JPH09181315A - 半導体デバイス - Google Patents

半導体デバイス

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JPH09181315A
JPH09181315A JP8306290A JP30629096A JPH09181315A JP H09181315 A JPH09181315 A JP H09181315A JP 8306290 A JP8306290 A JP 8306290A JP 30629096 A JP30629096 A JP 30629096A JP H09181315 A JPH09181315 A JP H09181315A
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ニライ・ランジャン
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 少数キャリアの注入によって惹起する課題を
上記チップの本体からの制御回路の静電分離を用いるこ
とで解決しようとする制御部を備えたＩＧＢＴを提供す
る。 【解決手段】 Ｐ型シリコン基板に形成されている低濃
度Ｎ+領域及びＰ+領域と、低濃度の第１領域と、上記第
１領域から横方向に間隔がとられていて、Ｐウェル拡散
層及び制御回路部拡散層を含んでいる第２領域と、上記
第１領域上のＩＧＢＴを上記制御部拡散層に接続する接
続手段と、上記第１領域と上記第２領域との間に配置さ
れた手段とを含んでいる半導体デバイス。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、絶縁ゲートバイポ
ーラトランジスタ（ＩＧＢＴs）に関するものであり、
特に共通のモノリシックチップ（又はダイ）に集積され
ているＩＧＢＴ及び制御回路を備えた新規な半導体のモ
ノリシックのチップ構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、制御回路は、分離されたパワー
ＭＯＳＦＥＴ部と同じチップに集積されてよいことが知
られている。上記のデバイスは、本発明を継承した、イ
ンターナショナル レクテファー コーポレーション(I
nternational Rectifier Corporation）から、スマート
ＦＥＴ（SMART FET）の登録商標で発売されている。上
記デバイスの構造は、米国特許出願08/121,288(IR-106
1)及び08/293,383(IR-1070)に開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】パワーＩＧＢＴ（１ワ
ット又はそれ以上の電力を扱うもの）を備え，制御回路
を形成するモノリシックの上記概念を拡張せんとする試
みは、現在実現していない。このことは、上記集積回路
が、上記ＩＧＢＴが形成されている接合部を備えている
同じＮ-エピタキシャル形成層（エピ層）のＰウェル又
はＰ型拡散層に含まれていることが原因である。従っ
て、上記ＩＧＢＴの導通が順方向の場合、上記Ｐ+基板
は、上記Ｎ-エピ層に対して、順方向バイアスが印加さ
れ、このことによって、多くの少数キャリア（示されて
いるＮチャンネルデバイスの場合はホール）が上記Ｎ-
エピ層に注入される。このことは、制御接合部を含んで
いる上記Ｐウェルが上記ＩＧＢＴパワー接合に接近し、
ホールも、下層の上記Ｐウェルに注入されることによる
ものである。以上のことで、以下の結果が導かれる。
【０００４】１． 上記Ｐウェルは、縦方向ＰＮＰトラ
ンジスタ（上記Ｎ-エピ層及びＰ+層で形成される）のコ
ネクターのように動作する。結果として、高寄生電流が
上記Ｐウェル及びグランドに流れる（通常上記Ｐウェル
がグランド化するまで流れる）。
【０００５】２． 上記Ｐウェルの上記Ｎ+ソース及び
ドレイン拡散層は、縦方向寄生サイリスタのように動作
する。上記寄生サイリスタの作動によって、上記チップ
を破壊することもある。
【０００６】３． 上記Ｐウェルへの少数キャリアの注
入によって、低電力アナログ回路の繊細な動作が妨げら
れることもある。
【０００７】従って、接合分離を備えているスマートＩ
ＧＢＴは実用的でない。
【０００８】本発明の目的は、少数キャリアの注入によ
って惹起する課題を上記チップの本体からの制御回路の
絶縁分離を用いることで解決しようとするものである。
しかしながら、係る構造は、非常に高価で、かつ非常に
複雑なプロセスを要求する。
【０００９】本発明に係るパワーＩＧＢＴ部及び制御部
が集積されている新規なモノリシックは接合−分離され
ているにも関わらず、上記ＩＧＢＴ部から下層のへの少
数キャリアの注入が、実質的に低減されている。
【００１０】以下の本発明に係る記載において、Ｎ+縦
方向バッフアー層を備えたＮチャンネルＩＧＢＴが記載
される。従って、便宜上、上記Ｐ+基板の順方向バイア
ス、Ｎ-エピ層接合の順方向バイアスが参照として形成
されるであろう。Ｎ+バッフアーが用いられている場合
において、上記専門用語、Ｎ-エピ接合は、上記Ｎ+バッ
フアーに対する接合を包有する意味である。さらに、本
発明は、Ｐチャンネルデバイス、及び通常ＭＯＳゲート
バイポーラートランジスタに対して、等価に適用され
