JPH06196705A - Reverse-current carrying type insulated gate bipolar transistor and manufacture thereof - Google Patents

Reverse-current carrying type insulated gate bipolar transistor and manufacture thereof

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JPH06196705A
JPH06196705A JP34446992A JP34446992A JPH06196705A JP H06196705 A JPH06196705 A JP H06196705A JP 34446992 A JP34446992 A JP 34446992A JP 34446992 A JP34446992 A JP 34446992A JP H06196705 A JPH06196705 A JP H06196705A
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JP
Japan
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layer
collector
insulated gate
base
igbt
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Application number
JP34446992A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshiteru Shimizu
喜輝 清水
Yoshitaka Sugawara
良孝 菅原
Yasumichi Yasuda
保道 安田
Yasuki Nakano
安紀 中野
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

PURPOSE:To provide a reverse-current carrying type IGBT in which an IGBT and a diode are formed into one body and at the same time a current is not concentrated into the IGBT. CONSTITUTION:An IGBT comprise a substrate 1, a base layer 2 provided in the first main surface of the substrate 1, a source layer 3 provided therein, a collector layer 4 provided in the second main surface of the substrate 1, an insulated gate electrode 5 bridgingly arranged between the adjacent layers 3, the source layer 3 and the base 2 being in contact with each other, and a diode comprise an emitter layer 9 provided between adjacent base layers 2, a collector short-circuiting layer 10 provided between collector layers 4, a source electrode 7 provided in the surface of an emitter layer 4 and a collector electrode 8 provided in the surface of the collector short-circuiting layer 10. A unit cell is constituted of the IGBT and the diode, and the unit cell is so formed as to be sequentially arranged within the substrate 1.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、逆導通型絶縁ゲートバ
イポーラトランジスタ及びその製造方法に係わり、特
に、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(以下、これを
IGBTという)と逆並列接続ダイオードをセル単位で
一体化した逆導通型絶縁ゲートバイポーラトランジスタ
及びその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a reverse conduction type insulated gate bipolar transistor and a manufacturing method thereof, and in particular, an insulated gate bipolar transistor (hereinafter referred to as an IGBT) and an antiparallel connection diode are integrated in a cell unit. And a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、制御端子に供給されるスイッチ
ング制御信号の極性に応じて、負荷電流をオン、オフさ
せることができる半導体開閉素子としては、バイポーラ
トランジスタや絶縁ゲート電界効果トランジスタ(以
下、これをMOSFETという)等のスイッチング素子
が知られている。ところがこれらのスイッチング素子
は、スイッチング動作を行う際に、それぞれ動作上で長
所と短所とを有しており、例えば、高電圧で、大電流の
スイッチング制御を行う場合には、そのオン時の抵抗損
失の比較的小さなバイポーラトランジスタが適してお
り、一方、高周波スイッチング動作を行う場合にはスイ
ッチング速度の速いMOSFETが適している。
2. Description of the Related Art Generally, a bipolar transistor or an insulated gate field effect transistor (hereinafter referred to as a semiconductor switching device) capable of turning on / off a load current in accordance with the polarity of a switching control signal supplied to a control terminal. Is called a MOSFET). However, these switching elements each have advantages and disadvantages in operation when performing switching operation. For example, when performing switching control of high voltage and large current, the resistance at the time of turning on the switching element is high. A bipolar transistor having a relatively small loss is suitable, while a MOSFET having a high switching speed is suitable when performing high frequency switching operation.

【0003】また、近年においては、バイポーラトラン
ジスタにおけるオン時の低抵抗特性と、MOSFETに
おける高速スイッチング動作特性とを兼ね備えたものと
してIGBTが開発され、このIGBTは種々の分野に
おいて急速に使用されるようになってきた。
Further, in recent years, an IGBT has been developed as one having both a low resistance characteristic of a bipolar transistor at the time of ON and a high speed switching operation characteristic of a MOSFET, and the IGBT is expected to be used rapidly in various fields. Has become.

【0004】このIGBTは、インバータ回路等に使用
される場合、通常、逆並列接続ダイオード、いわゆるフ
リーホイルダイオードと組み合わせて使用されることが
多く、しかも、IGBTと逆並列接続ダイオードとは同
一半導体チップ内に形成された構造のものである。この
場合、IGBTと逆並列接続ダイオードとを組み合わせ
た逆導通型絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(以下、
これを逆導通型IGBTという)は、例えば、特開昭6
2ー109365号(前者という)に開示されている。
また、MOSFETとダイオードを逆並列に一体化した
構造は、例えば、特開平2ー45434号(後者とい
う)に開示されている。
When this IGBT is used in an inverter circuit or the like, it is usually used in combination with an antiparallel connection diode, a so-called free wheel diode, and the IGBT and the antiparallel connection diode are the same semiconductor chip. It has a structure formed inside. In this case, a reverse conduction type insulated gate bipolar transistor (hereinafter,
This is referred to as a reverse conduction type IGBT), which is disclosed in
2-109365 (referred to as the former).
A structure in which a MOSFET and a diode are integrated in antiparallel is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2-45434 (the latter).

【0005】ところで、前者に開示の逆導通型IGBT
の構成は、IGBT部分が、絶縁ゲート電極の下方に設
けたn、p+の2層部及びp、n+、p+の3層部から
なり、しかも、コレクタ層をベース層の下方全面に形成
せずに、絶縁ゲート電極の下方のみに設け、その他の部
分にn+短絡層を形成したものであり、また、ダイオー
ド部分が、IGBTのp層(pウエル層)をダイオード
のpエミッタ層として利用し、pエミッタ層、nベース
層、n+エミッタ層からなる(P+)−(n)−(n
+)の3層構造からなるものである。一方、後者に開示
の逆導通型MOSFETの構成は、構造的に前者に開示
の逆導通型IGBTに類似のものであるが、前者に開示
の逆導通型IGBTと異なる点は、MOSFETのp層
(pウエル層)をダイオードのpエミッタ層として利用
しておらず、前記p層(pウエル層)よりも薄い低不純
物濃度のpエミッタ層を新たに設けている点である。
By the way, the reverse conduction type IGBT disclosed in the former case.
In the configuration, the IGBT portion is composed of two layer portions of n and p + and three layer portions of p, n + and p + provided below the insulated gate electrode, and the collector layer is not formed on the entire lower surface of the base layer. In addition, it is provided only below the insulated gate electrode, and an n + short-circuit layer is formed in the other portion. Further, the diode portion uses the p layer of the IGBT (p well layer) as the p emitter layer of the diode, (P +)-(n)-(n consisting of p emitter layer, n base layer, and n + emitter layer
+) Has a three-layer structure. On the other hand, the configuration of the reverse conduction type MOSFET disclosed in the latter is structurally similar to the reverse conduction type IGBT disclosed in the former, but is different from the reverse conduction type IGBT disclosed in the former in that the p-layer of the MOSFET is different. This is that the (p well layer) is not used as the p emitter layer of the diode, and a p emitter layer having a low impurity concentration which is thinner than the p layer (p well layer) is newly provided.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記開
示になる逆導通型IGBTは、そのダイオード部分が、
いわゆるPINダイオードとして広く知られている構造
のものである。そして、このPINダイオードは、高不
純物濃度のpn接合部を有しているため、高速化を計る
ために、金(Au)等の重金属ドーピングや放射線照射
等を行い、キャリヤのライフタイムを短縮する必要があ
る。ところが、前記PINダイオードを、ライフタイム
・キラーを用いて高速化を計れば、ターンオン電圧の増
大や高温による洩れ電流の増大等をもたらし、動作上不
都合を生じることになる。
However, in the reverse conduction type IGBT disclosed above, the diode portion is
The structure is widely known as a so-called PIN diode. Since this PIN diode has a pn junction with a high impurity concentration, heavy metal doping such as gold (Au) or radiation irradiation is performed to shorten the carrier lifetime in order to speed up the operation. There is a need. However, if the PIN diode is speeded up by using a lifetime killer, the turn-on voltage will increase and the leakage current will increase due to high temperature, resulting in inconvenience in operation.

