JPH11345969A - Power semiconductor device - Google Patents

Power semiconductor device

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JPH11345969A
JPH11345969A JP10167743A JP16774398A JPH11345969A JP H11345969 A JPH11345969 A JP H11345969A JP 10167743 A JP10167743 A JP 10167743A JP 16774398 A JP16774398 A JP 16774398A JP H11345969 A JPH11345969 A JP H11345969A
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JP
Japan
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conductivity type
layer
base layer
type base
emitter
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Application number
JP10167743A
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Japanese (ja)
Inventor
Tsuneo Ogura
常雄 小倉
Hideaki Ninomiya
英彰 二宮
Shoichi Yamaguchi
正一 山口
Masahiro Tanaka
雅浩 田中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To shorten the fall time of a power semiconductor device, lower the turning-on voltage of the device, and improve the load short-circuiting resistance of the device by specifying the sizes of an emitter layer of a first conductivity and a contact layer of a second conductivity in the channel widthwise direction. SOLUTION: When the sizes W1 and W2 of an n-type emitter layer 8 and a p-type contact layer 9 in the channel widthwise direction meets a relation, W1/(W1+W2)<=0.4, sizes in an IGBT, the fall time of a power semiconductor device when the device is turned off can be shortened while the increase of the turning-on voltage of the device is suppressed. When the size of the emitter layer 8 in the channel widthwise direction is adjusted to <=3 μm, the latch-up resistance and load short-circuiting resistance of the device can be improved by scarcely raising the turning-on voltage. In addition, since the emitter layer 8 is not brought into contact with an emitter electrode even partially, carriers can be stored in an element and the turning-on voltage of the device can be lowered.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、IGBT(Insula
ted Gate Bipolar Transistor )等の絶縁ゲート型半導
体素子を含む電力用半導体装置に関する。
[0001] The present invention relates to an IGBT (Insula
The present invention relates to a power semiconductor device including an insulated gate semiconductor element such as a ted Gate Bipolar Transistor).

【0002】[0002]

【従来の技術】近年のパワーエレクトロニクス分野にお
ける電源機器の小型化、高性能化への要求を受けて、電
力用半導体素子では、高耐圧化、大電流化と共に、低損
失化、高速化に対する性能改善が注力されている。
2. Description of the Related Art In response to recent demands for miniaturization and high performance of power supply equipment in the field of power electronics, power semiconductor devices have been required to have high withstand voltage, high current, low loss and high speed. Improvement is focused.

【0003】従来、2000V程度以下の耐圧を有する
電力用半導体素子として、IGBTが用いられている。
IGBTは、大別して、基板上にゲート電極を平板状に
設けたプレーナ構造のものと、基板表面のトレンチ内に
ゲート電極を埋込み形成したトレンチ構造のものがあ
る。
Conventionally, an IGBT has been used as a power semiconductor element having a breakdown voltage of about 2000 V or less.
IGBTs are roughly classified into those having a planar structure in which a gate electrode is provided in a plate shape on a substrate, and those having a trench structure in which a gate electrode is buried in a trench on the surface of the substrate.

【0004】一般的には、トレンチ構造を有するIGB
Tの方が、チャネル抵抗を低減させやすい点、ならびに
1チップ内のキャリア注入量を増加させやすい点でプレ
ーナ構造を有するIGBTよりも有利である。
Generally, an IGB having a trench structure
T is more advantageous than an IGBT having a planar structure in that the channel resistance is easily reduced and the carrier injection amount in one chip is easily increased.

【0005】図33に、従来のトレンチ構造を有するI
GBTの断面図を示す。
FIG. 33 shows an I-type semiconductor device having a conventional trench structure.
1 shows a cross-sectional view of a GBT.

【0006】図中、81は高抵抗のn型ベース層を示し
ており、このn型ベース層81の一方の面には高不純物
濃度のn型バッファ層82を介して高不純物濃度のp型
コレクタ層83が形成され、他方の面には複数のトレン
チ84が形成されている。
In the drawing, reference numeral 81 denotes an n-type base layer having a high resistance. One surface of the n-type base layer 81 has a p-type buffer layer 82 having a high impurity concentration via an n-type buffer layer 82 having a high impurity concentration. A collector layer 83 is formed, and a plurality of trenches 84 are formed on the other surface.

【0007】これらのトレンチ84の内部には、ゲート
絶縁膜85を介してゲート電極86が埋め込み形成され
ている。各トレンチ84で挟まれた領域のn型ベース層
81の表面にはp型ベース層87が形成され、このp型
ベース層87の表面にはトレンチ84の側面に接するよ
うにn型エミッタ層88が選択的に形成されている。こ
れにより、n型ベース層81、p型ベース層87、n型
エミッタ層88、ゲート絶縁膜85およびゲート電極8
6によって、図中CH1で示した領域をチャネルとする
電子注入用MOSFETが構成されている。
A gate electrode 86 is buried inside these trenches 84 via a gate insulating film 85. A p-type base layer 87 is formed on the surface of n-type base layer 81 in a region sandwiched between trenches 84, and n-type emitter layer 88 is formed on the surface of p-type base layer 87 so as to be in contact with the side surface of trench 84. Are selectively formed. Thus, the n-type base layer 81, the p-type base layer 87, the n-type emitter layer 88, the gate insulating film 85, and the gate electrode 8
6 constitutes an electron injection MOSFET having a region indicated by CH1 in the drawing as a channel.

【0008】さらに、p型コレクタ層83にはコレクタ
電極89が、n型エミッタ層88およびp型ベース層8
7にはエミッタ電極90が設けられている。
Further, a collector electrode 89 is provided on the p-type collector layer 83, and the n-type emitter layer 88 and the p-type base layer 8
7, an emitter electrode 90 is provided.

【0009】エミッタ電極90は、高不純物濃度のp型
コンタクト層91を介してp型ベース層87にコンタク
トし、n型エミッタ層88には直接コンタクトしてい
る。p型ベース層87とn型エミッタ層88とはエミッ
タ電極90によって短絡されており、奥行方向も同じ構
造で形成されている。
The emitter electrode 90 is in contact with the p-type base layer 87 via the p-type contact layer 91 having a high impurity concentration, and is in direct contact with the n-type emitter layer 88. The p-type base layer 87 and the n-type emitter layer 88 are short-circuited by the emitter electrode 90, and have the same structure in the depth direction.

【0010】このIGBTは、以下のように動作する。This IGBT operates as follows.

【0011】すなわち、コレクタ電極89に正電圧、エ
ミッタ電極90に負電圧を印加した状態で、エミッタ電
極90よりも大きな正電圧をゲート電極86に印加する
と、p型ベース層87のゲート電極86に接した表面が
n型に反転し、n型エミッタ層88から反転層を介して
n型ベース層81に電子が注入されてp型コレクタ層8
3に達する。これに伴い、p型コレクタ層83から正孔
がn型ベース層81に注入される。このように、n型ベ
ース層81に電子および正孔の両方が注入され、導電変
調が起こると、オン電圧が低くなって素子は導通状態に
なる。
That is, when a positive voltage larger than that of the emitter electrode 90 is applied to the gate electrode 86 while a positive voltage is applied to the collector electrode 89 and a negative voltage is applied to the emitter electrode 90, the gate electrode 86 of the p-type base layer 87 is applied to the gate electrode 86. The contacted surface is inverted to the n-type, and electrons are injected from the n-type emitter layer 88 to the n-type base layer 81 via the inversion layer, so that the p-type collector layer 8 is formed.
Reach 3. Accordingly, holes are injected from the p-type collector layer 83 into the n-type base layer 81. As described above, when both electrons and holes are injected into the n-type base layer 81 and conduction modulation occurs, the on-voltage is reduced and the element is brought into a conductive state.