る。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明に係る第１実施形
態において、制御部及びＰウェルと活性ＩＧＢＴ領域周
辺から横方向の間隔が、少数キャリアの拡散距離の約３
倍よりも大きくなるようにおかれている。結果として、
Ｎ-エピ接合に対する上記Ｐ基板には、上記Ｐウェルの
下層において、効果的にバイアスが低減され、上記Ｐウ
ェル下層の少数キャリア濃度は、実質的に非常に低減さ
れる。しかしながら、注目すべきことは、上記の概念を
実行するには、シリコンチップの追加領域が要求される
ことである。さらに、通常Ｎ+バッファー層の低いシー
ト抵抗値は、上記Ｐ+基板、Ｎ+バッファー接合のバイア
スの低減を妨げる上記ＩＧＢＴのＰＮＰ部のβを小さく
するために用いられる。
【００１２】本発明に係る第２実施形態において、さら
に、Ｐ+拡散層が、上記制御Ｐウェル及びＩＧＢＴ活性
領域との間に位置する。さらに、上記Ｐ+拡散層が、上
記ＩＧＢＴ部のソース電極（又はカソード電極）に接続
されている。結果として、上記活性ＩＧＢＴ領域の外側
のほとんどのホール電流は、上記Ｐ拡散層及び上記ＩＧ
ＢＴのソース電極へ転流するであろう。注目すべきこと
は、上記手段で、ホール電流の幾らかは、下層の上記Ｐ
ウェルをさらに流れることができることである。
【００１３】本発明に係る第３実施形態において、結果
的に、Ｐ+基板とＮ-エピ層との間の上記領域、及び覆わ
れている上記活性領域は、短絡回路化されることで、上
記制御Ｐウェル下層の上記Ｐ+基板及びＮ-エピ層のバイ
アスが減少される。本実施形態を実行する望ましい方法
は、上記チップの上表面、及び上記制御Ｐウェル、活性
ＩＧＢＴ領域の両方若しくはどちらか１つを取り取り囲
んでいるもののＮ+拡散層と、上記Ｎ+拡散層の、チップ
の背面又は底面、及び上記Ｐ+拡散層に対する接続を採
用している。
【００１４】結果的に、順方向バイアス状態において
は、ＩＧＢＴ領域下層の上記Ｐ+基板は、上記Ｎ-エピ層
（又はＮ+バッフア−層が用いられている場合に、おい
ては当該Ｎ+バッファ−層）に対して、順方向バイアス
が印加される。電子は上記Ｎ-エピ層又はＮ+バッファ−
層を介して、横方向に、かつ上記活性ＩＧＢＴ領域の外
側及びチップの上表面の新規なＮ+拡散層の上部を流れ
るであろう。このことで、上記Ｎ+バッファ−層（又は
Ｎ-エピ層）で、横方向に電圧降下が惹起されるので、
Ｎ-エピ層接合に対する上記Ｐ+基板のバイアスは徐々に
減少し、上記活性領域から横方向に離れていく。
【００１５】上記バッファ−層と上記新規なＮ+拡散層
との間の抵抗値ＲＳ、及び当該ＲＳよりも大きいバッフ
ァ−層の横方向抵抗ＲＢを適切に選択することで、上記
制御Ｐウェル下層のＮ+、Ｐ+間の電圧はほとんど０とな
り、かつわずかにホ−ル注入が惹起されることができ
る。
【００１６】本発明に係る望ましい実施形態において、
上記Ｎ+拡散層の両面で、適切なフィ−ルド端子が所望
される。しかしながら、上記制御回路と、上記ＩＧＢ
Ｔ、例えば、ソ−スコンタクト、ゲ−ト、ケルビンソ−
ス、電流感知リ−ド及びそれらに類するものとの内部接
続が形成されなくてはならない。高電圧フィ−ルド端子
と交差せずに、これらの接続を形成する為に、新規なト
ポロジ−が提供されている。上記トポロジ−において
は、上記制御部及びＩＧＢＴ部は、上記Ｎ+拡散層の両
サイド周辺で内曲されていて、連続している共通のフィ
−ルド端子によって覆われているが、上記Ｎ+拡散層の
端部から間隔をとっている狭い導通ル−トチャンネルが
残されている。金属、ポリシリコン又はそれに類するも
ので形成される制御部接点は、上記狭いル−トチャンネ
ル上、又はその頂上に位置することができる。
【００１７】本発明の望ましい実施形態において、制御
部とＩＧＢＴとの間に新規なＮ+拡散層を用いた結果、
寄生ダイオ−ドが、ソ−ス電極とメインドレインとの間
に惹起される。上記ダイオ−ドは、逆電圧障壁を要求す
る応用例においてのチップの利用を防ぎ、かつ外部急速
リカバリ−ダイオ−ドを要求する応用例には用いること
はできない。
【００１８】本発明に係る別の特徴、及び寄生ダイオ−
ドの上記効果を解決しようとすることに関して、新規な
横方向ＰＮＰトランジスタは、上記ＩＧＢＴ部に集積さ
れ、上記ＩＧＢＴに順方向バイアスが印加された場合の
み、接合されて、上記Ｎ+拡散層の動作が可能となる。
従って、上記寄生ダイオ−ドがチップ動作を妨げている
間は、当該ダイオ−ドは開放回路化される。
【００１９】添付図面を参照にして、以下に、本発明の
実施の形態を記載する。
【００２０】
【発明の実施の形態】最初に図１を参照にする。上記図
１は、シリコンのＭＯＳＦＥＴチップの微細部分の概略
断面図を示す。上記シリコンチップ２０は、Ｎ+基板２
１、及び接合を定義する活性ＭＯＳＦＥＴ部１９と制御
回路３０を備えているエピタキシャルシリコンの層２２
を保持している。従って、上記活性パワ−ＭＯＳＦＥＴ
は、米国特許第5,008,725号に開示され、上記チップ２
０の上記活性ＭＯＳＦＥＴ部上に配置されているベ−ス
２３、２４のような、多くのＰ型ＭＯＳＦＥＴベ−スを
含んでいる。
【００２１】各々の上記ベ−ス２３、２４は、それぞれ
にＮ+アニュラ−ソ−ス２５、２６を含んでいる。従来
型ポリシリコンゲ−ト２７は、上記ベ−ス２３、２４に
形成されたチャンネル領域をカバ−する従来型のゲ−ト