【0007】また、前記開示になる逆導通型IGBT
は、その中のIGBTとダイオードとのライフタイムの
最適値が必ずしも一致しないため、IGBTとダイオー
ドの特性を同時に満足させることが難しく、しかも、ダ
イオードを導通させた後に、逆導通型IGBTに印加さ
れる電圧の極性が反転し、IGBTのアノード側に正、
カソード側に負の電圧が印加されると、ゲート電圧の印
加がない場合においても、逆導通型IGBTの内部に残
留しているキャリヤにより、n+ソース層、pベース
層、nードリフト層、p+エミッタ層からなる寄生サイ
リスタが誤動作する、即ち、ラッチアップする可能性が
大きくなる。
Further, the reverse conduction type IGBT according to the above disclosure.
Since it is difficult to satisfy the characteristics of the IGBT and the diode at the same time because the optimum values of the lifetime of the IGBT and the diode therein are not necessarily the same, moreover, it is applied to the reverse conduction type IGBT after the diode is made conductive. The polarity of the voltage
When a negative voltage is applied to the cathode side, the n + source layer, the p base layer, the n− drift layer, the p + emitter are generated by the carriers remaining inside the reverse conduction type IGBT even when the gate voltage is not applied. The possibility that the parasitic thyristor composed of layers malfunctions, that is, latch-up increases.

【0008】このように、前記開示になる逆導通型IG
BTは、高速動作可能なダイオードを得た上に、IGB
Tとダイオードとを一体化することが難しいという問題
を有するものである。
Thus, the reverse conduction type IG according to the above disclosure
BT has a diode that can operate at high speed
The problem is that it is difficult to integrate T and the diode.

【0009】一方、IGBTとダイオードを同一チップ
内に各領域に分けて形成配置し、IGBTとダイオード
を一体化した構造のものは、例えば、特開昭61ー15
370号によって既に提案されているが、この構造のも
のも、以下に述べるような点が解決されていないもので
ある。
On the other hand, a structure in which an IGBT and a diode are separately formed and arranged in the same chip in respective regions and the IGBT and the diode are integrated is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 61-15.
Although already proposed by No. 370, this structure also has not solved the following points.

【0010】即ち、GTO(ゲートターンオフサイリス
タ)等のバイポーラ素子は、オン電圧の温度係数が負、
即ち、温度が高くなればなる程、オン電圧は低くなると
いう性質があり、一方、電力用MOSFET等のユニポ
ーラ素子は、オン電圧の温度係数が正、即ち、高温にな
ればなる程、オン電圧は高くなるという性質がある。こ
うした性質の相違から、バイポーラ素子においては、電
流集中が起こり易く、当該素子を並列動作させることが
難しいのに対し、ユニポーラ素子においては、電流集中
が起こり難く、当該素子を並列動作させることが容易で
あるという特性を備えているものである。この場合、I
GBTは、バイポーラ素子とユニポーラ素子の中間の特
性を有するものであるが、IGBTの構造や使用時の電
流密度如何によっては、電流集中が無視できない程大き
くなる場合もあり、前記提案によるものも、IGBTの
各セル間においては、前述のような理由から、それらセ
ル間に電流集中を生じる懸念があるものである。
That is, a bipolar element such as a GTO (gate turn-off thyristor) has a negative on-voltage temperature coefficient,
That is, the higher the temperature, the lower the on-voltage. On the other hand, the unipolar element such as a power MOSFET has a positive on-voltage temperature coefficient, that is, the higher the temperature, the higher the on-voltage. Has the property of becoming higher. Due to these differences in characteristics, current concentration is likely to occur in a bipolar element and it is difficult to operate the elements in parallel, whereas current concentration is unlikely to occur in a unipolar element and it is easy to operate the elements in parallel. It has the characteristic of being In this case, I
The GBT has a characteristic intermediate between that of a bipolar element and a unipolar element. However, depending on the structure of the IGBT and the current density during use, the current concentration may become too large to be ignored, and the above-mentioned proposal also For each of the cells of the IGBT, there is a concern that current concentration may occur between the cells due to the reason described above.

【0011】本発明は、前記各問題点を除去するもので
あって、その目的は、IGBTとダイオードとの一体化
を計るとともに、IGBTに生じる電流集中をなくすよ
うにした逆導通型IGBTを提供することにある。
The present invention is intended to eliminate the above-mentioned problems, and an object thereof is to provide a reverse conduction type IGBT in which the IGBT and the diode are integrated and the current concentration occurring in the IGBT is eliminated. To do.

【0012】また、本発明の他の目的は、IGBTとダ
イオードとを一体化し、かつ、IGBTに電流集中を生
じない逆導通型IGBTを、通常の手段を用いて容易に
製造できる逆導通型IGBTの製造方法を提供すること
にある。
Another object of the present invention is to integrate a IGBT and a diode and to manufacture a reverse conduction type IGBT which does not cause current concentration in the IGBT easily by using a usual means. It is to provide a manufacturing method of.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】前記目的の達成のため
に、本発明は、一対の主表面を有し、低不純物濃度の第
1導電型の基体と、前記基体の第1主表面に形成された
第2導電型のベース層と、前記ベース層内に形成された
第1導電型のソース層と、前記基体の第2主表面に形成
された第2導電型のコレクタ層と、相隣れる2つのソー
ス層間に橋絡配置され、周囲と絶縁された絶縁ゲート電
極と、前記ソース層及びベース層に接触するとともに、
前記絶縁ゲート電極の外側に配置形成されたソース電極
と、前記コレクタ層の表面に形成されたコレクタ電極と
からなるIGBT、及び、前記絶縁ゲート電極の非設置
領域における相隣れる2つのベース層間に形成され、前
記ベース層よりも薄い低不純物濃度の第2導電型のエミ
ッタ層と、前記第2主表面における前記コレクタ層間に
形成された第1導電型のコレクタ短絡層と、前記エミッ
タ層の表面に形成されたソース電極と、前記コレクタ短
絡層の表面に形成されたコレクタ電極とからなるダイオ
ードにより単位セルが構成され、前記単位セルが前記基
体内に順に配置形成されている第1の手段を備える。
In order to achieve the above object, the present invention provides a first conductivity type substrate having a pair of main surfaces and having a low impurity concentration, and a first main surface of the substrate. A second conductive type base layer, a first conductive type source layer formed in the base layer, a second conductive type collector layer formed on the second main surface of the base, and adjacent to each other. And an insulating gate electrode that is bridge-arranged between two source layers and is insulated from the surroundings, and contacts the source layer and the base layer,
An IGBT including a source electrode disposed outside the insulated gate electrode and a collector electrode formed on the surface of the collector layer, and between two base layers adjacent to each other in a region where the insulated gate electrode is not provided. A second conductivity type emitter layer having a lower impurity concentration and thinner than the base layer; a first conductivity type collector short-circuit layer formed between the collector layers on the second main surface; and a surface of the emitter layer. A unit cell is constituted by a diode composed of a source electrode formed on the substrate and a collector electrode formed on the surface of the collector short-circuit layer, and the unit cell is arranged and formed in order in the base. Prepare

