JPH0648729B2 - 電界効果制御可能のバイポーラ・トランジスタ - Google Patents
電界効果制御可能のバイポーラ・トランジスタInfo
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- JPH0648729B2 JPH0648729B2 JP1040124A JP4012489A JPH0648729B2 JP H0648729 B2 JPH0648729 B2 JP H0648729B2 JP 1040124 A JP1040124 A JP 1040124A JP 4012489 A JP4012489 A JP 4012489A JP H0648729 B2 JPH0648729 B2 JP H0648729B2
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/70—Bipolar devices
- H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
- H01L29/739—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
- H01L29/7393—Insulated gate bipolar mode transistors, i.e. IGBT; IGT; COMFET
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体物体に１つの内部領域およびこの領
域よりも高濃度に逆導電型ドープされたドレン側領域が
作られている電界効果制御可能のバイポーラ・トランジ
スタに関するものである。
域よりも高濃度に逆導電型ドープされたドレン側領域が
作られている電界効果制御可能のバイポーラ・トランジ
スタに関するものである。
この種のバイポーラ・トランジスタは雑誌「ソリッド・
ステート・テクノロジィ（Solid State Technology）」
１９８５年１１月、１２１−１２８ページに記載されて
いる。このデバイスのソース側は電力ＭＯＳＦＥＴと同
様な構成であるが、陽極側には内部領域に対して逆導電
型の第４領域が設けられている。従ってこれはサイリス
タ構造を持ち、陰極側には分路が設けられ、サイリスタ
においてよく知られているラッチング電流をデバイスの
動作条件の下では到達されない値に高める。電流輸送に
は両種のキャリアが関与するが、この情況はサイリスタ
と同様であり電力ＭＯＳＦＥＴとは異なる。これにより
一方では順方向抵抗が低いという利点があるが、他方で
は遮断時にテイル電流として認められる停止遅延電荷が
生ずるという欠点がある。
ステート・テクノロジィ（Solid State Technology）」
１９８５年１１月、１２１−１２８ページに記載されて
いる。このデバイスのソース側は電力ＭＯＳＦＥＴと同
様な構成であるが、陽極側には内部領域に対して逆導電
型の第４領域が設けられている。従ってこれはサイリス
タ構造を持ち、陰極側には分路が設けられ、サイリスタ
においてよく知られているラッチング電流をデバイスの
動作条件の下では到達されない値に高める。電流輸送に
は両種のキャリアが関与するが、この情況はサイリスタ
と同様であり電力ＭＯＳＦＥＴとは異なる。これにより
一方では順方向抵抗が低いという利点があるが、他方で
は遮断時にテイル電流として認められる停止遅延電荷が
生ずるという欠点がある。
蓄積電荷は例えば再結合中心あるいは照射によって生ず
る欠陥等の手段によって減少させることができる。別の
手段としては内部領域と陽極領域の間に緩衝領域を挿入
し、この領域の導電型は内部領域と等しくドーピング濃
度はそれよりも高くする。
る欠陥等の手段によって減少させることができる。別の
手段としては内部領域と陽極領域の間に緩衝領域を挿入
し、この領域の導電型は内部領域と等しくドーピング濃
度はそれよりも高くする。
これらの手段又はその組合わせによって停止遅延電荷を
減少させターンオフ時間を短縮することができるが、こ
の発明は簡単な手段により蓄積電荷を更に減少させ遮断
時間を短縮することを課題とする。
減少させターンオフ時間を短縮することができるが、こ
の発明は簡単な手段により蓄積電荷を更に減少させ遮断
時間を短縮することを課題とする。
この発明によればこの課題は、ドレン側領域を１μｍ以
下の厚さとして注入面密度１×１０12ないし１×１０15
cm15のイオン注入によってドープし、内部領域内の少数
キャリアの寿命を最低１０μｓとすることによって解決
される。
下の厚さとして注入面密度１×１０12ないし１×１０15
cm15のイオン注入によってドープし、内部領域内の少数
キャリアの寿命を最低１０μｓとすることによって解決
される。
この発明の種々の実施態様は特許請求の範囲第２項以下
