド領域からドレイン領域への
正孔の注入量を十分に抑えることができ、高速スイッチ
ング特性を達成することができる。また、高エネルギ−
粒子をアノ−ド領域側の面から照射し、低ライフタイム
層を形成すれば、ドレイン領域に欠陥が形成されること
はなく、耐圧特性等の劣化も生じない。また、絶縁ゲ−
トトランジスタの閾値電圧特性の変動を起こすこともな
い。

【００１２】

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の一実施例
について詳細に説明する。

【００１３】図１は、本発明の一実施例に係わるＩＧＢ
Ｔを示すものである。２１は、Ｐ＋型アノ−ド領域であ
り、約１４０μｍの厚さを有する。２２は、Ｎ＋　型高
濃度領域であり、数μｍの厚さを有する。２３は、Ｎ−
　型高比抵抗領域であり、約１００μｍの厚さを有する
。この高比抵抗領域２３の表面には、Ｐ＋　型ベ−ス拡
散層２４が形成されている。また、このＰ＋　型ベ−ス
拡散層２４内には、Ｎ＋　型ソ−ス拡散層２５が形成さ
れている。 そして、ソ−ス拡散層２５と、表面に露出している高比
抵抗領域２３との間に挟まれたＰ＋　型ベ−ス拡散層２
４をチャネル領域として、このチャネル領域上にはゲ−
ト絶縁膜２６を介してゲ−ト電極２７が配置されている
。 また、ベ−ス拡散層２４とソ−ス拡散層２５上には、こ
れら双方にコンタクトするソ−ス電極２８が形成されて
いる。一方、反対側の表面に露出しているアノ−ド領域
２１には、アノ−ド電極２９が形成されている。

【００１４】また、Ｐ＋　型アノ−ド領域２１内には、
低ライフタイム層３０が形成されている。この低ライフ
タイム層３０は、例えばプロトンの注入により形成され
、プロトンの加速エネルギ−は、プロトンの注入による
再結合の数のピ−クがＰ＋　型アノ−ド領域２１内、例
えばアノ−ド電極２９側から約１１０μｍの位置に存在
するように設定される。

【００１５】上記構成のＩＧＢＴ（発明品）を作製し、
低ライフタイム層がＮ−　型高比抵抗領域２３内に形成
されたＩＧＢＴ（比較品）とのスイッチング特性の比較
を行ってみた。その結果、図２に示すように、発明品の
タ−ンオフ波形はＡのようになり、比較品のタ−ンオフ
波形はＢのようになった。つまり、比較品では、従来の
問題点である長いテ−ル電流を形成しているため、タ−
ンオフ時間が長くなっている。これに対し、発明品では
、長いテ−ル電流が形成されておらず、タ−ンオフ時間
が比較品よりも短くなっている。このように、低オン抵
抗特性が発明品と比較品とで同一と考えた場合において
、タ−ンオフ時間は、発明品の方が優れており、従来よ
りもスイッチング特性とオン電圧特性のトレ−ドオフが
改善されたといえる。

【００１６】このように、上記構成のＩＧＢＴでは、Ｎ
−　型高比抵抗領域２３内の低ライフタイム層３０の存
在により、Ｐ＋　型アノ−ド領域２１からＮ−　型高比
抵抗領域（ドレイン領域）２３へ正孔を供給する供給能
力が低下し、良好なスイッチング特性が得られる。なお
、正孔の供給能力が低下した原因としては、図３に示す
ように、Ｐ＋　型アノ−ド領域２１内において、Ｎ−　
型高比抵抗領域２３側へ移動してくる正孔の大部分が、
低ライフタイム層３０に捕獲されるためと考えられる。 このため、低ライフタイム層３０とＮ＋　型高濃度領域
２２との間で発生した正孔のみがＮ−　型高比抵抗領域
２３へ蓄積されることとなる。

【００１７】なお、上記実施例では、プロトンの注入に
よって低ライフタイム層３０を形成しているが、例えば
プロトン、ヘリウム（　３Ｈｅ２＋、　４Ｈｅ２＋）、
重水素、中性子、水素分子イオン、α粒子等のＰ＋　型
アノ−ド領域２１内に再結合の数のピ−クを形成できる
ような、比較的質量が大きい粒子を使用することもでき
る。

【００１８】また、低ライフタイム層３０は、Ｐ＋　型
アノ−ド領域２１内に再結合の数のピ−クを有するよう
に形成されていればよく、Ｎ＋　型高濃度領域２２側に
寄っているか、アノ−ド電極２９側に寄っているかは問
わない。

【００１９】さらに、高エネルギ−粒子、例えばプロト
ンの注入は、ソ−ス側の面から行ってもよいし、アノ−
ド側の面から行ってもよい。しかし、ソ−ス側の面から
行った場合には、必然的にプロトンがＮ−　型高比抵抗
領域２３を通過するため、Ｎ−型高比抵抗領域２３内に
も格子欠陥が形成される。同様に、ゲ−ト絶縁膜２６に
もダメ−ジが形成されることが考えられる。これらの欠
陥やダメ−ジは、プロトンの照射後に行われる比較的低
温のアニ−ルによって大部分回復できるが、それでも完
全には回復されない。このため、オン抵抗の増大や動作
閾値電圧の変動等を招くおそれがある。従って、高エネ
ルギ−粒子の照射は、アノ−ド側の面から行うのが最も
効果的である。