【0014】また、前記他の目的の達成のために、本発
明は、1.第1及び第2主表面を有し、低不純物濃度の
第1導電型の基体の前記第2主表面に部分的に第1導電
型の不純物を導入して高不純物濃度のコレクタ短絡層を
形成する工程、2.前記第2主表面に第2導電型の不純
物を導入してコレクタ層を形成する工程、3.前記第1
主表面に絶縁物を介して部分的にゲート電極を形成する
工程、4.前記第1主表面に選択的に第1導電型の不純
物を打ち込んで高不純物濃度のベース層を形成する工
程、5.前記ベース層内に高不純物濃度の第1導電型の
ソース層を形成する工程、6.前記第1主表面に絶縁膜
を被着させ、続いて、前記ベース層及びソース層と接触
する部分の前記絶縁膜を開口する工程、7.前記第1主
表面にソース電極を被着させるとともに、その加熱被着
時にソース電極に直接接触する基体内にエミッタ層を形
成する工程、8.前記第2主表面にコレクタ電極を被着
させる工程を順に経て逆導通型IGBTを得るようにし
た第2の手段を備える。
Further, in order to achieve the above-mentioned other objects, the present invention provides: A first conductivity type impurity is partially introduced into the second major surface of the first conductivity type substrate having the first and second major surfaces and a low impurity concentration to form a collector short circuit layer having a high impurity concentration. Step of doing, 2. 2. a step of introducing a second conductivity type impurity into the second main surface to form a collector layer; The first
3. A step of partially forming a gate electrode on the main surface via an insulator. 4. a step of selectively implanting a first conductivity type impurity into the first main surface to form a base layer having a high impurity concentration; 5. forming a high-concentration first-conductivity-type source layer in the base layer; 6. A step of depositing an insulating film on the first main surface, and then opening the insulating film in a portion in contact with the base layer and the source layer; 7. A step of depositing a source electrode on the first main surface, and forming an emitter layer in a substrate which is in direct contact with the source electrode during its thermal deposition. A second means for obtaining a reverse conducting type IGBT is provided by sequentially performing a step of depositing a collector electrode on the second main surface.

【0015】[0015]

【作用】前記第1の手段によれば、この逆導通型IGB
Tは、IGBTとダイオードの各構成を、互いに独立に
設定することができるので、IGBTとダイオードにつ
いてそれぞれ最適な動作特性を持たせるようにすること
ができる。また、この逆導通型IGBTは、ダイオード
導通時におけるキャリヤ濃度を、従来のこの種のダイオ
ードに比べて小さくすることができるので、IGBTと
ダイオードとの間の相互干渉をきわめて少なくすること
ができる。さらに、この逆導通型IGBTは、IGBT
とダイオードとを単位セル毎にそれぞれ一体化するよう
に構成しているので、素子としての面積利用率を高める
ことができるとともに、電流分布が均一になるダイオー
ドがIGBTの電流集中を緩和する働きがあり、素子面
内における温度分布が均一化されて、電流集中による素
子破壊を抑えることができる。その他、この逆導通型I
GBTは、IGBTにおけるコレクタ短絡層がダイオー
ドのエミッタ層を兼ねた構成であるので、IGBTとダ
イオードとを個別に構成し、それらを組み合わせた構造
のもの比べ、素子面積を小さくすることができる。
According to the first means, the reverse conduction type IGBT is provided.
Since T can set the respective configurations of the IGBT and the diode independently of each other, it is possible to provide the IGBT and the diode with optimum operating characteristics. Further, this reverse conducting type IGBT can reduce the carrier concentration when the diode is conducting, as compared with the conventional diode of this type, so that mutual interference between the IGBT and the diode can be extremely reduced. Furthermore, this reverse conduction type IGBT is
Since the diode and the diode are integrated in each unit cell, the area utilization factor as an element can be increased, and the diode having a uniform current distribution has a function of alleviating the current concentration of the IGBT. Therefore, the temperature distribution in the element surface is made uniform, and element destruction due to current concentration can be suppressed. In addition, this reverse conduction type I
In the IGBT, the collector short-circuit layer in the IGBT also serves as the emitter layer of the diode. Therefore, the element area can be reduced as compared with a structure in which the IGBT and the diode are separately configured and combined.

【0016】前記第2の手段によれば、この逆導通型I
GBTを得る場合に、通常の手段を順に用いるだけであ
って、IGBTとダイオードとを一体化させ、かつ、I
GBTに電流集中を生じない逆導通型IGBTを容易に
製造することができる。
According to the second means, the reverse conduction type I
When obtaining a GBT, only ordinary means are used in order, the IGBT and the diode are integrated, and I
It is possible to easily manufacture a reverse conduction type IGBT that does not cause current concentration in the GBT.

【0017】[0017]

【実施例】以下、本発明を実施例を図面を用いて詳細に
説明する。
Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings.

【0018】図1は、本発明による逆導通型IGBTの
第1の実施例を示す構造図であり、図1(a)はその縦
断面図、同図(b)はその平面図である。
1A and 1B are structural views showing a first embodiment of a reverse conducting type IGBT according to the present invention. FIG. 1A is a longitudinal sectional view thereof and FIG. 1B is a plan view thereof.

【0019】図1(a)及び(b)において、1は一方
導電型(例えば、n型)の低不純物濃度の基体(n−ド
リフト層)、2は他方導電型(例えば、p型)のベース
層、3は一方導電型(例えば、n型)の高不純物濃度の
ソース層、4は他方導電型(例えば、p型)の高不純物
濃度のコレクタ層、5は絶縁ゲート電極、6はゲート電
極絶縁層、7はソース電極、8はコレクタ電極、9は他
方導電型(例えば、p型)の低不純物濃度のエミッタ
層、10は一方導電型の(例えば、n型)の高不純物濃
度のコレクタ短絡層、11はIGBTチャネル、12は
ダイオードチャネル、13はMOS領域チャネルであ
る。
In FIGS. 1A and 1B, 1 is one conductivity type (for example, n type) low impurity concentration substrate (n-drift layer), and 2 is the other conductivity type (for example, p type). Base layer 3 is a source layer of one conductivity type (for example, n type) with a high impurity concentration, 4 is a collector layer with a high conductivity concentration of the other conductivity type (for example, p type), 5 is an insulated gate electrode, 6 is a gate An electrode insulating layer, 7 is a source electrode, 8 is a collector electrode, 9 is an emitter layer of the other conductivity type (for example, p-type) with a low impurity concentration, and 10 is an impurity layer of one conductivity type (for example, n-type) with a high impurity concentration. Collector short-circuit layer, 11 is an IGBT channel, 12 is a diode channel, and 13 is a MOS region channel.