に示される。
に示される。
図面を参照し実施例についてこの発明を更に詳細に説明
する。
する。
第１図に示されている電界効果による制御可能のバイポ
ーラ・トランジスタ（今後これをＩＧＢＴ（Isolated G
ate Bipolar Transistor）と呼ぶことにする）は、ｎ型
にドープされた内部領域２を持つ半導体物体１から構成
される。この領域２のドーピング密度は１ないし２×１
０14cm-3である。半導体物体にはソース側表面３とドレ
ン側表面４がある。内部領域２はソース側表面３にまで
達している。この表面に接して高濃度にｐ型ドープされ
たベース領域５が内部領域２に埋め込まれ、内部領域２
との間にｐｎ接合１２を形成する。各ベース領域５には
高濃度にｎ型ドープされたソース領域６が埋込まれてい
る。そのドーピングはベース領域５より高濃度である。
表面３上には絶縁層７があり、その上に互いに並列接続
されたゲート電極８が設けられる。これらのゲート電極
はベース領域５の表面３に現れた部分を覆い、そこにチ
ャネル領域１１を形成する。ゲート電極８は別の絶縁層
９で覆われる。絶縁層７と９には孔が設けられ、絶縁層
９上に置かれたソース電極１０がこの孔を通してソース
領域６とベース領域５に接触する。この電極はアルミニ
ウムとするのが有利である。ソース電極１０による領域
５と６の共通の接触が強力な分路を構成する。
ーラ・トランジスタ（今後これをＩＧＢＴ（Isolated G
ate Bipolar Transistor）と呼ぶことにする）は、ｎ型
にドープされた内部領域２を持つ半導体物体１から構成
される。この領域２のドーピング密度は１ないし２×１
０14cm-3である。半導体物体にはソース側表面３とドレ
ン側表面４がある。内部領域２はソース側表面３にまで
達している。この表面に接して高濃度にｐ型ドープされ
たベース領域５が内部領域２に埋め込まれ、内部領域２
との間にｐｎ接合１２を形成する。各ベース領域５には
高濃度にｎ型ドープされたソース領域６が埋込まれてい
る。そのドーピングはベース領域５より高濃度である。
表面３上には絶縁層７があり、その上に互いに並列接続
されたゲート電極８が設けられる。これらのゲート電極
はベース領域５の表面３に現れた部分を覆い、そこにチ
ャネル領域１１を形成する。ゲート電極８は別の絶縁層
９で覆われる。絶縁層７と９には孔が設けられ、絶縁層
９上に置かれたソース電極１０がこの孔を通してソース
領域６とベース領域５に接触する。この電極はアルミニ
ウムとするのが有利である。ソース電極１０による領域
５と６の共通の接触が強力な分路を構成する。
ドレン側では内部領域２にｐ型層１５が続く。この層は
内部領域２よりも著しく高濃度にドープされる。ドレン
側領域１５と内部領域２の間にｐｎ接合１３が形成され
る。領域１５にはドレン電極１４が接触する。
内部領域２よりも著しく高濃度にドープされる。ドレン
側領域１５と内部領域２の間にｐｎ接合１３が形成され
る。領域１５にはドレン電極１４が接触する。
ドレン側領域の厚さは１μｍ以下、特に0.1μｍとする
のが有利である。この領域は例えばドーピング量１×１
０１２ないし１×１０15cm-2特に１×１０13ないし１×
１０14cm-2、イオン・エネルギー４５ｋｅＶのホウ素イ
オン注入によって作られる。別種のイオンを使用すると
きは、イオン・エネルギーを調節して上記の侵入深さが
達成されるようにする。半導体物体としてのシリコン
は、領域５と１５から発生した少数キャリアが内部領域
２内で少なくとも１０μｓの寿命を持つように作用す
る。この条件は一般に、従来の帯域溶融又はるつぼ引き
上げによって作られたシリコン単結晶から切り出したま
ま再結晶中心となる物質をドープしない半導体物体が満
たしているものである。上記の寿命は、例えば内部領域
の厚さが２００μｍで逆電圧１０００ＶのＩＧＢＴの内
部領域においてキャリアの再結合が無視できる程度とす
るのに充分な長さである。寿命は更に長く、例えば１０
０μｓとすることも可能である。しかし厚さが２００μ
ｍの場合走行時間は僅かに２μｓ程度であるから、１０
μｓの寿命で充分である。
のが有利である。この領域は例えばドーピング量１×１
０１２ないし１×１０15cm-2特に１×１０13ないし１×
１０14cm-2、イオン・エネルギー４５ｋｅＶのホウ素イ
オン注入によって作られる。別種のイオンを使用すると
きは、イオン・エネルギーを調節して上記の侵入深さが
達成されるようにする。半導体物体としてのシリコン
は、領域５と１５から発生した少数キャリアが内部領域
２内で少なくとも１０μｓの寿命を持つように作用す
る。この条件は一般に、従来の帯域溶融又はるつぼ引き
上げによって作られたシリコン単結晶から切り出したま
ま再結晶中心となる物質をドープしない半導体物体が満
たしているものである。上記の寿命は、例えば内部領域