ダイオ−ド上に位置する。主電源電極２８及びドレイン
電極２９は、通常に提供される。
【００２２】上記制御回路部３０は、上記活性ＭＯＳＦ
ＥＴ１９ともに同じチップ２０にモノリシック集積され
ている。従って、Ｐウェル４０は、層２２内で拡散され
て、かつ上記活性ＭＯＳＦＥＴ領域１９から横方向に間
隔がおかれてる。上記Ｐウェル４０は、上記活性領域１
９をタ−ンオン、オフする為の別の望ましい制御回路構
成部品を含んでいる。例えば、温度センサ−、電流セン
サ−、下限電圧センサ−及びそれに類するものといっ
た、米国特許出願No.08/298,383(IR-1070)で開示された
ようなものである。
【００２３】上記図１に概略的に示されている横方向制
御トランジスタは、Ｎ+ソ−ス拡散層４１、Ｎ+ドレイン
拡散層４２、ゲ−ト４３を含んでいて、それらは全て上
Ｐウェル４０に備えられている。かつ上記横方向制御ト
ランジスタは、上記活性ＭＯＳＦＥＴ領域１９からの分
離接合を含んでいる。その後Ｐウェル４０の上記制御ト
ランジスタは、所望の感知されたパラメ−タ−に応じ
て、上記活性ＭＯＳＦＥＴを制御を実行する為の上記ゲ
−ト２７に適切に接続される。従って、情報は、パワ−
ＭＯＳＦＥＴデバイスを含んでいる上記チップにモノリ
シック集積されている。
【００２４】ＩＧＢＴチップに接合−分離されている制
御部を簡易に集積させる概念は、一見上解決できない課
題を保持する。上記課題は、図２の考察で、深く理解で
きる。上記図２は、図１の上記チップにＰ+基板の容易
な（図１のＮ+基板の場所への）付加を示すものであ
り、このことで上記チップをＩＧＢＴとして動作させ
る。注目すべきことは、図２においては、上記ＩＧＢＴ
のＰＮＰ部分のβを低減させるように従来型のＮ+バッ
ファ−層５１もまた付加されることができることであ
る。図１と同番号を保持する他の全ての構成部品は、同
機能を有する。注目すべきことは、Ｐ+領域５０が存在
するので、パワ−部５０は、ＩＧＢＴモ−ドにおいて、
動作するであろうことである。
【００２５】上記ＩＧＢＴモ−ドで順方向状態の間、上
記Ｐ+基板５０とＮ-バッファ−５１（又は上記バッファ
−が用いられない場合は、上記Ｐ+基板とＮ-エピ層２
２）の間の接合５２に、その長さに沿ったバイアスが印
加されるので、図２の上記デバイスは十分に動作できな
い。そこにおいては、多くの数の少数キャリア（図２の
実施の形態においてはホ−ル）は、上記エピ層２２及び
下層Ｐウェルに注入される。図２において、係るホ−ル
注入は矢印によって示されて、いくつかの課題を引き起
こす。
【００２６】１． Ｎ-エピ層２２及びＰ+基板５０を備
えて提供されている上記Ｐウェル４０は、寄生トランジ
スタ６０を形成する。上記Ｐウェルは、通常グランド化
されているので（図示せず）、エピ層２２の上記少数キ
ャリアより上記ＰＮＰトランジスタ６０はタ−ンオンさ
れて、グランドに対する上記Ｐウェル４０の高寄生電流
が惹起される。
【００２７】２． 上記ウェル４０のＮ+拡散層４１及
び４２は、寄生４層サイリスタ６１のカソ−ドの如く動
作する。当該寄生サイリスタのトリガリングは、上記デ
バイス破壊を惹起することもある。
【００２８】３． Ｐウェル４０の下層への少数キャリ
ア注入は、ウェル４０に集積されているロ−レベル検知
アナログ回路の動作を妨げる。
【００２９】下層で接続分離されている制御ウェルへ少
数キャリアを注入したので、上記技術は、上記スマ−ト
ＦＥＴデバイスに類似するスマ−トＩＧＢＴの形成に用
いられない。
【００３０】少数キャリアの注入に係る課題を解決する
既知の構造の１つは、図３に示されているように、誘電
的に分離されたＰウェル７０を用いることである。上記
図３は、上記Ｐウェル７９がＳｉＯ2ライナ−７１によ
って、上記Ｎ-エピ層から分離されていることを示して
いる。図３においては、図２と同種類の構成部品には、
同じ番号が与えられている。しかしながら、上記解決方
法は、非常に高価で、複雑な製造手順が要求される。
【００３１】本発明は図３と同様の成果に達するもので
あるが、効果的なコストで製造できる接合−分離技術を
採用している。
【００３２】本発明に係る第１実施形態において、上記
図２の活性ＩＧＢＴ領域の境界は、上記Ｐウェル４０の
境界から、拡散距離の３倍、又はそれ以上間隔がおかれ
ている。図４及び５は、本実施形態に関する可能な配置
の１つを示すものであり、上記図２と同種類の構成部品
には、同じ番号が与えられる。上記図４及び５は、上記
活性ＩＧＢＴ領域１９及び上記制御領域３０を各々を包
んでいるフィ−ルド端子７０、７１もまた示している。
点線７５は、上記制御回路３０が上記活性ＩＧＢＴ領域
１９の上記ゲ−ト２７及びソ−ス（及び別の関連する端
子）への接続を示すものである。注目すべきことは、別
の制御領域、及び別のＩＧＢＴ、又はパワ−デバイス
は、領域１９から横方向に分離された領域にある図４及
び５のエピ層２２に集積されることができることであ
る。
【００３３】本発明に関して、上記Ｐウェル４０周辺か
らと上記活性ＩＧＢＴ接合周辺との距離は、少数キャリ
ア距離のおおよそ３倍よりも長い。上記間隔の結果、上
記制御部４１の下層の接合５２のバイアスは、低減し、
かつ、上記制御部４０の下層における少数キャリア注入
レベルは、さらに低いものとなるだろう。注目すべきこ
とは、上記制御領域３０の下層の接合５２、５１のバイ