【0020】そして、基体1は、第1及び第2の主表面
を有し、その第1の主表面に所定間隔を置いてベース層
2が形成され、それらベース層2の中の中央部分にソー
ス層3が形成される。1つのベース層2とそれに隣合う
他のベース層2を橋絡するように絶縁ゲート電極5が設
けられ、この絶縁ゲート電極5の周囲はゲート電極絶縁
層6により隣接部材と電気的に絶縁されている。絶縁ゲ
ート電極5の外側にソース電極7が形成され、このソー
ス電極7の両端部はベース層2とソース層3に導電接触
している。絶縁ゲート電極5の下側の基体1の表面にI
GBTチャネル11が形成され、ベース層2からソース
層3を経てIGBTチャネル11に到る部分にMOS領
域チャネル13が形成される。基体1の第2の主表面の
絶縁ゲート電極5に略対向する位置にコレクタ層4が設
けられ、このコレクタ層4の外側にコレクタ電極8が形
成される。以上の構成によりIGBTが形成される。
The substrate 1 has first and second main surfaces, a base layer 2 is formed on the first main surface at a predetermined interval, and a central portion of the base layers 2 is formed. The source layer 3 is formed. An insulated gate electrode 5 is provided so as to bridge one base layer 2 and another base layer 2 adjacent thereto, and the periphery of this insulated gate electrode 5 is electrically insulated from an adjacent member by a gate electrode insulating layer 6. ing. A source electrode 7 is formed outside the insulated gate electrode 5, and both ends of the source electrode 7 are in conductive contact with the base layer 2 and the source layer 3. I on the surface of the substrate 1 below the insulated gate electrode 5
A GBT channel 11 is formed, and a MOS region channel 13 is formed in a portion extending from the base layer 2 through the source layer 3 to the IGBT channel 11. A collector layer 4 is provided on the second main surface of the substrate 1 at a position substantially opposite to the insulated gate electrode 5, and a collector electrode 8 is formed outside the collector layer 4. The IGBT is formed by the above configuration.

【0021】また、基体1の第1の主表面における絶縁
ゲート電極5の橋絡されていない1つのベース層2とそ
れに隣合う他のベース層2との間にエミッタ層9が形成
され、そのエミッタ層9の外側にソース電極7が形成さ
れ、エミッタ層9の基体1側にダイオードチャネル12
が形成される。基体1の第2の主表面におけるコレクタ
層4間にはコレクタ短絡層10が形成され、そのコレク
タ短絡層10の外側にコレクタ電極8が形成される。以
上の構成によりダイオードが形成される。
Further, an emitter layer 9 is formed between one unbridged base layer 2 of the insulated gate electrode 5 on the first main surface of the substrate 1 and another base layer 2 adjacent thereto, and The source electrode 7 is formed outside the emitter layer 9, and the diode channel 12 is formed on the substrate 1 side of the emitter layer 9.
Is formed. A collector short-circuit layer 10 is formed between the collector layers 4 on the second main surface of the substrate 1, and a collector electrode 8 is formed outside the collector short-circuit layer 10. The diode is formed by the above configuration.

【0022】さらに、平面的には、図1(b)に示すよ
うに、MOS領域チャネル13が細長い楕円形状を有す
るように構成され、そのMOS領域チャネル13内にソ
ース層3が設けられる。1つのMOS領域チャネル13
と隣接するMOS領域チャネル13間にエミッタ層9
(及びダイオードチャネル12)が形成され、前記2つ
のMOS領域チャネル13とエミッタ層9(及びダイオ
ードチャネル12)からなる部分は、1つのIGBTと
ダイオードとからなる単位セルを構成している。これら
単位セルは、ストライプ状に、基体1内に順に一体化形
成されているものである。
Further, in plan view, as shown in FIG. 1B, the MOS region channel 13 is formed to have an elongated elliptical shape, and the source layer 3 is provided in the MOS region channel 13. One MOS region channel 13
Between the MOS region channel 13 adjacent to the emitter layer 9
(And the diode channel 12) are formed, and the portion composed of the two MOS region channels 13 and the emitter layer 9 (and the diode channel 12) constitutes a unit cell composed of one IGBT and a diode. These unit cells are formed in stripes in the base 1 in order.

【0023】前記構成において、エミッタ層9及びベー
ス層2の横方向拡散領域におけるアノード側の投影部に
は、コレクタ短絡層10が形成配置され、ダイオードの
両エミッタ層を結ぶ線と電界の方向とが一致するように
構成されているので、ダイオードのオン電圧を最も低く
することができる。また、前記構成においては、ダイオ
ードのエミッタ層9とIGBTチャネル11が分かれて
いる、特に、エミッタ層9とIGBTチャネル11とが
ソース層3を隔てて離れているので、ダイオードとIG
BTとの相互干渉をこれまでのこの種の素子に比べて大
幅に低減させることができる。さらに、ダイオードのエ
ミッタ層9の不純物総量をこれまでのこの種の素子に比
べて少なくすることができるので、基体1内に存在する
過剰キャリア濃度は少なくなり、ダイオードとIGBT
との相互干渉を一層少なくすることができる。この他
に、IGBTとダイオードを一体化した場合の面積利用
率を最大とすることができる。
In the above-mentioned structure, the collector short-circuit layer 10 is formed and arranged at the projection portion on the anode side in the lateral diffusion region of the emitter layer 9 and the base layer 2, and the line connecting both emitter layers of the diode and the direction of the electric field are formed. Since they are configured to match, the ON voltage of the diode can be minimized. Further, in the above structure, the diode emitter layer 9 and the IGBT channel 11 are separated from each other. In particular, since the emitter layer 9 and the IGBT channel 11 are separated by the source layer 3, the diode and the IGBT are separated from each other.
Mutual interference with BT can be greatly reduced as compared with the conventional device of this type. Furthermore, since the total amount of impurities in the emitter layer 9 of the diode can be made smaller than that of a device of this type up to now, the concentration of excess carriers existing in the base body 1 is reduced, and the diode and the IGBT are reduced.
Mutual interference with can be further reduced. In addition to this, the area utilization rate when the IGBT and the diode are integrated can be maximized.

【0024】ところで、前記各単位セルは、前述のよう
に、基体1内に順に並置されているものであるが、ベー
ス層2は、IGBTのMOS領域チャネル13を形成す
るベース層として働くとともに、ダイオードチャネル1
2を形成する深い高不純物濃度層として働く。高不純物
濃度のコレクタ短絡層10は、pエミッタ層9ととも
に、ダイオードのコレクタ側のエミッタ層としての働き
も有し、IGBTのコレクタ層4と基体1とによって形
成されるpn接合をコレクタ電極8側に電気的に短絡さ
せる機能を有している。このため、IGBTとダイオー
ドとをそれぞれ独立に形成した場合に比べて、素子全体
の面積の縮小を図ることが可能になる。
By the way, the unit cells are arranged side by side in the substrate 1 as described above. The base layer 2 serves as a base layer for forming the MOS region channel 13 of the IGBT, and Diode channel 1
2 acts as a deep high impurity concentration layer forming 2. The high-impurity-collector short-circuit layer 10 also functions as an emitter layer on the collector side of the diode together with the p-emitter layer 9, and the pn junction formed by the collector layer 4 of the IGBT and the substrate 1 is on the collector electrode 8 side. It has a function to electrically short-circuit. Therefore, the area of the entire element can be reduced as compared with the case where the IGBT and the diode are independently formed.

【0025】ここで、本実施例におけるIGBT及びダ
イオードの各部の寸法及び特性の一例を挙げると、IG
BTチャネル11の幅は17μm、ダイオードチャネル
12の幅は5μmである。また、基体1の部分は、抵抗
率が30Ω・cm、厚さが50μmであり、ベース層2
は、表面濃度が5×1018個/cm3 、厚さが5μmで
あり、ソース層3は、表面濃度が5×1020個/cm
3 、厚さが1.5μmであり、コレクタ層4は、表面濃
度が3×1018個/cm3 、厚さが20μmであり、コ
レクタ短絡層10は、表面濃度が5×1020個/cm
3 、厚さが25μmである。さらに、平面パターンの寸
法は、図1(b)に示されたゲート長lは25μmであ
り、ゲート幅wは2000μmである。
Here, an example of the dimensions and characteristics of each part of the IGBT and the diode in this embodiment will be described.
The width of the BT channel 11 is 17 μm and the width of the diode channel 12 is 5 μm. The base 1 has a resistivity of 30 Ω · cm and a thickness of 50 μm.
Has a surface concentration of 5 × 10 18 pieces / cm 3 and a thickness of 5 μm, and the source layer 3 has a surface concentration of 5 × 10 20 pieces / cm 3.
3 , the thickness is 1.5 μm, the collector layer 4 has a surface concentration of 3 × 10 18 pieces / cm 3 , the thickness is 20 μm, and the collector short-circuit layer 10 has a surface concentration of 5 × 10 20 pieces / cm 3 . cm
3 , the thickness is 25 μm. Further, regarding the dimensions of the plane pattern, the gate length 1 shown in FIG. 1B is 25 μm, and the gate width w is 2000 μm.

