JPH08250733A - 少なくとも1個のigbtを有する集積回路装置 - Google Patents
少なくとも1個のigbtを有する集積回路装置Info
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Abstract
るIGBTの破壊を回避することのできるIGBTを有
する集積回路装置を提供する。 【解決手段】 ドリフト領域20と接続されている副接
触部22を備えているIGBT及び副接触部22とIG
BTの陽極21と接続されているダイオードを有する集
積回路装置を形成する。その際ダイオードの陰極15は
IGBTの陽極21と、またダイオードの陽極14はI
GBTの副接触部22と接続させる。こうしてドリフト
領域20及びチャネル領域により形成されるIGBTの
pn接合はIGBTの内部フリー・ホイーリングとして
利用可能となる。
Description
GBTを有する集積回路装置に関する。
の他による「エレクトロニクス・レターズ(Elect
ronics Letters)」第20巻、第12
号、第519〜520頁(1984年)にはいわゆる絶
縁ゲート形バイポーラトランジスタ(略してIGBT)
が提案されている。このトランジスタは、主電流が導通
方向に極性化されたpn接合を貫流する高電圧DMOS
トランジスタ(二重拡散形MOST)である。pn接合
は反対の導電形により弱くドープされているドリフト領
域で囲まれているエミッタパターンにより形成される。
投入状態でこのpn接合からドリフト領域の導電率を高
めるキャリアが注入される。
ターン及びドリフト領域から形成されるpn接合は阻止
方向に極性化される。電圧を逆にした場合に高い電流が
流れる応用分野では、このpn接合はIGBTがこの電
流を担持する前にまずブレークダウンに至る筈である。
このpn接合のブレークダウン時の高電流負荷は大抵の
場合デバイスの破壊を来す。
壊を回避するために、IGBTと並列にフリー・ホイー
リング・ダイオードを接続し、これを介して電圧逆転時
に生じる高い電流を放電することができる。フリー・ホ
イーリング・ダイオードはこの高い電流に対して設計し
なければならず、またこのダイオードはIGBTの阻止
能力に匹敵する阻止能力を有していなければならないた
め、大きな所要面積を必要とする。
の解決法よりも所要面積が僅かで、また電圧逆転時の高
電流によるIGBTの破壊を回避することのできるIG
BTを有する集積回路装置を提供することにある。
求項1に記載の集積回路により解決される。本発明の他
の実施態様は従属請求項に記載されている。
リフト領域に接続する補助的な副接触部を備えている。
IGBTの副接触部と陽極との間にはダイオードが接続
されており、ダイオードの陽極はIGBTの副接触部と
またダイオードの陰極はIGBTの陽極と接続されてい
る。IGBTの導通状態ではダイオードは阻止状態にあ
り、主電流はIGBTの陽極を介して流れる。それには
ダイオードの阻止能力は数ボルト、例えば1V〜20V
で十分である。電圧逆転時にダイオードは導通方向に極
性化され、電流は直接副接触部及びドリフト領域を介し
て流れる。この場合ドリフト領域及びチャネル領域から
形成されるpn接合はIGBTの内部のフリー・ホイー
リングとして作用する。
よいので、ダイオードの所要面積は従来技術から公知の
補助的フリー・ホイーリング・ダイオードのそれよりも
著しく小さい。このダイオードは比較的容易に形成する
ことができ、特にフォトリソグラフィに対する特別な要
件が課せられていないため、本発明による回路装置は従
来技術から公知の高電圧IGBT及び高電圧ダイオード
からなる回路に比べて所要面積に関して改善されてい
る。
る集積回路装置は約0.5Vのダイオードしきい電圧だ
け高い電圧降下を示す。
ショットキダイオードも使用可能である。
回路のパターンをSOI基板のシリコン層内に形成する
と有利である。その際IGBTは横形のIGBTとして
形成される。ダイオードに対してIGBTは横方向を絶
縁トレンチにより、また垂直方向をシリコン層の下のS
OI基板中に配設されている絶縁層により分離されてい
る。その際絶縁トレンチは絶縁層の表面にまで達する。
絶縁トレンチ及び絶縁層はIGBTのための絶縁ウェル
を形成する。有利にはこの絶縁ウェル内のドーパント濃
度はIGBTの阻止状態で電界の一部が絶縁層に駆遂さ
れるように調整される。
する。
ダイオード(D)を有する本発明による集積回路装置の
平面図が示されている。p+ ドープされているエミッタ
パターン18、n+ ドープされている端子領域19並び
にn- ドープされているドリフト領域20の位置が破線
により示されている。エミッタパターン18は例えば1
019cm-3のドーパント濃度を、端子領域19は例えば
1019cm-3のドーパント濃度を、またドリフト領域2
0は例えば6×1014cm-3のドーパント濃度を有す
る。
18の上方に延びている陽極21と接続されている。エ
ミッタパターン18を表面的に環状に囲むn+ ドープさ
れている端子領域19には2個の副接触部22が設けら
れている。副接触部22はn+ ドープされている端子領
域19の上方の陽極21に対して平行に延びている。
p+ ドープされている領域16並びに1つのn+ ドープ
されている領域17の位置が示されている。p+ ドープ