の厚さが２００μｍで逆電圧１０００ＶのＩＧＢＴの内
部領域においてキャリアの再結合が無視できる程度とす
るのに充分な長さである。寿命は更に長く、例えば１０
０μｓとすることも可能である。しかし厚さが２００μ
ｍの場合走行時間は僅かに２μｓ程度であるから、１０
μｓの寿命で充分である。
第２図にはドーピング分布を実線で、導通時の自由キャ
リアの密度を一点破線で示す。内部領域２のドーピング
は半導体材料の基本ドーピングによって与えられ一定で
ある。
リアの密度を一点破線で示す。内部領域２のドーピング
は半導体材料の基本ドーピングによって与えられ一定で
ある。
領域１５は数桁高い縁端密度をもつ。各ベース領域５も
同様である。ベース領域５が例えばイオン注入とそれに
続く拡散処理によって作られるのに対して、領域１５の
形成はイオン注入だけでよく拡散処理を必要としない。
注入後には６００℃以下の熱処理が行われるが、この処
理ではドーパントが半導体物体内に拡散することはほと
んどない。６００℃以下の熱処理の代わりにレーザ・せ
ん光等を使用するＲＴＡ（急速温度アニーリング）によ
ることも可能である。これらの方法によってはイオン注
入によって作られた格子欠陥の僅かな部分だけが回復さ
れる。この事情は領域１５の極端な薄さと共にエミッタ
のグンメル数（エミッタ電荷とエミッタ拡散係数の比）
を著しく小さくし、領域１５のエミッタ効率を低下させ
る。これによって内部領域２においての少数キャリアの
基底ドーピング以上への上昇が点Ａで示すように比較的
僅かになる。しかし内部領域２では再結合中心が極めて
少ないから、自由キャリアの密度（第２図のｐ＝ｎ）は
内部領域の厚さの方向にほぼ直線的にソース側のｐｎ接
合１２の密度ゼロに向かって低下する（第１図の一点破
線１６）。ゲート電極下の切断面（第１図の一点破線２
４）における自由キャリアの密度は、導通時には自由キ
ャリアの密度がソース側で上昇している点で差異があ
る。
同様である。ベース領域５が例えばイオン注入とそれに
続く拡散処理によって作られるのに対して、領域１５の
形成はイオン注入だけでよく拡散処理を必要としない。
注入後には６００℃以下の熱処理が行われるが、この処
理ではドーパントが半導体物体内に拡散することはほと
んどない。６００℃以下の熱処理の代わりにレーザ・せ
ん光等を使用するＲＴＡ（急速温度アニーリング）によ
ることも可能である。これらの方法によってはイオン注
入によって作られた格子欠陥の僅かな部分だけが回復さ
れる。この事情は領域１５の極端な薄さと共にエミッタ
のグンメル数（エミッタ電荷とエミッタ拡散係数の比）
を著しく小さくし、領域１５のエミッタ効率を低下させ
る。これによって内部領域２においての少数キャリアの
基底ドーピング以上への上昇が点Ａで示すように比較的
僅かになる。しかし内部領域２では再結合中心が極めて
少ないから、自由キャリアの密度（第２図のｐ＝ｎ）は
内部領域の厚さの方向にほぼ直線的にソース側のｐｎ接
合１２の密度ゼロに向かって低下する（第１図の一点破
線１６）。ゲート電極下の切断面（第１図の一点破線２
４）における自由キャリアの密度は、導通時には自由キ
ャリアの密度がソース側で上昇している点で差異があ
る。
領域１５にはドレン接触１４が接触している。その構成
を第３図、第４図について説明する。この接触は例えば
アルミニウム層１８のスパッタリングによって作ること
ができる。このアルミニウム層はその一部が半導体２に
合金化される。これによってアルミニウム・シリコン合
金層１９が形成されるが、適当な処理過程によりｐｎ接
合１３まで達することはない。これは例えば４５０℃に
３０分間加熱することによって達成される。アルミニウ
ム層１８には公知の方法によって例えばチタン層２０、
ニッケル層２１および銀層２２から成る重層接触を設け
ることができる。
を第３図、第４図について説明する。この接触は例えば
アルミニウム層１８のスパッタリングによって作ること
ができる。このアルミニウム層はその一部が半導体２に
合金化される。これによってアルミニウム・シリコン合
金層１９が形成されるが、適当な処理過程によりｐｎ接
合１３まで達することはない。これは例えば４５０℃に
３０分間加熱することによって達成される。アルミニウ
ム層１８には公知の方法によって例えばチタン層２０、
ニッケル層２１および銀層２２から成る重層接触を設け
ることができる。
第４図の接触１４は、金属ケイ化物を介して半導体物体
に結合することも可能である。そのためには例えば白金
層を半導体物体の表面４（第１図）に設け、テンパー処
理によってケイ化白金層２３を形成させる。この場合薄
い白金層のスパッタリング過程を制御して４５０ないし
４７０℃、約１ｈの熱処理によりケイ化白金層２３がｐ
ｎ接合１３には達しないようにする。ケイ化白金層２３
には第３図と同様に重層接触（２０、２１、２２）を介