【0026】続いて、図2乃至図6は、本発明による逆
導通型IGBTの製造方法の実施例を示す構成図であ
る。
Next, FIGS. 2 to 6 are configuration diagrams showing an embodiment of a method of manufacturing a reverse conducting type IGBT according to the present invention.

【0027】図2乃至図6において、図1に示された構
成要素と同じ構成要素には同じ符号を付けている。
2 to 6, the same components as those shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals.

【0028】以下、図2乃至図6に基づいて前記逆導通
型IGBTの製造方法について説明する。
Hereinafter, a method of manufacturing the reverse conducting type IGBT will be described with reference to FIGS.

【0029】まず、図2に示すように、n型不純物、例
えばリンを含んだ低不純物濃度の基体(n−ドリフト
層)1を用意し、その基体1の第2の主表面にさらにn
型不純物、例えばリンを既知の選択拡散技術を用いてコ
レクタ短絡層10を形成する。
First, as shown in FIG. 2, a low impurity concentration substrate (n-drift layer) 1 containing n-type impurities such as phosphorus is prepared, and n is further formed on the second main surface of the substrate 1.
The collector short-circuit layer 10 is formed by using a known selective diffusion technique with a type impurity such as phosphorus.

【0030】次に、図3に示すように、基体1の第2の
主表面にp型不純物、例えばボロンを投射挿入し、同じ
く既知の選択拡散技術を用いてコレクタ短絡層10より
も低不純物濃度のコレクタ層4を形成する。この場合、
p型不純物、例えば、ボロンを第2の主表面全体に投射
挿入しても、先に形成したコレクタ短絡層10の方が高
不純物濃度であるため、コレクタ層4はコレクタ短絡層
10の存在しない領域に選択的に形成される。
Next, as shown in FIG. 3, a p-type impurity, for example, boron is projected and inserted into the second main surface of the base body 1, and the impurity concentration lower than that of the collector short-circuit layer 10 is obtained by using the same known selective diffusion technique. A collector layer 4 having a high concentration is formed. in this case,
Even if a p-type impurity such as boron is projected and inserted into the entire second main surface, the collector short-circuit layer 10 formed earlier does not have the collector short-circuit layer 10 because the collector short-circuit layer 10 formed earlier has a higher impurity concentration. It is selectively formed in the region.

【0031】次いで、図4に示すように、基体1の第1
の主表面に適宜間隔をおいて、ゲート電極絶縁層6を介
して多結晶シリコンからなる絶縁ゲート電極5を形成
し、この絶縁ゲート電極5の形成後に、第1の主表面に
p型不純物、例えばボロンを絶縁ゲート電極5の両端部
分に選択的に打ち込みを行い、ベース層2を形成する。
Then, as shown in FIG.
Insulating gate electrodes 5 made of polycrystalline silicon are formed on the main surface of the insulating film 6 with a proper interval therebetween, and after the formation of the insulating gate electrodes 5, p-type impurities are formed on the first main surface. For example, boron is selectively implanted into both ends of the insulated gate electrode 5 to form the base layer 2.

【0032】続いて、図5に示すように、絶縁ゲート電
極5及びレジストをマスクとして、ベース層2の中にn
型不純物、例えばリンを打ち込み、高不純物濃度のソー
ス層3を選択的に形成する。
Then, as shown in FIG. 5, n is formed in the base layer 2 using the insulated gate electrode 5 and the resist as a mask.
A source impurity 3 having a high impurity concentration is selectively formed by implanting a type impurity such as phosphorus.

【0033】次に、図6に示すように、絶縁ゲート電極
5の周辺部分にゲート電極絶縁層6を被着させ、そのゲ
ート電極絶縁層6におけるソース層3及びベース層2の
コンタクト部分を開口し、その後に、第1の主表面の全
体にシリコンを含有するアルミニウムを、例えばスパッ
タ法等により被着させ、さらに、その被着部分を430
乃至577℃の範囲で熱処理することによってソース電
極7を形成させる。このとき、ソース電極7は、高不純
物濃度のソース層3及びベース層2とオーミック接触
し、また、ソース電極7が基体1と接触するダイオード
チャネル12の部分にアルミニウムが拡散し、100n
m程度の極めて薄いp型導電層、即ち、低不純物濃度の
エミッタ層9が形成され、ソース電極7とエミッタ層9
の界面にショットキバリアが形成される。一方、前述の
場合と同様に、第2の主表面の全体にシリコンを含有す
るアルミニウム膜をスパッタ法等により被着させ、その
被着部分を430乃至577℃の範囲で熱処理すること
によってコレクタ電極8を形成する。このコレクタ電極
8の形成時に、コレクタ層4の表面は高不純物濃度であ
るため、コレクタ電極8とコレクタ層4はオーミック接
触になる。
Next, as shown in FIG. 6, a gate electrode insulating layer 6 is deposited on the peripheral portion of the insulated gate electrode 5, and the contact portions of the source layer 3 and the base layer 2 in the gate electrode insulating layer 6 are opened. After that, aluminum containing silicon is deposited on the entire first main surface by, for example, a sputtering method, and the deposited portion is further covered with 430.
The source electrode 7 is formed by heat treatment in the range of 577 ° C. to 577 ° C. At this time, the source electrode 7 makes ohmic contact with the source layer 3 and the base layer 2 having a high impurity concentration, and aluminum diffuses into a portion of the diode channel 12 where the source electrode 7 comes into contact with the base body 1 to form 100 n.
An extremely thin p-type conductive layer of about m, that is, an emitter layer 9 having a low impurity concentration is formed, and the source electrode 7 and the emitter layer 9 are formed.
A Schottky barrier is formed at the interface. On the other hand, as in the case described above, an aluminum film containing silicon is deposited on the entire second main surface by a sputtering method or the like, and the deposited portion is heat treated in the range of 430 to 577 ° C. to collect the collector electrode. 8 is formed. When the collector electrode 8 is formed, since the surface of the collector layer 4 has a high impurity concentration, the collector electrode 8 and the collector layer 4 are in ohmic contact.

【0034】ここにおいて、低不純物濃度のエミッタ層
9は、キャリア濃度が1×1014/cm2 以下であっ
て、その厚さが100Å乃至100nmの範囲にあるこ
とが望ましい。
Here, the low impurity concentration emitter layer 9 preferably has a carrier concentration of 1 × 10 14 / cm 2 or less and a thickness of 100 Å to 100 nm.