【0012】一方、ターンオフするには、ゲート電極8
6にエミッタ電極90に対して負の電圧を印加する。こ
れにより、ゲート電極86に接したp型ベース層87の
表面に形成されていた反転層が消失して、電子注入が停
止する。一方、n型ベース層81内に蓄積されていた正
孔は、その一部がp型ベース層87を介してエミッタ電
極90に排出され、残りの正孔が電子と再結合して消滅
し、やがて素子はターンオフする。
On the other hand, to turn off the gate electrode 8
6, a negative voltage is applied to the emitter electrode 90. Thus, the inversion layer formed on the surface of the p-type base layer 87 in contact with the gate electrode 86 disappears, and the electron injection stops. On the other hand, a part of the holes accumulated in the n-type base layer 81 is discharged to the emitter electrode 90 through the p-type base layer 87, and the remaining holes recombine with the electrons and disappear. Eventually, the device turns off.

【0013】しかしながら、この種の従来のトレンチ構
造を有するIGBTには、以下に述べるようにいくつか
の問題があった。
However, the conventional IGBT having the trench structure has several problems as described below.

【0014】すなわち、フォールタイムtf を短くしよ
うとすると、オン電圧(Vce(sat))が上昇するという
問題(第1の問題)があった。
[0014] In other words, when you try to shorten the fall time t f, there was a turn-on voltage (Vce (sat)) problem that is raised (the first problem).

【0015】また、IGBTは寄生サイリスタ構造を内
蔵した素子であるため、それがラッチアップしないよう
に設計されている。そのため、GTOなどの各種サイリ
スタと比較してオン電圧が高いという問題(第2の問
題)があった。
Further, since the IGBT is an element having a built-in parasitic thyristor structure, it is designed so that it does not latch up. For this reason, there is a problem (second problem) that the on-voltage is higher than that of various thyristors such as GTO.

【0016】また、オン電圧を低くできても以下のよう
な2つの問題(第3、第4の問題)があった。
Further, even if the on-voltage can be reduced, there are two problems (third and fourth problems) as described below.

【0017】すなわち、IGBTで構成されたインバー
タ回路等の回路において負荷が短絡すると、オン電圧が
低いために負荷短絡時に流れるコレクタ電流が大きくな
り、その結果としてコレクタ電圧とコレクタ電流の積で
決まる発熱量が多くなって、素子が破壊するという問題
が起こる。すなわち、負荷短絡耐量が低下し、素子が破
壊するという問題(第3の問題)があった。
That is, when a load is short-circuited in a circuit such as an inverter circuit composed of IGBTs, the collector current flowing when the load is short-circuited increases due to a low ON voltage, and as a result, heat generated by the product of the collector voltage and the collector current is generated. When the amount increases, a problem that the element is destroyed occurs. That is, there is a problem (third problem) that the load short-circuit withstand capability is reduced and the element is destroyed.

【0018】図34にこのような問題を実験するための
IGBT101、電圧電源102およびゲート回路10
3からなる負荷短絡試験回路、図35にその負荷短絡試
験波形を示す。
FIG. 34 shows an IGBT 101, a voltage power supply 102, and a gate circuit 10 for testing such a problem.
3 shows a load short-circuit test circuit, and FIG. 35 shows a waveform of the load short-circuit test.

【0019】また、オン電圧を低くすると、オン状態で
のコレクタ電流が大きくなるため、寄生サイリスタ構造
がラッチアップしやすくなるという問題(第4の問題)
があった。
Further, when the on-voltage is reduced, the collector current in the on-state is increased, so that the parasitic thyristor structure is easily latched up (fourth problem).
was there.

【0020】また、素子の微細化を図る際には、図32
に示したように、p型ベース層87の表面に高不純物濃
度のp型コンタクト層91を拡散形成して、エミッタ電
極90のコンタクト抵抗の増加を抑制する必要がある。
In order to miniaturize the element, FIG.
As shown in (1), it is necessary to diffuse the high impurity concentration p-type contact layer 91 on the surface of the p-type base layer 87 to suppress an increase in the contact resistance of the emitter electrode 90.

【0021】しかし、p型コンタクト層の形成の際にp
型不純物がn型エミッタ層88中に拡散し、チャネルが
形成されるべき領域のn型エミッタ層88が素子特性の
劣化を招く程度まで減少したり、最悪の場合にはチャネ
ルが形成されるべき領域のn型エミッタ層88が消滅す
るという問題(第5の問題)が起こる。
However, when forming the p-type contact layer,
The type impurity diffuses into the n-type emitter layer 88, and the n-type emitter layer 88 in the region where the channel is to be formed is reduced to such a degree as to cause deterioration of the device characteristics. In the worst case, the channel should be formed. A problem (fifth problem) occurs that the n-type emitter layer 88 in the region disappears.

【0022】[0022]

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来のト
レンチ構造を有するIGBTには、種々の問題(第1〜
第5の問題)があった。
As described above, the conventional IGBT having the trench structure has various problems (first to first problems).
Fifth problem).

【0023】すなわち、オン電圧の上昇を招くことな
く、フォールタイムtf を短くすることが困難であると
いう問題(第1の問題)があった。
[0023] That is, without increasing the on-voltage, a problem that it is difficult to shorten the fall time t f (first problem) had.

【0024】また、IGBTは、寄生サイリスタ構造が
ラッチアップしないように設計されているため、GTO
などの各種サイリスタと比較してオン電圧が高いという
問題(第2の問題)があった。
Also, since the IGBT is designed so that the parasitic thyristor structure does not latch up, the GTO
There is a problem (second problem) that the on-state voltage is higher than various thyristors.

【0025】また、オン電圧を低くすると、負荷短絡時
に流れるコレクタ電流が大きくなるため、負荷短絡耐量
が低下するという問題(第3の問題)があった。
Further, when the ON voltage is reduced, the collector current flowing when the load is short-circuited becomes large, so that the load short-circuit withstand capability is reduced (third problem).

【0026】また、オン電圧を低くすると、オン状態で
のコレクタ電流が大きくなるため、寄生サイリスタ構造
がラッチアップしやすくなるという問題(第4の問題)
があった。
When the on-voltage is reduced, the collector current in the on-state is increased, so that the parasitic thyristor structure is easily latched up (fourth problem).
was there.

【0027】また、素子の微細化により生じる、エミッ
タ電極のコンタクト抵抗の上昇を防止するために、p型
ベース層の表面に高不純物濃度のp型コンタクト層を拡
散形成すると、p型不純物がn型エミッタ層中に拡散す
ることによって、チャネルが形成される領域(チャネル
領域)のn型エミッタ層が素子特性の劣化を招く程度ま
で減少したり、あるいはチャネル領域のn型エミッタ層
が消滅するという問題(第5の問題)があった。
In order to prevent an increase in the contact resistance of the emitter electrode caused by miniaturization of the element, a p-type contact layer having a high impurity concentration is formed by diffusion on the surface of the p-type base layer. The n-type emitter layer in the region where the channel is formed (channel region) is reduced to such an extent that the device characteristics are degraded, or the n-type emitter layer in the channel region disappears due to the diffusion into the type emitter layer. There was a problem (fifth problem).

【0028】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、上述した第1ないし第
5の問題を解決できるIGBTを有する電力用半導体装
置を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a power semiconductor device having an IGBT that can solve the above first to fifth problems. .