して接触することができる。
に結合することも可能である。そのためには例えば白金
層を半導体物体の表面４（第１図）に設け、テンパー処
理によってケイ化白金層２３を形成させる。この場合薄
い白金層のスパッタリング過程を制御して４５０ないし
４７０℃、約１ｈの熱処理によりケイ化白金層２３がｐ
ｎ接合１３には達しないようにする。ケイ化白金層２３
には第３図と同様に重層接触（２０、２１、２２）を介
して接触することができる。
第５図にこの発明によるＩＧＢＴの遮断時間ｔに対する
遮断電流Ｉと電圧Ｕの経過を示す。この図から損失電力
が極めて小さいことが分かる。図示の実施例では損失は
約０．６８ｍＷｓである。
遮断電流Ｉと電圧Ｕの経過を示す。この図から損失電力
が極めて小さいことが分かる。図示の実施例では損失は
約０．６８ｍＷｓである。
この発明をｎチャネルＩＧＢＴについて説明して来た
が、この発明はｐチャネルＩＧＢＴに対しても有効であ
る。この場合ｐ+ 型領域１５の代わりにｎ+ 型領域が使
用される。この領域は例えばリン・イオンの注入によっ
て作ることができる。それに続いて例えばケイ化白金、
チタン、ニッケルおよび銀から成る重層接触が設けられ
る。
が、この発明はｐチャネルＩＧＢＴに対しても有効であ
る。この場合ｐ+ 型領域１５の代わりにｎ+ 型領域が使
用される。この領域は例えばリン・イオンの注入によっ
て作ることができる。それに続いて例えばケイ化白金、
チタン、ニッケルおよび銀から成る重層接触が設けられ
る。
第１図はＩＧＢＴの断面構成を示す図面、第２図はＩＧ
ＢＴのドーピングと導通時においてのキャリア分布を示
す図面、第３図と第４図はＩＧＢＴのドレン側領域に対
する接触形成の実施例を示す図面であり、第５図はＩＧ
ＢＴの遮断時の電流と電圧の経過を示す。 １……半導体物体 ２……内部領域 ５……ベース領域 ６……ソース領域 ７、９……絶縁層 ８……ゲート電極 １０……ソース電極 １４……ドレン電極 １５……ドレン側領域
ＢＴのドーピングと導通時においてのキャリア分布を示
す図面、第３図と第４図はＩＧＢＴのドレン側領域に対
する接触形成の実施例を示す図面であり、第５図はＩＧ
ＢＴの遮断時の電流と電圧の経過を示す。 １……半導体物体 ２……内部領域 ５……ベース領域 ６……ソース領域 ７、９……絶縁層 ８……ゲート電極 １０……ソース電極 １４……ドレン電極 １５……ドレン側領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−224269（ＪＰ，Ａ) ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ ｓ，ｖｏｌ．ＥＤ−33［９］（1986），Ｆ ｏｓｓｕｍ ｅｔ ａｌ．：“Ｃｈａｒｇ ｅ−Ｃｏｎｔｒｏｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ＣＯＭＦＥＴ Ｔｕｒｎ− Ｏｆｆ Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ，”ＰＰ. 1377−1382.
Claims (7)
- 【請求項１】内部領域と内部領域よりも高濃度に逆導電
型ドープされているドレン側領域を含む半導体物体を備
え、電界効果により制御可能のバイポーラ・トランジス
タにおいて、ドレン側領域（１５）が１μｍ以下の厚さ
であること、この領域が１×１０12ないし１×１０15cm
-2のドープ量でイオン注入されること、内部領域（２）
内で少数キャリアの寿命が少なくとも１０μｓであるこ
とを特徴とする電界効果制御可能のバイポーラ・トラン
ジスタ。 - 【請求項２】イオン注入に基づくドレン側領域（１５）
の格子欠陥が６００℃以下の温度で回復されることを特
徴とする請求項１記載のバイポーラ・トランジスタ。 - 【請求項３】イオン注入に基づくドレン側領域（１５）
の格子欠陥が急熱アニーリングによって回復されること
を特徴とする請求項１記載のバイポーラ・トランジス
タ。 - 【請求項４】ドレン側領域（１５）に金属層（１８）が
接触していること、この金属層が合金化によって半導体
物体（１）に結合されていることを特徴とする請求項１
記載のバイポーラ・トランジスタ。 - 【請求項５】金属層がアルミニウムであることを特徴と
する請求項３記載のバイポーラ・トランジスタ。 - 【請求項６】ドレン側領域（１５）に金属層が接触して
いること、この金属層が金属ケイ化物層（２３）を介し
て半導体物体（１）に結合されていることを特徴とする
請求項１記載のバイポーラ・トランジスタ。 - 【請求項７】金属層が白金、チタン、タングステン、モ
リブテン中のいずれか１つから成ることを特徴とする請
求項６記載のバイポーラ・トランジスタ。
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