【0035】その理由は、キャリア濃度が1×1014
2 以上になると、エミッタ層9とソース電極7がオー
ミック接触に近づき、しかも、エミッタ層9が高不純物
濃度になるので、エミッタ層9から基体1にホールが注
入され易くなり、少数キャリアであるホール蓄積効果に
よりダイオードのリカバリ特性の高速度動作特性が損な
われることになる。
The reason is that the carrier concentration is 1 × 10 14 c.
When m 2 or more, the emitter layer 9 and the source electrode 7 approach ohmic contact, and since the emitter layer 9 has a high impurity concentration, holes are easily injected from the emitter layer 9 to the base body 1 and are minority carriers. Due to the hole accumulation effect, the high speed operation characteristic of the recovery characteristic of the diode is impaired.

【0036】また、ショットキバリア界面に、例えばワ
イアボンディングにおける欠陥が生じると、逆バイアス
時に電子が前記欠陥に生じた再結合中心に流れ込み、漏
れ電流が増えて、結果として耐圧の低下が生じるように
なる。この場合、エミッタ層9の厚さをある程度厚く選
ぶようにすれば、電子が前記欠陥にトンネル電流等によ
り遷移する確率が格段に小さくなる。このときのエミッ
タ層9の厚さの最小限界は概ね100Å程度であり、従
って、エミッタ層9の厚さを100Å以上に選べば、漏
れ電流が少なくなり、ダイオードの高耐圧化を図ること
ができる。しかも、エミッタ層9とソース電極7との間
にショットキバリアが形成されているので、pn接合に
よる空乏層がソース電極7までパンチスルーを起こして
も、耐圧の劣化が生じないという利点を有する。一方、
エミッタ層9の厚さを必要以上に厚くすると、エミッタ
層9内の不純物総量が増大し、基体1へのホールの注入
が増加するため、ダイオードの高速度動作特性が損なわ
れる。この際、前述の温度430乃至577℃の範囲に
おける熱処理によって得られるエミッタ層9の厚さは、
100nm程度であり、この100nm以下であれば、
ダイオードの高速度動作特性が損なわれることがない。
When a defect in wire bonding, for example, occurs at the Schottky barrier interface, electrons flow into the recombination center generated in the defect at the time of reverse bias, the leak current increases, and the breakdown voltage decreases as a result. Become. In this case, if the thickness of the emitter layer 9 is selected to be thick to some extent, the probability that electrons will transit to the defect due to a tunnel current or the like will be significantly reduced. At this time, the minimum limit of the thickness of the emitter layer 9 is about 100Å. Therefore, if the thickness of the emitter layer 9 is selected to be 100Å or more, the leakage current is reduced and the breakdown voltage of the diode can be increased. . Moreover, since the Schottky barrier is formed between the emitter layer 9 and the source electrode 7, there is an advantage that the breakdown voltage does not deteriorate even if the depletion layer due to the pn junction punches up to the source electrode 7. on the other hand,
If the thickness of the emitter layer 9 is made thicker than necessary, the total amount of impurities in the emitter layer 9 increases and the injection of holes into the base body 1 increases, so that the high speed operation characteristics of the diode are impaired. At this time, the thickness of the emitter layer 9 obtained by the heat treatment in the above temperature range of 430 to 577 ° C. is
It is about 100 nm, and if it is 100 nm or less,
The high speed operation characteristics of the diode are not impaired.

【0037】次いで、図7は、本発明に係わる逆導電型
IGBTの第2の実施例を示す構造図であり、図7
(a)はその断面斜視図、同図(b)はその上面図であ
る。
Next, FIG. 7 is a structural view showing a second embodiment of the reverse conductivity type IGBT according to the present invention.
(A) is a cross-sectional perspective view thereof, and (b) is a top view thereof.

【0038】図7(a)及び(b)において、14は一
方導電型の(例えば、n型)の高不純物濃度のコレクタ
バッファ層であり、その他、図1に示された構成要素と
同じ構成要素には同じ符号を付けている。
In FIGS. 7A and 7B, reference numeral 14 is a collector buffer layer of one conductivity type (for example, n type) with a high impurity concentration, and other components are the same as those shown in FIG. The elements are given the same symbols.

【0039】そして、本実施例と前述の第1の実施例と
の違いは、第1の実施例が、細長い楕円形状のMOS領
域チャネル13を有し、単位セルがそれぞれストライプ
状に形成されているのに対し、本実施例が、円形のMO
S領域チャネル13(図7の斜線を施した部分)を有
し、単位セルがそれぞれ同じく円形に形成されている
点、及び、第1の実施例が、各コレクタ層4間にコレク
タ短絡層10を形成したものであるのに対し、本実施例
が、各コレクタ層4間とコレクタ層4の基体1側背面に
コレクタバッファ層14を形成したものである点だけで
あって、その他、本実施例と第1の実施例との間には構
成上の差異はない。
The difference between this embodiment and the first embodiment described above is that the first embodiment has an elongated elliptical MOS region channel 13 and the unit cells are formed in stripes. On the other hand, in the present embodiment, the circular MO
The S-region channel 13 (the hatched portion in FIG. 7) is provided, and the unit cells are also formed in the same circular shape, and in the first embodiment, the collector shorting layer 10 is provided between the collector layers 4. In contrast to the present embodiment, the present embodiment is different only in that the collector buffer layer 14 is formed between the collector layers 4 and on the back surface of the collector layer 4 on the substrate 1 side. There is no structural difference between the example and the first embodiment.

【0040】本実施例の機能は、本質的に前述の第1の
実施例の機能とほぼ同じであるが、本実施例の円形形状
の単位セルにおいて、MOS領域チャネル13以外の部
分はダイオード形成領域になっており、MOS領域チャ
ネル13の形状を円形にすることにより、MOS領域チ
ャネル13部分の抵抗を小さくできるので、前述の第1
の実施例におけるストライプ状のものに比べ、単位面積
当りの電流を大きくすることができるという利点があ
る。
The function of this embodiment is essentially the same as that of the above-mentioned first embodiment, but in the circular unit cell of this embodiment, the portions other than the MOS region channel 13 are diode-formed. Since the MOS region channel 13 has a circular shape, the resistance of the MOS region channel 13 can be reduced.
There is an advantage that the current per unit area can be increased as compared with the striped one in the above embodiment.

【0041】続いて、図8は、本発明に係わる逆導電型
IGBTの第3の実施例を示す構造図であり、図8
(a)はその断面斜視図、同図(b)はその上面図であ
る。
Next, FIG. 8 is a structural view showing a third embodiment of the reverse conductivity type IGBT according to the present invention.
(A) is a cross-sectional perspective view thereof, and (b) is a top view thereof.

【0042】図8(a)及び(b)において、図7に示
された構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付けてい
る。
In FIGS. 8A and 8B, the same components as those shown in FIG. 7 are designated by the same reference numerals.

【0043】そして、本実施例と前述の第2の実施例と
の違いは、第2の実施例が、円形状の単位セルの外側部
分にダイオード領域が形成されているのに対し、本実施
例が、それとは逆に、円形状の単位セルの中心部分にダ
イオード領域が形成されている点だけであって、その
他、本実施例と第2の実施例との間に構成上の差異はな
い。
The difference between this embodiment and the above-mentioned second embodiment is that, while the second embodiment has a diode region formed on the outer portion of a circular unit cell, this embodiment is different from the second embodiment. On the contrary, the example is only that the diode region is formed in the central portion of the circular unit cell, and other difference in the configuration between the present embodiment and the second embodiment is Absent.

【0044】本実施例の構成にすれば、前述の第2の実
施例のものに比べ、MOS領域チャネル13の抵抗をさ
らに小さくすることができるという利点がある。この場
合、単位セルの構造としてどのような形状のものを選択
するかは、IGBTや逆並列ダイオードに流れる電流の
比等の使用条件により決めることができる。
The structure of this embodiment has the advantage that the resistance of the MOS region channel 13 can be made smaller than that of the second embodiment described above. In this case, what shape to select as the structure of the unit cell can be determined by use conditions such as the ratio of the currents flowing in the IGBT and the anti-parallel diode.