されている領域16は例えば1019cm-3のドーパント
濃度を、またn+ ドープされている領域17は1019c
m-3のドーパント濃度を有する。
それぞれp+ ドープされている領域16と接続されてい
る第1の接触部14が配設されている。更に第1の接触
部14はそれぞれ副接触部22の1つと電気的に接続さ
れている。n+ ドープされている領域17の上方にはこ
のn+ドープされている領域17と接続されている第2
の接触部15が配設されている。この第2の接触部15
は更に陽極21と接続されている。
たIGBT(I)の断面図が示されている。エミッタパ
ターン18及び端子領域19はドリフト領域20内に配
設されているnドープされている島23内に配設されて
いる。ドリフト領域20はIGBTのチャネル領域を含
んでいるpドープされている領域24に境を接してい
る。pドープされているチャネル領域24は例えば2×
1017cm-3のドーパント濃度を有する。pドープされ
ている領域24内にはn+ ドープされている環状のソー
ス領域25が配設されている。チャネル領域24の表面
にゲート誘電対26が、またその上にゲート電極27が
配設されている。ゲート電極27は分かり易くするため
に図1の平面図には示されていない。ソース領域25の
チャネル領域24とは逆側でソース領域25とpドープ
されているチャネル領域24がこれらの表面に配設され
ている陰極28を介して互いに接続されている。
9、その上に配設されている絶縁層30及び更にその上
に配設されている単結晶シリコン層31を含むSOI基
板内に形成されている。シリコン層31内でIGBTは
完全に絶縁トレンチ32により囲まれており、絶縁トレ
ンチは絶縁層30の表面にまで達しており、絶縁材で満
たされている。
内にダイオード(D)が形成されている(図1及び図1
のIII−III線で切断した図3の断面図を参照のこ
と)。ダイオード(D)は同様に絶縁材で満たされ、絶
縁層30の表面にまで達している絶縁トレンチ32によ
り完全に囲まれている。p+ ドープされている領域16
並びにn+ ドープされている領域17はpドープされて
いるウェル13内に配設されている。絶縁トレンチ32
の壁面にある例えば5×1017cm-3のドーパント濃度
を有するpドープされているウェル13は絶縁層30の
表面にまで達している。pドープされているウェル13
は例えば3μmの深さを有する。pドープされているウ
ェル13の下には例えば6×1014cm-3のドーパント
濃度を有するn- ドープされている領域12が配設され
ている。
介して流れる。ダイオード(D)はこの場合阻止方向に
極性化されている。IGBT(I)の遮断時に電圧の逆
転が生じ、そのためダイオード(D)は導通方向に極性
化される。次いで主電流はダイオード(D)、副接触部
22及びドリフト領域20とpドープ領域24から形成
され内部のフリー・ホイーリング・ダイオードを形成す
る導通方向に極性化されたpn接合を介して流れる。エ
ミッタパターン18及びnドープされている島23から
形成されるこの場合逆方向に極性化されたpn接合の破
壊はこのようにして回避される。
重にすることにより及びダイオード(D)のn+ ドープ
されている領域17及びp+ドープされている領域16
の相応する二重化により本発明は大表面を有するデバイ
スに発展させることができる。
集積回路の平面図。
図。
た断面図。
Claims (4)
- 【請求項1】 ドリフト領域(20)、チャネル領域
(24)、ゲート誘電体(26)、ゲート電極(2
7)、ソース領域(25)、エミッタパターン(1
8)、ソース領域(25)及びチャネル領域(24)と
接続されている陰極(28)、エミッタパターン(1
8)と接続されている陽極(21)及びドリフト領域
(20)と接続されている副接触部(22)を有する少
なくとも1個のIGBT(I)と、その陰極(15)が
IGBT(I)の陽極(21)とまたその陽極(14)
がIGBT(I)の副接触部(22)と接続されるよう
にIGBT(I)の副接触部(22)と陽極(21)と
の間に接続されているダイオード(D)とを有すること
を特徴とする集積回路装置。 - 【請求項2】 横形IGBTとして形成されているIG
BT(I)及びダイオード(D)がSOI基板(31、
30、29)のシリコン層(31)内に集積されてお
り、IGBT(I)を完全に囲みかつSOI基板内でシ
リコン層(31)の下に配設されている絶縁層(30)
の表面にまで達する少なくとも1つの絶縁トレンチ(3
2)をシリコン層(31)内に備えており、絶縁トレン
チ(32)内部のドーパント濃度がIGBT(I)の阻
止状態で電界の一部が絶縁層(30)に駆遂されるよう
に調整されていることを特徴とする請求項1記載の集積
回路装置。 - 【請求項3】 ドリフト領域(20)がその上に副接触
部(22)を配設されている同じ導電形でドーパント濃
度を高められている端子領域(19)を含んでいること
を特徴とする請求項1又は2記載の集積回路装置。 - 【請求項4】 ダイオード(D)がpn接合形ダイオー
ド又はショットキ形ダイオードとして形成されているこ
とを特徴とする請求項1ないし3の1つに記載の集積回
路装置。
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