アスの低減を促進するように、上記制御領域３０の下層
の接合５２、５１のバイアスの低減を促進するように、
上記Ｎ+バッファ−層のシ−ト抵抗値が、増大されるこ
ともできることである。
【００３４】図６は、本発明に係る第２実施形態を示す
ものであり、上記図２と同種類の構成部品には、同番号
が与えられている。注目すべきことは、図６には、上記
バッファ−層２１が示されいないが、所望されるのなら
ば、用いることができるということである。図６に示さ
れているように、Ｐ+拡散層８０は付加されていて、上
記制御部３０と上記ＩＧＢＴ部の間に配置されている。
さらに、上記Ｐ+拡散層８０は、ＩＧＢＴのソ−ス電極
２８に接続されている。
【００３５】動作においては、図６において矢印で概略
的に示されているホ−ルは、領域２２に注入される。し
かしながら、領域１９の外側のホ−ルは、拡散層８０に
よってコレクトされるのが望ましいので、Ｐウェル４０
によってコレクトされるホ−ルはほとんどない。
【００３６】図７及び８は、本発明に係るさらに別の実
施形態を示すものであり、先に記載した図面と類似の構
成部品には、同番号が与えられている。図８は、狭いネ
ック部９０を残して、上記ＩＧＢＴ領域１９及び上記制
御領域３０のほとんどを包んでいる新規な連続フィ−ル
ド端子９０を示すものであり、その上においては、高電
圧フィ−ルド端子９０と交差することなしに制御リ−ド
線７５が移動することができる。
【００３７】その後、横方向に間隔がとられているＩＧ
ＢＴ部１９と制御部との間の領域には、内曲したフィ−
ルド端子９０の幅を保持し、共通の広がりを有するＮ+
拡散層９５（図７及び８参照）が備えられている。拡散
層９５は、点線９７で示されるようにＰ+領域５０に接
続されている接点９６を保持している。実際問題とし
て、係る接続９７は、ワイヤ−接続、又はそれに類する
ものであることができる。上記接続は、ウェ−ハ−切断
中のカッタ−の動作によって、自動的に、容易に形成さ
れてもよい。
【００３８】上記図７及び８に係るデバイスの動作につ
いて、以下に記載する。上記ＩＧＢＴ部１９が導通であ
る場合、接合５２には、順方向バイアスが印加される。
矢印で示されている横方向の電子流は、上記バッファ−
層５１を（又はバッファ−が用いられない際は、上記エ
ピ層２２を）、Ｎ+拡散層９５に流れる。このことで、
上記バッファ−層の抵抗値ＲBにより横方向の電圧降下
が惹起される。よって、上記接合５２は、ＩＧＢＴ部１
９のエッジから制御部３０に向かって、徐々にバイアス
が低減されている。
【００３９】拡散層９５に対する抵抗値ＲSをＲBに対し
て、大幅に小さく形成することで、Ｐウェル４０の下層
の接合５２に印加される電圧をほとんど０に減少させ、
係る領域における少数キャリアの注入レベルは微少なも
のになる。ＲS≪ＲBと形成することは、拡散層の幅ＷＳ
を、上記エピ層２２の抵抗値及び上記バッファ−層５１
の抵抗値に関して、適切に定着させることで実現され
る。
【００４０】制御領域３０の制御論理は、通常上記ＩＧ
ＢＴのソ−ス２８に関係するので、図４、５のフィ−ル
ド端子７０、７１、及び図７、８のフィ−ルド端子９０
のように望ましいものして記載されたように、適切なフ
ィ−ルド端子は上記Ｎ+拡散層９５の両サイドに所望さ
れる。導線７５による上記領域の内部接続は、フィ−ル
ド端子７０及び７１から絶縁されて、横切らなければな
らない。しかしながら、図８に係る上記実施形態におい
ては、上記ＩＧＢＴ１９及び制御部３０は、狭い表面チ
ャンネル又はネック領域９０ａを除いて、両方実質的に
フィ−ルド端子９０に囲まれる。上記狭い表面チャンネ
ル又はネック領域９０ａ上では、上記導線７５は、端子
９０上で交差することなく、経路をとることができる。
上記ネック領域９０は、十分に狭いので、有意義なＰ+
キャリアが、上記ＩＧＢＴの下層、及び制御部３０の下
層に注入することを防ぐ。望ましいものとして記載され
たように、内部接合７５は、上記グランド化されたＰウ
ェル４０上に、金属、導電性ポリシリコントレ−ス、又
はこれに類するもので形成することができる。
【００４１】上記Ｎ+拡散層９５のウェ−ハ−の背面へ
接続９７は、チップ２０を保持することのできるリ−ド
フレ−ム（図示せず）に、ワイヤ−接続でされることが
できる。また、上記チップがＴＯ−２２０タイプのパッ
ケ−ジに内包される場合は、例えば、上記接続は上記パ
ッケ−ジのセンタ−ピンと接続されることができる。多
くの場合において、上記接続は、ウエ−ハ−を切断する
間に，上記チップ２０のカッタ−で損傷されたチップエ
ッジを介して、形成されるであろう。
【００４２】図９は、上記図７のチップ２０を、より実
際的な、しかしながら、概略的なスケ−ルで示したもの
である。上記図７と類似の図９の構成部品には、同じ番
号が与えられている。スケ−ル限界の関係で、図９にお
いては、ウェル４０及びベ−ス２３、２４のソ−ス及び
ゲ−ト構造は図示されない。しかしながら、上記ＩＧＢ
Ｔに関する活性領域フィ−ルド電極セル１００、及び活
性ＩＧＢＴ領域１９及びＰウェル４０の間でおおよそ７
００μｍの間隔を隔てている計画的分離帯が、図示され
ている。
【００４３】次に、図９は、ＩＧＢＴ１９と制御部３０
との接合で形成される縦方向トランジスタＱ１及びＱ２
を示す。さらに、上記図９は、バッファ−層５１とＮ+