【0045】また、図9は、本発明に係わる逆導電型I
GBTの第4の実施例を示す構造図である。
FIG. 9 shows the reverse conductivity type I according to the present invention.
It is a structural diagram which shows the 4th Example of GBT.

【0046】図9において、図1に示された構成要素と
同じ構成要素には同じ符号を付けている。
In FIG. 9, the same components as those shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals.

【0047】そして、本実施例は、ダイオードのエミッ
タ層9を形成する場合に、第1の実施例のように、単独
に不純物の打ち込み等の手段を用いて形成するのではな
く、互いに隣接する2つのベース層2における横方向不
純物拡散を利用して形成した点に違いがあるだけであっ
て、その他、本実施例と第1の実施例との間に構成上の
差異はない。
In this embodiment, when the emitter layer 9 of the diode is formed, it is not formed by using the means such as the implantation of impurities alone as in the first embodiment, but they are adjacent to each other. The only difference is that they are formed by utilizing the lateral impurity diffusion in the two base layers 2, and there are no other structural differences between this embodiment and the first embodiment.

【0048】本実施例の構成にすれば、横方向不純物拡
散による不純物層の重なりにより、低濃度の接合を形成
することができ、かつ、空乏層のピンチオフ効果により
逆方向耐圧を十分に確保することができる。
According to the structure of this embodiment, the impurity layers are overlapped by the lateral impurity diffusion to form a low concentration junction, and the pinch-off effect of the depletion layer ensures a sufficient reverse breakdown voltage. be able to.

【0049】さらに、図10は、本発明に係わる逆導電
型IGBTの第5の実施例を示す構造図である。
Further, FIG. 10 is a structural view showing a fifth embodiment of the reverse conductivity type IGBT according to the present invention.

【0050】図10において、15はショットキバリア
であり、その他、図1に示された構成要素と同じ構成要
素には同じ符号を付けている。
In FIG. 10, reference numeral 15 is a Schottky barrier, and other components that are the same as those shown in FIG. 1 are given the same reference numerals.

【0051】そして、本実施例は、ダイオードのエミッ
タ層9を形成する場合に、第1の実施例のように、単独
に不純物の打ち込み等の手段を用いて形成するのではな
く、基体1とソース電極7間にショットキバリヤ15だ
けを形成した点に違いがあるだけであって、その他、本
実施例と第1の実施例との間に構成上の差異はない。
In this embodiment, when the emitter layer 9 of the diode is formed, it is not formed by using a method such as implantation of impurities alone as in the first embodiment, but the base layer 1 is formed. The only difference is that only the Schottky barrier 15 is formed between the source electrodes 7, and there are no other structural differences between this embodiment and the first embodiment.

【0052】本実施例の構成にすれば、ダイオードの高
速度動作特性を高めることができるとともに、互いに隣
接するベース層2間の距離を狭めることにより、リーク
電流の低減を図ることができるものである。
According to the structure of this embodiment, the high speed operation characteristics of the diode can be enhanced, and the distance between the base layers 2 adjacent to each other can be reduced to reduce the leak current. is there.

【0053】以上の各実施例においては、第1の導電型
としてn型、第2の導電型としてp型であるnチャネル
型逆導通型IGBTについて説明したが、前記導電型と
しては前述のものに限られるものではなく、第1の導電
型としてp型、第2の導電型としてn型であるpチャネ
ル型逆導通型IGBTにおいても、前述のものと同様な
特性が得られることは明らかである。
In each of the above embodiments, the n-channel reverse conduction type IGBT having the n-type as the first conductivity type and the p-type as the second conductivity type has been described. However, it is obvious that the same characteristics as those described above can be obtained in a p-channel reverse conduction type IGBT in which the first conductivity type is p-type and the second conductivity type is n-type. is there.

【0054】[0054]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
IGBTと逆並列ダイオードとを単位セルの形で基体1
内に一体化構成するようにしたので、基体1内にある前
記セル間の特性のばらつきによる電流集中を緩和させ、
素子の耐破壊限界を向上させることができるとともに、
素子の面積利用率を向上させ、同一面積に対して、より
大きな電流を流すことが可能な逆導通型絶縁ゲートバイ
ポーラトランジスタが得られるという効果がある。
As described above, according to the present invention,
Base 1 in the form of a unit cell comprising an IGBT and an antiparallel diode
Since it is integrated into the inside, the current concentration due to the variation in the characteristics between the cells in the base body 1 is alleviated,
The breakdown resistance of the device can be improved and
There is an effect that the area utilization factor of the element is improved and a reverse conduction type insulated gate bipolar transistor capable of flowing a larger current in the same area can be obtained.

【0055】また、本発明によれば、IGBTとダイオ
ードとを一体化し、かつ、IGBTに電流集中を生じな
い逆導通型IGBTを、通常の手段を用いて容易に製造
することができるという効果もある。
Further, according to the present invention, the reverse conduction type IGBT in which the IGBT and the diode are integrated and the current concentration in the IGBT does not occur can be easily manufactured by using the usual means. is there.

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

【図1】本発明に係わる逆導電型IGBTの第1の実施
例を示す断面構造図及び平面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional structural view and a plan view showing a first embodiment of a reverse conductivity type IGBT according to the present invention.

【図2】図1に示された逆導電型IGBTの製造方法の
実施例を示す構成図であって、その最初の工程を示す構
成図である。
2 is a configuration diagram showing an embodiment of a method of manufacturing the reverse conductivity type IGBT shown in FIG. 1, and is a configuration diagram showing a first step thereof. FIG.

【図3】図2の製造方法の実施例における2番目の工程
を示す構成図である。
FIG. 3 is a configuration diagram showing a second step in the embodiment of the manufacturing method of FIG.

【図4】図2の製造方法の実施例における3番目の工程
を示す構成図である。
FIG. 4 is a configuration diagram showing a third step in the embodiment of the manufacturing method of FIG.

【図5】図2の製造方法の実施例における4番目の工程
を示す構成図である。
5 is a configuration diagram showing a fourth step in the embodiment of the manufacturing method of FIG.

【図6】図2の製造方法の実施例における最後の工程を
示す構成図である。
FIG. 6 is a configuration diagram showing a final step in the embodiment of the manufacturing method of FIG.

【図7】本発明に係わる逆導電型IGBTの第2の実施
例を示す断面斜視図及び平面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional perspective view and a plan view showing a second embodiment of the reverse conductivity type IGBT according to the present invention.

【図8】本発明に係わる逆導電型IGBTの第3の実施
例を示す断面斜視図及び平面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional perspective view and a plan view showing a third embodiment of the reverse conductivity type IGBT according to the present invention.

【図9】本発明に係わる逆導電型IGBTの第4の実施
例を示す断面構造図である。
FIG. 9 is a sectional structural view showing a fourth embodiment of the reverse conductivity type IGBT according to the present invention.