【0029】[0029]

【課題を解決するための手段】[構成]上記目的を達成
するために、本発明に係る第1の電力用半導体装置は、
絶縁ゲート型電力用半導体素子を含む電力用半導体装置
であって、絶縁ゲート型電力用半導体素子が、高抵抗の
第1導電型ベース層と、この第1導電型ベース層の表面
に形成された第2導電型ベース層と、この第2導電型ベ
ース層の表面に選択的に形成された第1導電型エミッタ
層と、この第1導電型エミッタ層および前記第2導電型
ベース層を貫通し、前記第1導電型ベース層の途中の深
さまで達した溝内に、ゲート絶縁膜を介して埋込み形成
されたゲート電極と、前記第2導電型ベース層の表面
に、前記溝および前記第1導電型エミッタ層に接するよ
うに選択的に形成された第2導電型コンタクト層と、前
記第1導電型エミッタ層が形成された表面とは反対側の
前記第1導電型ベース層の表面に形成された第2導電型
コレクタ層と、前記第1導電型エミッタ層に設けられる
とともに、前記第2導電型コンタクト層を介して前記第
2導電型ベース層に設けられたエミッタ電極と、前記第
2導電型コレクタ層に設けられたコレクタ電極とを備
え、前記第1導電型エミッタ層および前記第2導電型コ
ンタクト層のチャネル幅方向の寸法をそれぞれW1およ
びW2とした場合に、W1/(W1+W2)≦0.4の
条件を満たすことを特徴とする。
[Means for Solving the Problems] [Structure] To achieve the above object, a first power semiconductor device according to the present invention comprises:
A power semiconductor device including an insulated gate power semiconductor element, wherein the insulated gate power semiconductor element is formed on a high resistance first conductivity type base layer and a surface of the first conductivity type base layer. A second conductivity type base layer, a first conductivity type emitter layer selectively formed on the surface of the second conductivity type base layer, and penetrating the first conductivity type emitter layer and the second conductivity type base layer. A gate electrode buried through a gate insulating film in a groove reaching a middle depth of the first conductive type base layer; and a groove and the first conductive layer on a surface of the second conductive type base layer. A second conductivity type contact layer selectively formed to be in contact with the conductivity type emitter layer; and a second conductivity type contact layer formed on a surface of the first conductivity type base layer opposite to a surface on which the first conductivity type emitter layer is formed. The second conductivity type collector layer, An emitter electrode provided on the one conductivity type emitter layer, provided on the second conductivity type base layer via the second conductivity type contact layer, and a collector electrode provided on the second conductivity type collector layer. And satisfying the condition of W1 / (W1 + W2) ≦ 0.4 when the dimensions of the first conductivity type emitter layer and the second conductivity type contact layer in the channel width direction are W1 and W2, respectively. I do.

【0030】ここで、W1は3μm以下であることが好
ましい。
Here, W1 is preferably 3 μm or less.

【0031】また、前記第1導電型エミッタ層と前記第
2導電型コンタクト層は、第2導電型ベース層の表面に
ストライプ状の形状でもって交互に選択的に形成されて
いることが好ましい。
It is preferable that the first conductivity type emitter layer and the second conductivity type contact layer are alternately formed in a stripe shape on the surface of the second conductivity type base layer.

【0032】また、本願発に係る第2の電力用半導体装
置は、絶縁ゲート型電力用半導体素子を含む電力用半導
体装置であって、絶縁ゲート型電力用半導体素子が、高
抵抗の第1導電型ベース層と、この第1導電型ベース層
の表面に形成された第2導電型ベース層と、この第2導
電型ベース層の表面に選択的に形成された第1導電型エ
ミッタ層と、この第1導電型エミッタ層および前記第2
導電型ベース層を貫通し、前記第1導電型ベース層の途
中の深さまで達した溝内に、ゲート絶縁膜を介して埋込
み形成されたゲート電極と、前記第2導電型ベース層の
表面に、前記溝および前記第1導電型エミッタ層に接す
るように選択的に形成された第2導電型コンタクト層
と、前記第1導電型エミッタ層が形成された表面とは反
対側の前記第1導電型ベース層の表面に形成された第2
導電型コレクタ層と、前記第1導電型エミッタ層に設け
られるとともに、前記第2導電型コンタクト層を介して
前記第2導電型ベース層に設けられたエミッタ電極と、
前記第2導電型コレクタ層に設けられたコレクタ電極と
を備え、前記第1導電型エミッタ層のチャネル幅方向の
寸法が3μm以下であることを特徴とする。
A second power semiconductor device according to the present invention is a power semiconductor device including an insulated gate power semiconductor device, wherein the insulated gate power semiconductor device is a high-resistance first conductive semiconductor device. A mold base layer, a second conductivity type base layer formed on the surface of the first conductivity type base layer, a first conductivity type emitter layer selectively formed on the surface of the second conductivity type base layer, The first conductive type emitter layer and the second conductive type
A gate electrode penetrating through the conductive type base layer and reaching a depth in the middle of the first conductive type base layer via a gate insulating film, and a gate electrode buried through the surface of the second conductive type base layer. A second conductivity type contact layer selectively formed so as to be in contact with the groove and the first conductivity type emitter layer; and a first conductivity type opposite to a surface on which the first conductivity type emitter layer is formed. The second formed on the surface of the mold base layer
A conductivity type collector layer, an emitter electrode provided on the first conductivity type emitter layer, and provided on the second conductivity type base layer via the second conductivity type contact layer;
A collector electrode provided on the second conductivity type collector layer, wherein a dimension of the first conductivity type emitter layer in a channel width direction is 3 μm or less.

【0033】また、本願発に係る第3の電力用半導体装
置は、絶縁ゲート型電力用半導体素子を含む電力用半導
体装置であって、絶縁ゲート型電力用半導体素子が、高
抵抗の第1導電型ベース層と、この第1導電型ベース層
の表面に形成された第2導電型ベース層と、この第2導
電型ベース層の表面に選択的に形成された第1導電型エ
ミッタ層および第2導電型コレクタ層と、この第1導電
型エミッタ層および前記第2導電型ベース層を貫通し、
前記第1導電型ベース層の途中の深さまで達した溝内
に、ゲート絶縁膜を介して埋込み形成されたゲート電極
と、前記第1導電型エミッタ層が形成された表面とは反
対側の前記第1導電型ベース層の表面に形成された第2
導電型コレクタ層と、前記第1導電型エミッタ層に設け
られるとともに、前記第2導電型コンタクト層を介して
前記第2導電型ベース層に設けられたエミッタ電極と、
前記第2導電型コレクタ層に設けられたコレクタ電極と
を備え、前記溝は複数形成されており、こららの溝によ
って複数に分割された前記第1導電型エミッタ層のうち
の一部は、前記エミッタ電極と電気的に接続されておら
ず、前記複数に分割された前記第1導電型エミッタ層の
うち、前記エミッタ電極と電気的に接続されたものにつ
いては、前記第1導電型エミッタ層および前記2型コン
タクト層のチャネル幅方向の寸法をそれぞれW1および
W2とした場合に、W1/(W1+W2)≦0.4の条
件を満たすことを特徴とする。
A third power semiconductor device according to the present invention is a power semiconductor device including an insulated gate power semiconductor device, wherein the insulated gate power semiconductor device is a high-resistance first conductive semiconductor device. A base layer, a second conductive type base layer formed on the surface of the first conductive type base layer, a first conductive type emitter layer selectively formed on the surface of the second conductive type base layer, and a second conductive type base layer. A second conductivity type collector layer, a first conductivity type emitter layer and the second conductivity type base layer,
A gate electrode buried through a gate insulating film in a groove reaching a depth in the middle of the first conductivity type base layer, and a gate electrode on a side opposite to a surface on which the first conductivity type emitter layer is formed. The second conductive layer formed on the surface of the first conductive type base layer
A conductivity type collector layer, an emitter electrode provided on the first conductivity type emitter layer, and provided on the second conductivity type base layer via the second conductivity type contact layer;
A collector electrode provided on the second conductivity type collector layer, wherein a plurality of the grooves are formed, and a part of the first conductivity type emitter layer divided into a plurality by the grooves, The first conductive type emitter layer which is not electrically connected to the emitter electrode and is electrically connected to the emitter electrode among the plurality of divided first conductive type emitter layers. When the dimensions of the second type contact layer in the channel width direction are W1 and W2, respectively, the condition of W1 / (W1 + W2) ≦ 0.4 is satisfied.