拡散層９５と間の経路抵抗Ｒ１、上記抵抗Ｒ１の下端部
と上記ＰＮＰトランジスタＱ１，Ｑ２のベ−スのそれぞ
れのおおよその位置に惹起するバッファ−層の経路抵抗
Ｒ２及びＲ３を示している。
【００４４】図９の等価回路が、図１０に示される。ま
た、図１０は、ＮＰＮ寄生トランジスタＱ１’及びＱ
２’を示している。上記寄生トランジスタは、Ｎソ−
ス、Ｐベ−ス、及びＩＧＢＴ部１９に対するＮ-エピ層
を備えていて、かつ、それぞれが部分４０に対応してい
る。さらに、図１０は、上記ＮＰＮトランジスタＱ１’
及びＱ２’のそれぞれのベ−スとエミッタ−間に惹起す
る効果的な抵抗値である抵抗ＲＢ１及びＲＢ２を示して
いる。
【００４５】通常の状態においては、上記トランジスタ
Ｑ１’及びＱ２’は、それらに対応する寄生サイリスタ
のラッチアップを防ぐ為に、導通されるべきでない。上
記のことは、抵抗ＲＢ１を非常に低い値に設計すること
により、トランジスタＱ１’で解決される。
【００４６】しかしながら、上記制御部の横方向ＮＭＯ
Ｓトランジスタを備えることは、ＲＢ２に関する、及び
トランジスタＱ２の利得に関する大きな数値を導くこと
となる。結果的に、上記制御部は、トランジスタＱ２が
除去されるべきことによって、ＩＧＢＴ部及びホ−ル注
入よりも、ラッチアップを感知するようになる。上記の
ことが、Ｎ+フィンガ−９５の目的である。
【００４７】図１１は、上記ＩＧＢＴに順方向バイアス
が印加されている状態での、負荷がかかっている回路の
電流を示すものである。順方向バイアスの印加中におい
て、トランジスタＱ１のベ−ス、エミッタ−間接合には
順方向バイアスが印加される。トランジスタＱ２のベ−
ス、エミッタ−接合によって、Ｖbeが（Ｑ１）＊Ｒ１／
（Ｒ３＋Ｒ１）とみなせるのみである。ジオメトリ−
（及び上記Ｒ１／Ｒ３の比率）を適切に選択することに
よって、トランジスタＱ２（図１１の点線参照）中の電
流、及び上記制御部のラッチアップのリスクをほとんど
除去することが可能になる。
【００４８】上記提案によって、順方向バイアスが印加
されている状態での、上記制御部のラッチアップを防ぐ
ことができる。しかしながら、図１２に示されているよ
うに、逆バイアス状態で、上記ドレイン２９と上記ソ−
ス２８との間に寄生ダイオ−ドが存在する。ダイオ−ド
１１０は、トランジスタＱ１’及びＱ２’のベ−ス、コ
レクタ−接合、直列接続されたＲＢ１とＲＢ２、及び独
立しているＲ１、Ｒ２、Ｒ３を含んでいる。
【００４９】上記寄生ダイオ−ド１１０は、２つの有害
な結果を保持している。
【００５０】１． 上記寄生ダイオ−ドは、逆方向電圧
能力が必要である応用法（電子点火のような）に用いる
ことができない。
【００５１】２． 上記内部寄生ダイオ−ドが電流ダイ
オ−ドの一部を運ぶので、上記寄生ダイオ−ドは外部急
速回復ダイオ−ドを用いる応用法に利用することができ
ない。外見上、ダイオ−ド１１０は、非常に低速であ
り、かつ，係る回復電流は、上記制御部３０のラッチア
ップを惹起する。言い換えると、トランジスタＱ２’の
ベ−ス／コレクタ−接合が、少数キャリアで充満してい
る一方で、上記ドレイン２９の正電圧を再利用しようと
した場合、上記Ｑ２／Ｑ２’サイリスタはラッチするだ
ろう。
【００５２】さらに、本発明に係る特徴は、上記ＩＧＢ
Ｔに順方向バイアスが印加されている場合には、図９、
１０、１１及び１２のＲ１がドレイン２９に接続される
だけで、上記寄生ダイオ−ド１１０の効果が除去される
ことである。従って、図１３及び１４に示されているよ
うに、横方向ＰＮＰトランジスタＱ３が、図１２におい
てエッジセル１００からエッジセル１２０に示されてい
る、上記ＩＧＢＴ部１９のフィ−ルド端子９０の外側に
付加される。図１２において、エミッタ−１２１を定義
するＰ拡散層は、ワイヤ−ボンデングによってドレイン
２９に接続されていて、かつ、コレクタ−１２２を定義
するＰ拡散層は、Ｎ+拡散層９５の接点９６に接続され
る。
【００５３】動作に関して、上記ＩＧＢＴに順方向バイ
アスが印加された場合、Ｑ１が導通し、かつＱ２も導通
する。このことで、動的にＲ１はドレイン２９に接続さ
れる。上記ＩＧＢＴに逆方向バイアスが印加された場
合、Ｑ１及びＱ２は導通せず、Ｒ１は、浮動状態にな
る。従って、上記構造には、逆方向電流は流れない。
【００５４】Ｑ３は、低電圧トランジスタであってもよ
い（逆方向阻止比率が上記ＩＧＢＴと同様であってよ
く、通常１０−５０Ｖである）。従って、上記Ｑ３は、
狭いベ−ス（例えば１０μｍ）で形成されることがで
き、かつ、高利得を保持することができるので、上記Ｉ
ＧＢＴ１９に順方向バイアスが印加された際、上記Ｑ３
は、完全に飽和される。
【００５５】図１５は、チップ表面に備えられたトラン
ジスタＱ３を概略的に示すものである。図１５におい
て、図８と類似の構成部品には、同番号が与えられる。
注目すべきことは、エミッタ−領域１２１及びコレクタ
−領域１２２は、それぞれ上記ドレイン２９及び上記Ｎ
+フィンガ−９６のタップ１２５に接続されていること
である。
【００５６】本発明は、所定の実施形態で記載されてい
るが、係る技術に関して、多くの別の変形、改良及び利
用がなされることは、明らかなことである。従って、本
発明は、特定の開示ではなく、添付されている請求項に
のみ制限されるのが、望ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来技術に係るスマ−トＦＥＴの部分的な断