【００２０】また、本発明では、低ライフタイム層３０
は、Ｐ＋　型アノ−ド領域２１内に局所的に形成されて
いるのがよい。ところが、実際には、プロトンの注入に
よって形成される低ライフタイム層３０は、分散（ガウ
ス分布）を持っているため、低ライフタイム層３０の一
部がＰ＋　型アノ−ド領域２１外に形成される場合があ
る。 しかし、前述したように、高エネルギ−粒子による再結
合の数のピ−クがＰ＋型アノ−ド領域２１内に存在して
いれば、本発明の効果を得ることができる。

【００２１】図４および図５は、それぞれ本発明に係わ
るＩＧＢＴの変形例を示すものである。図４は、図１に
示す実施例の変形例であり、Ｎ＋　型高濃度領域２２を
削除したものである。また、図５は、図１に示す実施例
の変形例であり、Ｐ＋　型アノ−ド領域２１とＮ＋　型
高濃度領域２２との間にＰ−　型低濃度領域３１を設け
たものである。

【００２２】ところで、本発明では、低ライフタイム層
３０は、Ｎ型ドレイン領域側に寄ったＰ＋　型アノ−ド
領域２１内に形成されているのが最もよいが、半導体装
置を作製する際の加工精度等の問題により制御がやや難
しい。そこで、図５に示す変形例では、Ｐ＋　型アノ−
ド領域２１とＮ＋　型高濃度領域２２との間にＰ−　型
低濃度領域３１を設けている。このＰ−　型低濃度領域
３１に低ライフタイム層３０を形成することにより、Ｎ
型ドレイン領域への正孔の注入量の制御が容易となり、
図１に示す実施例において低ライフタイム層３０をＮ型
ドレイン領域に寄ったＰ＋型アノ−ド領域２１内に形成
した場合と同様の効果を得ることができる。

【００２３】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明の半導体
装置によれば、次のような効果を奏する。

【００２４】低ライフタイム層がＰ＋　型アノ−ド領域
内に形成されている。従って、良好なオン電圧特性を維
持したまま、Ｐ＋　型アノ−ド領域からＮ型ドレイン領
域への正孔の注入量を抑えることができ、高速スイッチ
ング特性が改善される。しかも、低ライフタイム層は、
基板のアノ−ド側の面からの高エネルギ−粒子の注入に
より形成されている。このため、Ｎ型ドレイン領域には
欠陥が形成されず、耐圧特性等の劣化は生じない。また
、絶縁ゲ−トトランジスタの閾値電圧特性の変動を起こ
すこともない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係わるＩＧＢＴを示す断面
図。

【図２】図１のＩＧＢＴのゲ−ト電圧ＶＧ　・コレクタ
電流ＩＣ　と降下時間Ｔとの関係を示す図。

【図３】本発明の効果を示す図。

【図４】図１のＩＧＢＴの変形例を示す断面図。

【図５】図１のＩＧＢＴの変形例を示す断面図。

【図６】従来のＩＧＢＴを示す断面図。

【符号の説明】

２１…Ｐ＋　型アノ−ド領域、２２…Ｎ＋　型高濃度領
域、２３…Ｎ−　型高比抵抗領域、２４…Ｐ＋　型ベ−
ス拡散層、２５…Ｎ＋　型ソ−ス拡散層、２６…ゲ−ト
絶縁膜、２７…ゲ−ト電極、２８…ソ−ス電極、２９…
アノ−ド電極、３０…低ライフタイム層、３１…Ｐ−　
型低濃度領域。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　第１導電型のアノ−ド領域と、前記ア
   ノ−ド領域上に形成された第２導電型のドレイン領域と
   、前記ドレイン領域の表面領域に形成された第１導電型
   のベ−ス領域と、前記ベ−ス領域の表面領域に形成され
   た第２導電型のソ−ス領域と、少なくとも前記ソ−ス領
   域と前記ドレイン領域との間のチャネル領域上に絶縁膜
   を介して形成されたゲ−ト電極と、前記べ−ス領域およ
   び前記ソ−ス領域に隣接して形成されたソ−ス電極と、
   前記アノ−ド領域に隣接して形成されたアノ−ド電極と
   、高エネルギ−粒子の注入により形成され、少なくとも
   前記アノ−ド領域内に再結合の数のピ−クを有するよう
   な低ライフタイム層とを具備することを特徴とする半導
   体装置。
2. 【請求項２】　　前記ドレイン領域は、前記アノ−ド領
   域に隣接する高濃度領域と、この高濃度領域上に形成さ
   れる高比抵抗領域とから構成されていることを特徴とす
   る請求項１記載の半導体装置。
3. 【請求項３】　　前記アノ−ド領域は、前記アノ−ド電
   極に隣接する高濃度領域と、この高濃度領域上に形成さ
   れる低濃度領域とから構成され、前記低濃度領域に前記
   低ライフタイム層の再結合の数のピ−クを有することを
   特徴とする請求項１記載の半導体装置。
4. 【請求項４】　　前記高エネルギ−粒子は、プロトン、
   　３Ｈｅ２＋、重水素、中性子、水素分子イオンまたは
   　４Ｈｅ２＋であることを特徴とする請求項１記載の半
   導体装置。