【図10】本発明に係わる逆導電型IGBTの第5の実
施例を示す断面構造図である。
FIG. 10 is a sectional structural view showing a fifth embodiment of the reverse conductivity type IGBT according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基体(n−ドリフト層) 2 ベース層 3 ソース層 4 コレクタ層 5 絶縁ゲート電極 6 ゲート電極絶縁層 7 ソース電極 8 コレクタ電極 9 エミッタ層 10 コレクタ短絡層 11 IGBTチャネル 12 ダイオードチャネル 13 MOS領域チャネル 14 コレクタバッファ層 15 ショットキバリヤ 1 Base (n-Drift Layer) 2 Base Layer 3 Source Layer 4 Collector Layer 5 Insulated Gate Electrode 6 Gate Electrode Insulating Layer 7 Source Electrode 8 Collector Electrode 9 Emitter Layer 10 Collector Shorting Layer 11 IGBT Channel 12 Diode Channel 13 MOS Region Channel 14 Collector buffer layer 15 Schottky barrier

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中野 安紀 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Aki Nakano 7-1-1 Omika-cho, Hitachi-shi, Ibaraki Hitachi Ltd. Hitachi Research Laboratory

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一対の主表面を有し、低不純物濃度の第
1導電型の基体と、前記基体の第1主表面に形成された
第2導電型のベース層と、前記ベース層内に形成された
第1導電型のソース層と、前記基体の第2主表面に形成
された第2導電型のコレクタ層と、相隣れる2つのソー
ス層間に橋絡配置され、周囲と絶縁された絶縁ゲート電
極と、前記ソース層及びベース層に接触するとともに、
前記絶縁ゲート電極の外側に配置形成されたソース電極
と、前記コレクタ層の表面に形成されたコレクタ電極と
からなる絶縁ゲートバイポーラトランジスタ、及び、前
記絶縁ゲート電極の非設置領域における相隣れる2つの
ベース層間に形成され、前記ベース層よりも薄い低不純
物濃度の第2導電型のエミッタ層と、前記第2主表面に
おける前記コレクタ層間に形成された第1導電型のコレ
クタ短絡層と、前記エミッタ層の表面に形成されたソー
ス電極と、前記コレクタ短絡層の表面に形成されたコレ
クタ電極とからなるダイオードにより単位セルが構成さ
れ、前記単位セルが前記基体内に順に配置形成されてい
ることを特徴とする逆導通型絶縁ゲートバイポーラトラ
ンジスタ。
1. A low-concentration first-conductivity-type base having a pair of main surfaces, a second-conductivity-type base layer formed on the first main surface of the base, and a base layer in the base layer. The formed source layer of the first conductivity type, the collector layer of the second conductivity type formed on the second main surface of the base, and the two source layers adjacent to each other are arranged in a bridging manner and insulated from the surroundings. While contacting the insulated gate electrode, the source layer and the base layer,
An insulated gate bipolar transistor comprising a source electrode disposed outside the insulated gate electrode and a collector electrode formed on the surface of the collector layer, and two adjacent insulated gate bipolar transistors in a region where the insulated gate electrode is not provided. A second conductivity type emitter layer formed between base layers and having a lower impurity concentration than the base layer; a first conductivity type collector short-circuit layer formed between the collector layers on the second main surface; A unit cell is formed by a diode composed of a source electrode formed on the surface of the layer and a collector electrode formed on the surface of the collector short-circuit layer, and the unit cell is sequentially arranged and formed in the base. Reverse conduction type insulated gate bipolar transistor.
【請求項2】 前記エミッタ層は、前記相隣れる2つの
ベース層の横方向拡散の重なりによって形成したことを
特徴とする請求項1記載の逆導通型絶縁ゲートバイポー
ラトランジスタ。
2. The reverse conduction type insulated gate bipolar transistor according to claim 1, wherein the emitter layer is formed by overlapping lateral diffusions of the two adjacent base layers.
【請求項3】 前記エミッタ層を形成する代わりに、前
記エミッタ層形成部分のソース電極を前記基体に接触さ
せ、そこにショットキバリアを形成したことを特徴とす
る請求項1記載の逆導通型絶縁ゲートバイポーラトラン
ジスタ。
3. The reverse conduction type insulation according to claim 1, wherein, instead of forming the emitter layer, a source electrode of the emitter layer forming portion is brought into contact with the substrate and a Schottky barrier is formed there. Gate bipolar transistor.
【請求項4】 前記基体と前記コレクタ層間に、前記基
体より高不純物濃度の第1導電型のコレクタバッファ層
を設けたことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに
記載の逆導通型絶縁ゲートバイポーラトランジスタ。
4. The reverse conduction type according to claim 1, wherein a collector buffer layer of the first conductivity type having an impurity concentration higher than that of the substrate is provided between the substrate and the collector layer. Insulated gate bipolar transistor.
【請求項5】 前記エミッタ層は、キャリア濃度が1×
1014/cm2 以下であって、その厚さが100Å乃至
100nmの範囲にあることを特徴とする請求項1に記
載の逆導通型絶縁ゲートバイポーラトランジスタ。
5. The emitter layer has a carrier concentration of 1 ×
The reverse conduction type insulated gate bipolar transistor according to claim 1, wherein the reverse conduction type insulated gate bipolar transistor has a thickness of 10 14 / cm 2 or less and a thickness in the range of 100 Å to 100 nm.
【請求項6】 以下の各工程からなることを特徴とする
逆導通型絶縁ゲートバイポーラトランジスタの製造方
法。 1.第1及び第2主表面を有し、低不純物濃度の第1導
電型の基体の前記第2主表面に部分的に第1導電型の不
純物を導入して高不純物濃度のコレクタ短絡層を形成す
る工程、 2.前記第2主表面に第2導電型の不純物を導入してコ
レクタ層を形成する工程、 3.前記第1主表面に絶縁物を介して部分的にゲート電
極を形成する工程、 4.前記第1主表面に選択的に第1導電型の不純物を打
ち込んで高不純物濃度のベース層を形成する工程、 5.前記ベース層内に高不純物濃度の第1導電型のソー
ス層を形成する工程、 6.前記第1主表面に絶縁膜を被着させ、続いて、前記
ベース層及びソース層と接触する部分の前記絶縁膜を開
口する工程、 7.前記第1主表面にソース電極を加熱被着させるとと
もに、その加熱被着時にソース電極に直接接触する基体
内にエミッタ層を形成する工程、 8.前記第2主表面にコレクタ電極を被着させる工程。
6. A method of manufacturing a reverse conduction type insulated gate bipolar transistor, comprising the following steps. 1. A first conductivity type impurity is partially introduced into the second major surface of the first conductivity type substrate having the first and second major surfaces and a low impurity concentration to form a collector short circuit layer having a high impurity concentration. Step to do, 2. 2. a step of introducing a second conductivity type impurity into the second main surface to form a collector layer; 3. A step of partially forming a gate electrode on the first main surface via an insulator. 4. A step of selectively implanting an impurity of the first conductivity type into the first main surface to form a base layer having a high impurity concentration, 5. forming a high-concentration first-conductivity-type source layer in the base layer; 6. A step of depositing an insulating film on the first main surface, and then opening the insulating film in a portion in contact with the base layer and the source layer. 7. A step of heat-depositing the source electrode on the first main surface and forming an emitter layer in the substrate which is in direct contact with the source electrode during the heat-deposition. Depositing a collector electrode on the second main surface.
【請求項7】 前記エミッタ層のキャリア濃度を1×1
14/cm2 以下にし、かつ、その厚さを100Å乃至
100nmの範囲になるように形成したことを特徴とす
る請求項6に記載の逆導通型絶縁ゲートバイポーラトラ
ンジスタの製造方法。
7. The carrier concentration of the emitter layer is 1 × 1.
7. The method for producing a reverse conduction type insulated gate bipolar transistor according to claim 6, wherein the thickness is set to 0 14 / cm 2 or less and the thickness thereof is set in the range of 100 Å to 100 nm.
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