面図を示すものである。
【図２】 Ｐウェルが形成されているのと同じチップ上
のＩＧＢＴの部分的断面図であり、かつ惹起した課題を
示すものである。
【図３】 ＩＧＢＴ、及び上記チップから誘電的に絶縁
されたウェル上に形成された上記ＩＧＢＴの制御回路の
部分的断面図である。
【図４】 本発明の第１実施形態を用いた上記チップの
トポロジ−を示すものである。
【図５】 上記図４の線５−５に沿って、得られた上記
図４の断面図を示すものである。
【図６】 本発明に係る、制御領域と活性活性領域との
間に位置するＰ+領域を保持するスマ−トＩＧＢＴの部
分的断面図を示すものである。
【図７】 上記活性ＩＧＢＴ領域と上記制御領域との間
にＮ+拡散層を備えた本発明の別の実施形態であり、か
つ上記図６の線５−５に沿って得られた断面図を示すも
のである。
【図８】 上記図７の上記活性領域及び上記制御領域の
トポロジ−の望ましい実施形態を示すものである。
【図９】 より現実的スケ−ルである上記図７に類似す
る断面図であって、接合で明確に定義された回路部品を
示すものである。
【図１０】 上記図９の等価回路のダイヤグラムであ
る。
【図１１】 上記図１０の上記ＩＧＢＴに順方向バイア
スが印加された場合の、回路上の電流を示すものであ
る。
【図１２】 逆方向電圧が印加されていて、かつ寄生ダ
イオ−ドが存在している状態の図１０の回路上の電流路
を示すものである。
【図１３】 逆方向電圧が印加された状態で、上記１２
の寄生ダイオ−ドの効果を除去する為の、ＰＮＰダイオ
−ドの上記図１０の回路への付加を示すものである。
【図１４】 上記図１３の付加ダイオ−ドを備えている
上記図９の構造を示すものである。
【図１５】 上記図１４の構造に関する望ましいトポロ
ジ−を示すものである。
【符号の説明】
１９…ＭＯＳＦＥＴ部、 ２０…ＭＯＳチップ、 ２１…Ｎ+基板、 ２２…エピ層、 ２３…ベ−ス、 ２４…ベ−ス、 ２５…Ｎ+アニュ−ラ−ソ−ス、 ２６…Ｎ+アニュ−ラ−ソ−ス、 ２７…ゲ−ト構造、 ２８…主電源電極、 ２９…ドレイン電極、 ３０…制御部、 ４０…Ｐウェル、 ４１…Ｎ+ソ−ス拡散層、 ４２…Ｎ+ドレイン拡散層、 ４３…ゲ−ト、 ５０…Ｐ+基板、 ５１…Ｎ+バッファ−層、 ５２…接合、 ７０…Ｐウェル、 ７１…ＳｉＯ2ライナ−、 ７５…導線、 ９０…フィ−ルド端子、 ９５…Ｎ+拡散層、 ９６…接点、 ９７…接続、 １００…電極層セル、 １１０…ダイオ−ド、 １２０…セル、 １２１…エミッタ−、 １２２…コレクタ−、 １２５…タップ。
フロントページの続き (72)発明者 ニライ・ランジャン アメリカ合衆国90246カリフォルニア州エ ル・セグンド、ロマ・ビスタ・ナンバー・ ビー124番

Claims (39)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 共通の半導体チップに集積されている制
    御回路部及び絶縁ゲ−トバイポ−ラ−トランジスタを含
    んでいる半導体デバイスであって、 Ｐ型シリコン基板と、 上記Ｐ型シリコン基板に保持されていて、上記基板の上
    表面に形成されている低濃度Ｎ+領域、及び下表面に形
    成されたＰ+領域と、 絶縁ゲ−トバイポ−ラトランジスタのベ−ス、ソ−ス及
    びチャンネル領域を定義する拡散層を含んでいる上記低
    濃度の第１領域と、 上記第１領域から横方向に間隔がとられている低濃度領
    域の第２領域と、 Ｐウェルに上記Ｐウェル拡散層、及び制御回路部拡散層
    を含んでいる上記第２領域と、 上記第１領域上の上記絶縁ゲ−トバイポ−ラトランジス
    タを上記制御部拡散層に接続する接続手段と、 上記第１領域で上記絶縁ゲ−トバイポ−ラトランジスタ
    の動作させるためのホ−ル注入中に、上記Ｐ+層から上
    記Ｐウェル拡散層へのホ−ル注入を制限するように、上
    記第１領域と上記第２領域との間に配置された手段とを
    含んでいることを特徴とする半導体デバイス。
  2. 【請求項２】 上記第１領域と上記第２領域との間に配
    置された上記手段が、上記低濃度Ｎ型領域のホ−ルの拡
    散距離の少なくとも３倍はあって、横方向の相対的に大
    きい間隔をとることである請求項１記載のデバイス。
  3. 【請求項３】 上記第１領域と上記第２領域との間に配
    置された上記手段は、 上記低濃度Ｎ型領域の上表面の第２Ｐ+拡散層と、 上記第２Ｐ+拡散層を上記絶縁ゲ−トバイポ−ラトラン
    ジスタのソ−スに接続する手段とを含んでいて、 これにより、上記第２Ｐ+拡散層は、上記第２領域の上
    記Ｐウェルによってコレクトされるはずであったホ−ル
    をコレクトするようになっている請求項１記載のデバイ
    ス。
  4. 【請求項４】 上記第１領域と上記第２領域を間隔との
    間に配置された上記手段が、上記低濃度Ｎ型領域の上記
    上表面のＮ+拡散層を含んでいて、 かつ、上記Ｎ+拡散層を上記Ｐ型基板に電気的に接続す
    る手段を含んでいる請求項１記載のデバイス。
  5. 【請求項５】 上記第１領域と上記第２領域の上表面が
    狭いネック領域において接続されていて、 上記接続手段が、上記ネック領域の上方で、かつ上記ネ