【0034】また、本願発に係る第4の電力用半導体装
置は、絶縁ゲート型電力用半導体素子を含む電力用半導
体装置であって、絶縁ゲート型電力用半導体素子が、高
抵抗の第1導電型ベース層と、この第1導電型ベース層
の表面に形成された第2導電型ベース層と、この第2導
電型ベース層の表面に選択的に形成された第1導電型エ
ミッタ層と、この第1導電型エミッタ層および前記第2
導電型ベース層を貫通し、前記第1導電型ベース層の途
中の深さまで達した溝内に、ゲート絶縁膜を介して埋込
み形成されたゲート電極と、ターンオフ時または過電流
導通時に、前記第1導電型エミッタ層が形成された前記
第2導電型ベース層を介さずに素子外にキャリアを排出
させる手段と、前記第1導電型エミッタ層が形成された
表面とは反対側の前記第1導電型ベース層の表面に形成
された第2導電型コレクタ層と、前記第1導電型エミッ
タ層および前記第2導電型ベース層に設けられたエミッ
タ電極と、前記第2導電型コレクタ層に設けられたコレ
クタ電極とを備えていることを特徴とする。
A fourth power semiconductor device according to the present invention is a power semiconductor device including an insulated gate power semiconductor device, wherein the insulated gate power semiconductor device is a high-resistance first conductive semiconductor device. A mold base layer, a second conductivity type base layer formed on the surface of the first conductivity type base layer, a first conductivity type emitter layer selectively formed on the surface of the second conductivity type base layer, The first conductive type emitter layer and the second conductive type
A gate electrode pierced through a conductive type base layer and buried through a gate insulating film in a groove reaching a depth in the middle of the first conductive type base layer. Means for discharging carriers to the outside of the device without passing through the second conductivity type base layer on which the one conductivity type emitter layer is formed, and the first conductive type emitter layer on the side opposite to the surface on which the first conductivity type emitter layer is formed. A second conductivity type collector layer formed on the surface of the conductivity type base layer; an emitter electrode provided on the first conductivity type emitter layer and the second conductivity type base layer; and a second conductivity type collector layer provided on the second conductivity type collector layer And a collector electrode provided.

【0035】より具体的な構成は、以下の第本願発に係
る5、第6の電力用半導体装置の通りである。
More specific configurations are as described below in the fifth and sixth power semiconductor devices according to the present invention.

【0036】すなわち、本願発に係る第5の電力用半導
体装置は、絶縁ゲート型電力用半導体素子を含む電力用
半導体装置であって、絶縁ゲート型電力用半導体素子
が、高抵抗の第1導電型ベース層と、この第1導電型ベ
ース層の表面に形成された第2導電型ベース層と、この
第2導電型ベース層の表面に選択的に形成された第1導
電型エミッタ層と、この第1導電型エミッタ層および前
記第2導電型ベース層を貫通し、前記第1導電型ベース
層の途中の深さまで達した溝内に、ゲート絶縁膜を介し
て埋込み形成されたゲート電極と、前記第2導電型ベー
ス層の表面にかつ前記溝の間で前記第1導電型エミッタ
層が形成されていない領域に形成された高不純物濃度の
第2導電型ドレイン層と、前記第1導電型エミッタ層が
形成された表面とは反対側の前記第1導電型ベース層の
表面に形成された第2導電型コレクタ層と、前記第1導
電型エミッタ層および前記第2導電型ベース層に設けら
れたエミッタ電極と、前記第2導電型ドレイン層に設け
られ、前記エミッタ電極と電気的に接続されたドレイン
電極と、前記第2導電型コレクタ層に設けられたコレク
タ電極とを備えていることを特徴とする。
That is, a fifth power semiconductor device according to the present invention is a power semiconductor device including an insulated gate power semiconductor device, wherein the insulated gate power semiconductor device is a high-resistance first conductive semiconductor device. A mold base layer, a second conductivity type base layer formed on the surface of the first conductivity type base layer, a first conductivity type emitter layer selectively formed on the surface of the second conductivity type base layer, A gate electrode buried through a gate insulating film in a groove penetrating the first conductivity type emitter layer and the second conductivity type base layer and reaching a middle depth of the first conductivity type base layer; A second conductive type drain layer having a high impurity concentration formed on a surface of the second conductive type base layer and in a region between the trenches where the first conductive type emitter layer is not formed; Is the surface on which the emitter layer is formed A second conductive type collector layer formed on the surface of the first conductive type base layer on the opposite side; an emitter electrode provided on the first conductive type emitter layer and the second conductive type base layer; A drain electrode provided on the conductive type drain layer and electrically connected to the emitter electrode; and a collector electrode provided on the second conductive type collector layer.

【0037】また、本願発に係る第6の電力用半導体装
置は、絶縁ゲート型電力用半導体素子を含む電力用半導
体装置であって、絶縁ゲート型電力用半導体素子が、高
抵抗の第1導電型ベース層と、この第1導電型ベース層
の表面に形成された第2導電型ベース層と、この第2導
電型ベース層の表面に選択的に形成された第1導電型エ
ミッタ層と、この第1導電型エミッタ層および前記第2
導電型ベース層を貫通し、前記第1導電型ベース層の途
中の深さまで達した溝内に、ゲート絶縁膜を介して埋込
み形成されたゲート電極と、前記第1導電型ベース層の
表面に選択的に形成され、前記第2導電型ベース層の多
数キャリアと同極性のキャリアを排出するための第2導
電型ドレイン層と、この第2導電型ドレイン層を介して
素子外に排出される前記キャリアの量を制御するキャリ
ア制御手段と、前記第1導電型エミッタ層が形成された
表面とは反対側の前記第1導電型ベース層の表面に形成
された第2導電型コレクタ層と、前記第1導電型エミッ
タ層および前記第2導電型ベース層に設けられたエミッ
タ電極と、前記第2導電型ドレイン層に設けられ、前記
エミッタ電極と電気的に接続されたドレイン電極と、前
記第2導電型コレクタ層に設けられたコレクタ電極とを
備えていることを特徴とする。
A sixth power semiconductor device according to the present invention is a power semiconductor device including an insulated gate power semiconductor device, wherein the insulated gate power semiconductor device is a high-resistance first conductive semiconductor device. A mold base layer, a second conductivity type base layer formed on the surface of the first conductivity type base layer, a first conductivity type emitter layer selectively formed on the surface of the second conductivity type base layer, The first conductive type emitter layer and the second conductive type
A gate electrode penetrating through the conductive type base layer and buried through a gate insulating film in a groove reaching a depth in the middle of the first conductive type base layer; and a surface of the first conductive type base layer. A second conductivity type drain layer selectively formed and for discharging carriers having the same polarity as the majority carrier of the second conductivity type base layer, and discharged to the outside of the element through the second conductivity type drain layer. Carrier control means for controlling the amount of the carrier, a second conductivity type collector layer formed on the surface of the first conductivity type base layer opposite to the surface on which the first conductivity type emitter layer is formed, An emitter electrode provided on the first conductivity type emitter layer and the second conductivity type base layer; a drain electrode provided on the second conductivity type drain layer and electrically connected to the emitter electrode; 2-conductivity type Characterized in that it comprises a collector electrode provided on the data layer.

【0038】ここで、キャリア制御手段は、ターンオン
時における前記キャリアの排出量を低減させ、ターンオ
フ時または過電流通電時における前記キャリアの排出量
を増加させるものであることが好ましい。
Here, it is preferable that the carrier control means reduces the discharge amount of the carrier at the time of turn-on and increases the discharge amount of the carrier at the time of turn-off or overcurrent application.

【0039】また、本願発に係る第7の電力用半導体装
置は、絶縁ゲート型電力用半導体素子を含む電力用半導
体装置であって、絶縁ゲート型電力用半導体素子が、高
抵抗の第1導電型ベース層と、この第1導電型ベース層
の表面に形成された第2導電型ベース層と、この第2導
電型ベース層の表面に選択的に形成された第1導電型エ
ミッタ層と、前記第2導電型ベース層ならびに前記第1
導電型エミッタ層を貫通し、前記第1導電型ベース層の
途中の深さまで達した溝内に、ゲート絶縁膜を介して埋
込み形成されたゲート電極と、前記第1導電型エミッタ
層が形成された表面とは反対側の前記第1導電型ベース
層の表面に形成された第2導電型コレクタ層と、前記第
1導電型エミッタ層および前記第2導電型ベース層と接
続されたエミッタ電極と、前記第2導電型コレクタ層に
設けられたコレクタ電極と備え、前記エミッタ電極が前
記第1導電型エミッタ層と接続する領域を所定の間隔で
形成することにより、前記第1導電型ベース層中の前記
第2導電型ベース層側のキャリア濃度をオン状態で高く
なるようにしたことを特徴とする。
A seventh power semiconductor device according to the present invention is a power semiconductor device including an insulated gate power semiconductor device, wherein the insulated gate power semiconductor device is a high-resistance first conductive semiconductor device. A mold base layer, a second conductivity type base layer formed on the surface of the first conductivity type base layer, a first conductivity type emitter layer selectively formed on the surface of the second conductivity type base layer, The second conductive type base layer and the first conductive type base layer;
A gate electrode buried through a gate insulating film and the first conductivity type emitter layer are formed in a trench penetrating the conductivity type emitter layer and reaching a depth in the middle of the first conductivity type base layer. A second conductivity type collector layer formed on the surface of the first conductivity type base layer opposite to the surface, and an emitter electrode connected to the first conductivity type emitter layer and the second conductivity type base layer. A collector electrode provided on the second conductivity type collector layer, and a region where the emitter electrode is connected to the first conductivity type emitter layer is formed at a predetermined interval, so that the first conductivity type base layer Wherein the carrier concentration on the side of the second conductivity type base layer is increased in the ON state.

【0040】また、本願発に係る第8の電力用半導体装
置は、絶縁ゲート型電力用半導体素子を含む電力用半導
体装置であって、絶縁ゲート型電力用半導体素子が、高
抵抗の第1導電型ベース層と、この第1導電型ベース層
の表面に形成された第2導電型ベース層と、この第2導
電型ベース層の表面に選択的に形成された第1導電型エ
ミッタ層第2導電型コンタクト層と、この第1導電型エ
ミッタ層および前記第2導電型ベース層を貫通し、前記
第1導電型ベース層の途中の深さまで達した溝内に、ゲ
ート絶縁膜を介して埋込み形成されたゲート電極と、前
記第1導電型エミッタ層が形成された表面とは反対側の
前記第1導電型ベース層の表面に形成された第2導電型
コレクタ層と、前記第1導電型エミッタ層に設けられる
とともに、前記第2導電型コンタクト層を介して前記第
2導電型ベース層に設けられたエミッタ電極と、前記第
2導電型コレクタ層に設けられたコレクタ電極とを備
え、前記第2導電型コンタクト層は、前記第1導電型エ
ミッタ層のうち、チャネルが形成されるところの前記溝
に接したエッジ部分に接していないことを特徴とする。
An eighth power semiconductor device according to the present invention is a power semiconductor device including an insulated gate power semiconductor element, wherein the insulated gate power semiconductor element is a high-resistance first conductive semiconductor element. A base layer, a second conductivity type base layer formed on the surface of the first conductivity type base layer, and a first conductivity type emitter layer selectively formed on the surface of the second conductivity type base layer. A conductive type contact layer, and a trench penetrating through the first conductive type emitter layer and the second conductive type base layer and reaching a depth halfway through the first conductive type base layer, is buried via a gate insulating film. A gate electrode formed, a second conductivity type collector layer formed on the surface of the first conductivity type base layer opposite to the surface on which the first conductivity type emitter layer is formed, and the first conductivity type. An emitter layer; An emitter electrode provided on the second conductive type base layer via a conductive type contact layer, and a collector electrode provided on the second conductive type collector layer, wherein the second conductive type contact layer is It is characterized in that it is not in contact with an edge portion of the one conductivity type emitter layer which is in contact with the groove where a channel is formed.

【0041】[作用]本発明者らの研究によれば、IG
BTにおいて、そのn型エミッタ層およびp型コンタク
ト層のチャネル幅方向の寸法をそれぞれW1およびW2
とした場合に、W1/(W1+W2)≦0.4にしたと
ころ、オン電圧の増加を抑制したままでターンオフ時の
フォールタイムを短くできることが明らかになった。し
たがって、本発明(請求項1,2)によれば、オン電圧
の上昇を招くことなく、フォールタイムを短くできるよ
うになる。すなわち、第1の問題を解決できるようにな
る。
[Action] According to the study of the present inventors, IG
In the BT, the dimensions of the n-type emitter layer and the p-type contact layer in the channel width direction are W1 and W2, respectively.
When W1 / (W1 + W2) ≦ 0.4, it was found that the fall time at the time of turn-off can be shortened while suppressing the increase of the on-voltage. Therefore, according to the present invention (claims 1 and 2), the fall time can be shortened without increasing the on-voltage. That is, the first problem can be solved.

【0042】また、本発明者らの研究によれば、IGB
Tにおいて、そのn型エミッタ層のチャネル幅方向の寸
法を3μm以下にしたところ、オン電圧の上昇をほとん
ど生じることなく、ラッチアップ耐量と負荷短絡耐量を
向上できることが明らかになった。したがって、本発明
(請求項3)によれば、第3および第4の問題を解決で
きるようになる。
According to the study of the present inventors, IGB
At T, it was found that when the dimension of the n-type emitter layer in the channel width direction was 3 μm or less, the latch-up resistance and the load short-circuit resistance could be improved with almost no increase in on-voltage. Therefore, according to the present invention (claim 3), the third and fourth problems can be solved.

【0043】また、本発明(請求項4)によれば、第1
導電型エミッタ層の一部がエミッタ電極と接続されてい
ない構成になっているので、オン状態において素子内に
キャリアを効果的に蓄積でき、これによりオン電圧を低
くできるようになる。しかも、本発明では、W1/(W
1+W2)≦0.4にしてあるので、ターンオフ時のフ
ォールタイムを短くすることもできるようになる。すな
わち、第1および第2の問題を解決できるようになる。
According to the present invention (claim 4), the first
Since a part of the conductive type emitter layer is not connected to the emitter electrode, carriers can be effectively accumulated in the device in the ON state, and the ON voltage can be reduced. Moreover, in the present invention, W1 / (W
Since 1 + W2) ≦ 0.4, the fall time at turn-off can be shortened. That is, the first and second problems can be solved.