    ック領域に交差して配置される導線を含んでいる請求項
    １記載のデバイス。
  6. 【請求項６】 さらに、上記デバイスの上記表面に配置
    されていて、 かつ、少なくとも部分的に上記第１領域及び第２領域を
    包んでいるフィ−ルド端子手段を含んでいる請求項１記
    載のデバイス。
  7. 【請求項７】 上記フィ−ルド端子手段は、上記狭いネ
    ック領域の背面、及び上記第１及び第２領域のそれぞれ
    の残された周辺領域を全てを包み込む請求項６記載のデ
    バイス。
  8. 【請求項８】 上記低濃度Ｎ型領域がエピタキシャル成
    長領域である請求項１記載のデバイス。
  9. 【請求項９】 上記絶縁ゲ−トバイポ−ラトランジスタ
    のベ−ス領域及びソ−ス領域に接続されたソ−ス電極
    と、 上記チャンネル領域上に配置されたゲ−ト電極と、 上記下表面の上記Ｐ+領域の底部に接続されたドレイン
    電極とを含んでいる請求項１記載のデバイス。
  10. 【請求項１０】 上記低濃度Ｎ型領域がエピタキシャル
    成長領域である請求項２記載のデバイス。
  11. 【請求項１１】 上記低濃度Ｎ型領域がエピタキシャル
    成長領域である請求項３記載のデバイス。
  12. 【請求項１２】 上記低濃度Ｎ型領域がエピタキシャル
    成長領域である請求項４記載のデバイス。
  13. 【請求項１３】 上記低濃度Ｎ型領域がエピタキシャル
    成長領域である請求項５記載のデバイス。
  14. 【請求項１４】 上記低濃度Ｎ型領域がエピタキシャル
    成長領域である請求項６記載のデバイス。
  15. 【請求項１５】 上記絶縁ゲ−トバイポ−ラトランジス
    タのソ−ス領域及びベ−ス領域に接続された上記ソ−ス
    電極と、 上記チャンネル領域上に配置されたゲ−ト電極と、 上記下表面の上記Ｐ+領域の底部に接続されたドレイン
    電極とを含んでいる請求項１０記載のデバイス。
  16. 【請求項１６】 上記絶縁ゲ−トバイポ−ラトランジス
    タのソ−ス領域及びベ−ス領域に接続されたソ−ス電極
    と、 上記チャンネル領域上に配置されたゲ−ト電極と、 上記下表面の上記Ｐ+領域の底部に接続されたドレイン
    電極とを含んでいる請求項１１記載のデバイス。
  17. 【請求項１７】 上記絶縁ゲ−トバイポ−ラトランジス
    タのソ−ス領域及びベ−ス領域に接続されたソ−ス電極
    と、 上記チャンネル領域上に配置されたゲ−ト電極と、 上記下表面の上記Ｐ+領域の底部に接続されたドレイン
    電極とを含んでいる請求項１２記載のデバイス。
  18. 【請求項１８】 上記絶縁ゲ−トバイポ−ラトランジス
    タのソ−ス領域及びベ−ス領域に接続されたソ−ス電極
    と、 上記チャンネル領域上に配置されたゲ−ト電極と、 上記下表面の上記Ｐ+領域の底部に接続されたドレイン
    電極とを含んでいる請求項１３記載のデバイス。
  19. 【請求項１９】 上記絶縁ゲ−トバイポ−ラトランジス
    タのソ−ス領域及びベ−ス領域に接続されたソ−ス電極
    と、 上記チャンネル領域上に配置されたゲ−ト電極と、 上記下表面の上記Ｐ+領域の底部に接続されたドレイン
    電極とを含んでいる請求項１４記載のデバイス。
  20. 【請求項２０】 上記第１領域と上記第２領域との間に
    配置された上記手段は、 上記低濃度Ｎ領域の上記上表面のＮ+拡散層と、 上記Ｎ+拡散層を上記Ｐ+領域に電気的に接続させる手段
    とを含み、 上記Ｎ+領域は、上記フィールド端子手段が、上記第１
    及び第２領域の共通して広がる部分に沿って広がってい
    る位置で、上記フィ−ルド端子手段の間に、これらから
    間隔をとって配置されている請求項６記載のデバイス。
  21. 【請求項２１】 上記第１領域と上記第２領域の上表面
    が、狭いネック領域において接続され、 上記接続手段が、上記ネック領域の上方で、かつ上記ネ
    ック領域に交差して配置される導線を含んでいる請求項
    ２０記載のデバイス。
  22. 【請求項２２】 上記フィ−ルド端子手段は、上記狭い
    ネック領域の背面、及び上記第１及び第２領域のそれぞ
    れの残された周辺領域の全てを包んでいる請求項２１記
    載のデバイス。
  23. 【請求項２３】 上記低濃度Ｎ型領域が、エピタキシャ
    ル成長領域である請求項２２記載のデバイス。
  24. 【請求項２４】 上記絶縁ゲ−トバイポ−ラトランジス
    タのソ−ス領域及びベ−ス領域に接続されたソ−ス電極
    と、 上記チャンネル領域上に配置されたゲ−ト電極と、 上記下表面の上記Ｐ+領域の底部に接続されたドレイン
    電極とを含んでいる請求項２３記載のデバイス。
  25. 【請求項２５】 さらに、上記第１領域内に集積され、
    かつ上記Ｎ+領域に接続されたコレクタを有する横方向
    ＰＮＰトランジスタを含んでいて、 そのベース領域が上記Ｎ型領域に接続される一方、上記
    絶縁ゲートバイポーラトランジスタが順方向にバイアス
    されるときにのみ導通するようにそのエミッタ−領域が
    上記Ｐ+領域に接続され、 これにより、上記ＩＧＢＴが順方向にバイアスされてい
    るときのみ上記Ｎ+領域が上記Ｐ+型基板に接続されるよ