【0044】また、本発明(請求項5)によれば、負荷
短絡時に、第1導電型エミッタ層が形成された第2導電
型ベース層を介さずに素子外にキャリアを排出させるこ
とができるので、負荷短絡によって素子内に過電流が流
れるようになっても、素子外にキャリアを効果的に排出
されるので、過電流による素子破壊を効果的に防止でき
るようになる。
Further, according to the present invention (claim 5), when a load is short-circuited, carriers can be discharged out of the element without passing through the second conductivity type base layer on which the first conductivity type emitter layer is formed. Therefore, even if an overcurrent flows into the element due to a load short circuit, the carriers are effectively discharged out of the element, so that element destruction due to the overcurrent can be effectively prevented.

【0045】したがって、本発明によれば、オン電圧が
低くなる構造を導入した結果、負荷短絡時に流れるコレ
クタ電流が大きくなっても、負荷短絡耐量の低下を防止
できるようになる。すなわち、第3の問題を解決できる
ようになる。
Therefore, according to the present invention, even if the collector current flowing when the load is short-circuited becomes large as a result of introducing the structure in which the ON voltage is reduced, it is possible to prevent the load short-circuit withstand capability from being lowered. That is, the third problem can be solved.

【0046】また、本発明によれば、ターンオフ時に、
第1導電型エミッタ層が形成された第2導電型ベース層
を介さずに素子外にキャリアを排出させることができる
ので、第1導電型エミッタ層と第2導電型コレクタ層と
の間の領域のキャリアを効果的に排出でき、これにより
寄生サイリスタ構造がラッチアップするような大きな電
流が上記領域内に流れることを防止できるようになる。
According to the present invention, at the time of turn-off,
Since carriers can be discharged out of the device without passing through the second conductivity type base layer on which the first conductivity type emitter layer is formed, a region between the first conductivity type emitter layer and the second conductivity type collector layer is formed. Carriers can be effectively discharged, thereby preventing a large current that would latch up the parasitic thyristor structure from flowing into the region.

【0047】したがって、本発明によれば、正孔をチャ
ネル領域ではないところに流すようにした構造を導入し
た結果、オン状態でのコレクタ電流が大きくなっても、
寄生サイリスタ構造のラッチアップ発生を防止できるよ
うになる。すなわち、第4の問題を解決できるようにな
る。
Therefore, according to the present invention, as a result of introducing a structure in which holes flow to a place other than the channel region, even if the collector current in the ON state becomes large,
Latch-up of the parasitic thyristor structure can be prevented. That is, the fourth problem can be solved.

【0048】また、本発明(請求項6)によれば、負荷
短絡によって素子内に過電流が流れるようになっても、
素子内の電流は通常の排出経路の他に、高不純物濃度の
p型層を介しても素子外に排出されるので、過電流によ
る素子破壊を効果的に防止できるようになる。
According to the present invention (claim 6), even if an overcurrent flows in the element due to a load short circuit,
Since the current in the device is discharged out of the device through a p-type layer having a high impurity concentration in addition to a normal discharge path, the device can be effectively prevented from being destroyed due to an overcurrent.

【0049】したがって、本発明によれば、正孔をチャ
ネル領域ではないところに流すようにした構造を導入し
た結果、負荷短絡時に流れるコレクタ電流が大きくなっ
ても、素子の破壊を防止できるようになる。すなわち、
第3の問題を解決できるようになる。
Therefore, according to the present invention, as a result of introducing a structure in which holes flow to a place other than the channel region, even if the collector current flowing when the load is short-circuited becomes large, the element can be prevented from being destroyed. Become. That is,
The third problem can be solved.

【0050】また、本発明によれば、素子内の電流は通
常の排出経路の他に、高不純物濃度のp型層を介しても
素子外に排出されるので、第1導電型エミッタ層と第2
導電型コレクタ層との間の領域のキャリア密度を効果的
に低くでき、これにより寄生サイリスタ構造がラッチア
ップするような大きな電流が上記領域内に流れることを
防止できるようになる。
Further, according to the present invention, the current in the device is discharged out of the device through the p-type layer having a high impurity concentration in addition to the normal discharge path. Second
The carrier density in the region between the conductive type collector layer and the conductive type collector layer can be effectively reduced, so that a large current that would cause the parasitic thyristor structure to latch up can be prevented from flowing into the region.

【0051】したがって、本発明によれば、正孔をチャ
ネル領域ではないところに流すようにした構造を導入し
た結果、オン状態でのコレクタ電流が大きくなっても、
寄生サイリスタ構造のラッチアップ発生を防止できるよ
うになる。すなわち、第4の問題を解決できるようにな
る。
Therefore, according to the present invention, as a result of introducing a structure in which holes flow to a place other than the channel region, even if the collector current in the ON state becomes large,
Latch-up of the parasitic thyristor structure can be prevented. That is, the fourth problem can be solved.

【0052】また、本発明(請求項7,8)によれば、
キャリア密度制御手段によって、過電流通電時における
第2導電型ドレイン層から排出されるキャリアの量を多
くすることによって、負荷短絡耐量の増加を図れる。す
なわち、第3の問題を解決できるようになる。
According to the present invention (claims 7 and 8),
By increasing the amount of the carrier discharged from the second conductivity type drain layer when the overcurrent is applied by the carrier density control means, the load short-circuit withstand capability can be increased. That is, the third problem can be solved.

【0053】また、本発明によれば、キャリア密度制御
手段によって、ターンオフ時における第2導電型ドレイ
ン層から素子外に排出されるキャリアの量を多くするこ
とによって、第1導電型エミッタ層と第2導電型コレク
タ層との間の領域のキャリアを効果的に排出できるの
で、寄生サイリスタ構造がラッチアップするような大き
な電流が素子内に流れることを防止できるようになる。
Further, according to the present invention, the amount of carriers discharged from the second conductivity type drain layer to the outside of the device at the time of turn-off by the carrier density control means is increased, so that the first conductivity type emitter layer and the first conductivity type emitter layer are separated. Carriers in the region between the two-conductivity-type collector layer can be effectively discharged, so that a large current such as a latch-up of the parasitic thyristor structure can be prevented from flowing into the device.

【0054】したがって、本発明によれば、ターンオフ
時のキャリア排出量を増加させる構造を導入した結果、
オン状態でのコレクタ電流が大きくなっても、寄生サイ
リスタ構造のラッチアップ発生を防止できるようにな
る。すなわち、第4の問題を解決できるようになる。
Therefore, according to the present invention, as a result of introducing a structure for increasing the carrier discharge amount at the time of turn-off,
Even if the collector current in the ON state increases, latch-up of the parasitic thyristor structure can be prevented. That is, the fourth problem can be solved.

【0055】また、本発明によれば、キャリア密度制御
手段によって、ターンオン状態における第2導電型ドレ
イン層から排出されるキャリアの量を減らすことによっ
て、第1導電型エミッタ層と第2導電型コレクタ層との
間の領域のキャリア密度を効果的に高くできるので、オ
ン電圧の低減化を図れる。
Further, according to the present invention, the amount of carriers discharged from the drain layer of the second conductivity type in the turn-on state is reduced by the carrier density control means, whereby the emitter layer of the first conductivity type and the collector of the second conductivity type are reduced. Since the carrier density in the region between the layers can be effectively increased, the on-voltage can be reduced.

【0056】また、本発明(請求項9)によれば、チャ
ネル幅方向に関して第1導電型エミッタ層が離れて形成
されているので、これらの第1導電型エミッタ層の間隔
を広くすれば、それらの第1導電型エミッタ層で挟まれ
た領域の第2導電型ベース層の幅は広くなる。
Further, according to the present invention (claim 9), since the first conductivity type emitter layers are formed apart from each other in the channel width direction, if the distance between these first conductivity type emitter layers is widened, The width of the second conductivity type base layer in the region sandwiched between the first conductivity type emitter layers is increased.

【0057】これにより、第1導電型エミッタ層で挟ま
れた領域の幅の広い第2導電型ベース層の抵抗を、上記
第1導電型エミッタ層の抵抗よりも高くできる。
Thus, the resistance of the second conductive type base layer having a wide region between the first conductive type emitter layers can be made higher than the resistance of the first conductive type emitter layer.

【0058】このように第2導電型ベース層の抵抗を高
くすれば、ターンオン時には、大部分のキャリア(正孔
または電子)は抵抗の高い第2導電型ベース層下を通ら
ずに、抵抗の低い第1導電型エミッタ層下を通るように
なる。
By increasing the resistance of the second conductivity type base layer in this manner, most of the carriers (holes or electrons) do not pass under the high resistance second conductivity type base layer at the time of turn-on. It passes under the lower first conductivity type emitter layer.

【0059】その結果、エミッタ電極側のキャリア(正
孔または電子)が高くなり、第1導電型エミッタ層から
上記キャリアとは逆極性のキャリア(電子または正孔)
の注入が促進されてオン抵抗が低くなる。
As a result, carriers (holes or electrons) on the side of the emitter electrode are increased, and carriers (electrons or holes) having a polarity opposite to that of the carriers from the first conductivity type emitter layer.
Implantation is promoted, and the on-resistance decreases.

【0060】一方、ターンオフ時や負荷短絡時など素子
内の電流密度が高くなる時は、キャリア(正孔または電
子)は第1導電型エミッタ層下にのみ集中せず、一旦広
い領域の第2導電型ベース層中に入ってからエミッタ電
極に抜けるバイパス経路も存在するので、寄生サイリス
タ構造のラッチアップ防止や負荷短絡耐量の向上を図れ
るようになる。
On the other hand, when the current density in the device becomes high, such as at the time of turn-off or load short-circuit, carriers (holes or electrons) do not concentrate only under the first conductivity type emitter layer, but once the second region of the wide region Since there is also a bypass path that enters the conductive base layer and then escapes to the emitter electrode, it is possible to prevent the latch-up of the parasitic thyristor structure and to improve the load short-circuit tolerance.

【0061】したがって、本発明によれば、オン電圧を
低くできるとともに、負荷短絡等によって素子内の電流
密度が高くなっても、寄生サイリスタ構造のラッチアッ
プ防止や負荷短絡耐量の向上を図れるようになる。すな
わち、第3および第4の問題を解決できるようになる。
Therefore, according to the present invention, the ON voltage can be reduced, and even if the current density in the element is increased due to a load short circuit or the like, the latch-up of the parasitic thyristor structure can be prevented and the load short-circuit tolerance can be improved. Become. That is, the third and fourth problems can be solved.

【0062】また、本発明(請求項10)によれば、第
2導電型コンタクト層は、第1導電型エミッタ層のう
ち、チャネルが形成されるところの溝に接したエッジ部
分に接しないパターンを持っているので、第2導電型コ
ンタクト層を形成する際の拡散工程で、第2導電型不純
物がチャネル領域にまで拡散することを防止できる。
According to the present invention (claim 10), the second conductivity type contact layer is a pattern that does not contact the edge portion of the first conductivity type emitter layer that is in contact with the groove where the channel is formed. Therefore, in the diffusion step when forming the second conductivity type contact layer, the second conductivity type impurity can be prevented from diffusing into the channel region.

【0063】したがって、本発明によれば、素子の微細
化を進めてチャネル領域が縮小しても、第2導電型コン
タクト層を形成する際の第2導電型不純物の拡散工程
で、チャネル領域の第1導電型エミッタ層が素子特性の
劣化を招く程度まで減少したり、あるいはチャネル領域
の第1導電型エミッタ層が消滅するという問題、すなわ
ち第5の問題を解決できるようになる。
Therefore, according to the present invention, even if the channel region is reduced due to miniaturization of the element, the diffusion of the second conductivity type impurity in the formation of the second conductivity type contact layer can reduce the channel region. It is possible to solve the problem that the first conductivity type emitter layer is reduced to such an extent that the element characteristics are deteriorated, or the first conductivity type emitter layer in the channel region disappears, that is, the fifth problem.

【0064】[0064]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態(以下、実施形態という)を説明する。
Embodiments of the present invention (hereinafter, referred to as embodiments) will be described below with reference to the drawings.

【0065】(第1の実施形態)図1は本発明の第1の
実施形態に係るトレンチ構造を有するIGBTの平面
図、図2は同平面図のA−A’断面図である。また、図
3は同IGBTの断面斜視図を示している。なお、この
図では、内部が理解しやすいように電極等は省略してあ
る。
(First Embodiment) FIG. 1 is a plan view of an IGBT having a trench structure according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA ′ of the plan view. FIG. 3 shows a cross-sectional perspective view of the IGBT. In this figure, electrodes and the like are omitted for easy understanding of the inside.

【0066】図中、1は高抵抗のn型ベース層を示して
おり、このn型ベース層1の一方の面には高不純物濃度
のn型バッファ層2を介して高不純物濃度のp型コレク
タ層3が形成されている。
Referring to FIG. 1, reference numeral 1 denotes a high-resistance n-type base layer. One surface of the n-type base layer 1 has a high-impurity-concentration p-type buffer layer 2 interposed therebetween. A collector layer 3 is formed.

【0067】また、他方の面には複数のストライプ状の
トレンチ4がチャネル幅方向と平行に形成されている。
トレンチ4の形状をストライプ状にした理由はチャネル
密度を低くして負荷短絡耐量を増大させるためである。
しかも、トレンチ形状のトレンチ4であれば、それを形
成する際に用いるマスクパターンとチャネル領域との位
置合わせ精度が高くならずに済むからである。
On the other surface, a plurality of stripe-shaped trenches 4 are formed in parallel with the channel width direction.
The reason why the shape of the trench 4 is formed in a stripe shape is to reduce the channel density and increase the load short-circuit tolerance.
Moreover, in the case of the trench 4 having the trench shape, the positioning accuracy between the mask pattern used for forming the trench and the channel region does not need to be increased.

【0068】これらのトレンチ4の内部には、ゲート絶
縁膜5を介してゲート電極6が埋込み形成されている。
各トレンチ4で挟まれた領域のn型ベース層1の表面に
はp型ベース層7が形成されている。
A gate electrode 6 is buried inside these trenches 4 with a gate insulating film 5 interposed therebetween.
A p-type base layer 7 is formed on the surface of the n-type base layer 1 in a region sandwiched between the trenches 4.

【0069】このp型ベース層7の表面には、高不純物
濃度のn型エミッタ層8およびp型コンタクト層9が、
トレンチ4の側面に接してトレンチ4の長手方向(チャ
ネル幅方向)に沿って交互に形成されている。
On the surface of the p-type base layer 7, a high impurity concentration n-type emitter layer 8 and a p-type contact layer 9 are formed.
It is formed alternately along the longitudinal direction (channel width direction) of the trench 4 in contact with the side surface of the trench 4.

【0070】n型ベース層1、p型ベース層7、n型エ
ミッタ層8、ゲート絶縁膜5およびゲート電極6は、n
型エミッタ層8とn型ベース層1とで挟まれ、トレンチ
4に接したp型ベース層7の表面にチャネルが形成され
る電子注入用MOSFETを構成している。
The n-type base layer 1, the p-type base layer 7, the n-type emitter layer 8, the gate insulating film 5, and the gate electrode 6
An electron injection MOSFET is formed between the n-type base layer 1 and the n-type base layer 1 and has a channel formed on the surface of the p-type base layer 7 in contact with the trench 4.