    うになっている、請求項４記載のデバイス。
  26. 【請求項２６】 さらに、上記第１領域内に集積され、
    そして上記Ｎ+領域に接続されたソース領域を有し、か
    つ上記絶縁ゲ−トバイポ−ラトランジスタが順方向にバ
    イアスされたときのみ導通するようにバイアスされる横
    方向ＰＮＰトランジスタを含んでいて、 これにより、上記ＩＧＢＴが順方向にバイアスされてい
    るときのみ上記Ｎ+領域が上記Ｎ型基板に接続されるよ
    うになっている、請求項２０記載のデバイス。
  27. 【請求項２７】 さらに、上記第１領域内に集積され、
    そして上記Ｎ+領域に接続されたソース領域を有し、か
    つ上記絶縁ゲ−トバイポ−ラトランジスタが順方向にバ
    イアスされたときのみ導通するようにバイアスされる横
    方向ＰＮＰトランジスタを含んでいて、 これにより、上記ＩＧＢＴが順方向にバイアスされてい
    るときのみ上記Ｎ+領域が上記Ｎ型基板に接続されるよ
    うになっている、請求項２４記載のデバイス。
  28. 【請求項２８】 共通の半導体チップにモノリシック集
    積されているＩＧＢＴ及び制御回路であって、 上記Ｐ型層上の実質的に同じ広さであるＮ型層、及び底
    部Ｐ型層と、 ＩＧＢＴを定義する拡散層を備えている上記Ｎ型層の表
    面の第１領域と、 上記第１領域から分離されている接合であって、制御デ
    バイス拡散層を備えたＰウェルを含んでいるＮ型層の表
    面の第２領域と、 上記第１及び第２領域の下層から連続して広がっている
    上記Ｎ型層と上記Ｐ型層との間の上記接合と、 上記ＩＧＢＴが導通状態であって、かつ、少数キャリア
    が上記Ｐ型層からＮ型層に注入された場合、上記制御領
    域の下層の上記領域の接合部において、少なくとも部分
    的にバイアスを低減させる手段とを含んでいることを特
    徴とする半導体チップ。
  29. 【請求項２９】 バイアスを低減させる為の上記手段
    が、上記ＩＧＢＴ領域が順方向導通状態である間に、上
    記Ｐ層から上記Ｎ層へ注入される少数キャリア拡散距離
    のおおよそ３倍を超える間隔を、上記第１領域と第２領
    域との間に横方向にとらせることを含んでいる請求項２
    ８記載のデバイス。
  30. 【請求項３０】 上記第１領域がＩＧＢＴソ−スを含ん
    でいて、 かつ、上記手段が、上記第１領域と上記第２領域との間
    において上記Ｎ層の表面に配置され、かつ上記ＩＧＢＴ
    に接続されているＰ+拡散層を含んでいる請求項２８記
    載のデバイス。
  31. 【請求項３１】さらに、上記Ｎ層表面にあって、 か
    つ、上記第１及び第２領域の間に配置されていて、か
    つ、上記Ｐ層に接続されているＮ+拡散層を含んでいる
    請求項２８記載のデバイス。
  32. 【請求項３２】 上記制御デバイス拡散層を、ＩＧＢＴ
    を定義する上記拡散層に接続する為の接続手段をさらに
    含んでいて、 上記ＩＧＢＴが、上記制御デバイス拡散層からの制御信
    号に応じて動作される請求項２８記載のデバイス。
  33. 【請求項３３】 上記制御デバイス拡散層を、ＩＧＢＴ
    を定義する上記拡散層に接続する為の接続手段をさらに
    含んでいて、 上記ＩＧＢＴが、上記制御デバイス拡散層からの制御信
    号に応じて動作される請求項２９記載のデバイス。
  34. 【請求項３４】 上記制御デバイス拡散層を、ＩＧＢＴ
    を定義する上記拡散層に接続する為の接続手段をさらに
    含んでいて、 上記ＩＧＢＴが、上記制御デバイス拡散層からの制御信
    号に応じて動作される請求項３０記載のデバイス。
  35. 【請求項３５】 上記制御デバイス拡散層を、ＩＧＢＴ
    を定義する上記拡散層に接続する為の接続手段をさらに
    含んでいて、 上記ＩＧＢＴが、上記制御デバイス拡散層からの制御信
    号に応じて動作される請求項３１記載のデバイス。
  36. 【請求項３６】 上記第１及び第２領域の上表面が、狭
    いネック領域で接合されていて、 上記接続手段が、上記狭いネック領域上部で、かつ上記
    狭いネック領域を交差するような導線を含んでいる請求
    項３２記載のデバイス。
  37. 【請求項３７】 上記第１及び第２領域の上表面が、狭
    いネック領域で接合されていて、 上記接続手段が、上記狭いネック領域上部で、かつ上記
    狭いネック領域を交差するような導線を含んでいる請求
    項３３記載のデバイス。
  38. 【請求項３８】 上記第１及び第２領域の上表面が、狭
    いネック領域で接合されていて、 上記接続手段が、上記狭いネック領域上部で、かつ上記
    狭いネック領域を交差するような導線を含んでいる請求
    項３４記載のデバイス。
  39. 【請求項３９】 上記第１及び第２領域の上表面が、狭
    いネック領域で接合されていて、 上記接続手段が、上記狭いネック領域上部で、かつ上記
    狭いネック領域を交差するような導線を含んでいる請求
    項３３記載のデバイス。
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