【0071】p型コレクタ層3上にはコレクタ電極10
が設けられている。また、n型エミッタ層8およびp型
ベース層7上には層間絶縁膜11を介してエミッタ電極
12が設けられている。このエミッタ電極12は、p型
コンタクト層9を介してp型ベース層7とコンタクトし
ている。
The collector electrode 10 is formed on the p-type collector layer 3.
Is provided. An emitter electrode 12 is provided on the n-type emitter layer 8 and the p-type base layer 7 via an interlayer insulating film 11. This emitter electrode 12 is in contact with the p-type base layer 7 via the p-type contact layer 9.

【0072】ここで、n型エミッタ層8およびp型コン
タクト層9は、上述したように、トレンチ4の側面に接
してトレンチ4の長手方向に沿って交互に形成されてい
るので、p型ベース層7とn型エミッタ層8とはエミッ
タ電極12によってチャネル幅方向で(奥行き方向で)
短絡することになる。
Here, as described above, the n-type emitter layer 8 and the p-type contact layer 9 are alternately formed along the longitudinal direction of the trench 4 in contact with the side surfaces of the trench 4, so that the p-type base layer The layer 7 and the n-type emitter layer 8 are separated by the emitter electrode 12 in the channel width direction (in the depth direction).
A short circuit will occur.

【0073】この短絡構造は、n型ベース層1とp型コ
レクタ層3とp型ベース層7とn型エミッタ層8で構成
されたnpnpサイリスタのラッチアップを防止するた
めのものである。
This short-circuit structure prevents the latch-up of the npnp thyristor composed of the n-type base layer 1, the p-type collector layer 3, the p-type base layer 7, and the n-type emitter layer 8.

【0074】一方、従来のIGBTは、図33に示した
ように、p型ベース層7とn型エミッタ層8とはエミッ
タ電極12によってチャネル長方向で(横方向で)短絡
している。
On the other hand, in the conventional IGBT, as shown in FIG. 33, the p-type base layer 7 and the n-type emitter layer 8 are short-circuited by the emitter electrode 12 in the channel length direction (lateral direction).

【0075】ここで、図1に示すように、n型エミッタ
層8の幅をWn、p型コンタクト層の幅をWpとした場
合に、D=Wn/(Wn+Wp)で定義される、n型エ
ミッタ層8の奥行き方向の短絡率の値は、本実施形態で
は0.4以下に設定されている。
Here, as shown in FIG. 1, when the width of the n-type emitter layer 8 is Wn and the width of the p-type contact layer is Wp, the n-type emitter layer 8 is defined as D = Wn / (Wn + Wp). The value of the short-circuit rate in the depth direction of the emitter layer 8 is set to 0.4 or less in the present embodiment.

【0076】その理由、本発明者らの研究によれば、表
1に示すように、D=1にして、トレンチ4の長手方向
に沿ってチャネルをとぎれることなく形成すると、電子
注入が増加してオン電圧(Vce(sat) )は低下するが、
逆にターンオフ時間tf が長くなってしまうが、D≦
0.4にするとオン電圧(Vce(sat) )が若干上昇する
がターンオフ時間tf が著しく短くなることが分かった
からである。
For the reason, according to the study of the present inventors, as shown in Table 1, when D = 1 and the channel is formed along the longitudinal direction of the trench 4 without interruption, the electron injection increases. As a result, the ON voltage (Vce (sat)) decreases,
Although contrary to the turn-off time t f becomes longer, D ≦
When 0.4 ON voltage (Vce (sat)) is because rises slightly found that turn-off time t f is significantly shortened.

【0077】すなわち、短絡率Dを0.4以下にするこ
とによって、ターンオフ時間tf を十分に短くでき、し
かも短絡率Dをこのような小さい値にしてもオン電圧
(Vce(sat) )を低く保てることが分かったからであ
る。
[0077] That is, by the short circuit ratio D to 0.4 or less, can be sufficiently short turn-off time t f, yet such a small value to be ON voltage by a short-circuit ratio D (Vce (sat)) It turns out that it can be kept low.

【0078】[0078]

【表1】 [Table 1]

【0079】また、オン電圧を低く、ターンオフ時間t
f を短くできることから、素子全体の損失を十分にでき
るようになる。なお、従来は、オン電圧を下げるため
に、奥行き方向のチャネル領域を省くこと、すなわちD
の値を小さくすることはしなかった。なお、表1の結果
は、短絡率Dが0.4、電源電圧が300V、電流が1
5A、ゲート電圧が±15Vの条件の実験にて得られた
ものである。
Further, the on-voltage is reduced and the turn-off time t
Since f can be shortened, the loss of the entire device can be sufficiently achieved. Conventionally, in order to reduce the ON voltage, the channel region in the depth direction is omitted, that is, D
Was not reduced. The results in Table 1 show that the short-circuit rate D is 0.4, the power supply voltage is 300 V, and the current is 1
5A, obtained by an experiment under the conditions of a gate voltage of ± 15 V.

【0080】また、本発明者らの研究によれば、表2に
示すように、オン電圧を効果的に低くするためには、短
絡率D≦0.4の条件とは関係なく、Wnを3μm以下
に設定すれば良いことが分かった。なお、表2の結果
は、電源電圧が300V、電流が15A、ゲート電圧が
±15Vの条件の実験にて得られたものである。
Further, according to the study by the present inventors, as shown in Table 2, in order to lower the on-voltage effectively, regardless of the condition of the short-circuit rate D ≦ 0.4, Wn is reduced. It has been found that the thickness should be set to 3 μm or less. Note that the results in Table 2 were obtained by experiments under the conditions of a power supply voltage of 300 V, a current of 15 A, and a gate voltage of ± 15 V.

【0081】[0081]

【表2】 [Table 2]

【0082】以上述べたように本実施形態によれば、短
絡率D≦0.4に設定することによってオン電圧の上昇
を招くことなく、ターンオフ時間tf を短くすることが
できるようになる。また、短絡率D≦0.4に設定し、
かつWn≦3μmに設定することによって、オン電圧を
低くかつターンオフ時間tf を短くすることができるよ
うになる。
[0082] According to the present embodiment as described above, without increasing the on-voltage by setting the short circuit ratio D ≦ 0.4, it is possible to shorten the turn-off time t f. In addition, the short-circuit rate D is set to 0.4 or less,
And by setting Wn ≦ 3 [mu] m, it is possible to shorten the ON voltage low and turn-off time t f.

【0083】(第2の実施形態)図4は、本発明の第2
の実施形態に係るトレンチ構造を有するIGBTの平面
図である。なお、図1〜図3と対応する部分には図1〜
図3と同一符号を付してあり、詳細な説明は省略する
(他の実施形態についても同様)。
(Second Embodiment) FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention.
It is a top view of IGBT which has a trench structure concerning an embodiment. 1 to 3 correspond to FIGS.
The same reference numerals as those in FIG. 3 denote the same parts, and a detailed description thereof will be omitted (the same applies to other embodiments).

【0084】本実施形態が第1の実施形態と異なる点
は、トレンチ4の長手方向に沿ってn型エミッタ層8の
中央部をp型コンタクト層9で置き換えたことにある。
その結果、n型エミッタ層8のチャネル幅方向の寸法が
短くなって、寄生サイリスタ構造がラッチアップするこ
とをより効果的に防止できるようになる。
This embodiment differs from the first embodiment in that the center of the n-type emitter layer 8 is replaced with a p-type contact layer 9 along the longitudinal direction of the trench 4.
As a result, the dimension of the n-type emitter layer 8 in the channel width direction is reduced, so that latch-up of the parasitic thyristor structure can be more effectively prevented.

【0085】寄生サイリスタ構造のラッチアップを効果
的に防止するためには、n型エミッタ層8のチャネル長
方向の寸法は2μm以下であることが好ましい。
In order to effectively prevent the latch-up of the parasitic thyristor structure, the dimension of the n-type emitter layer 8 in the channel length direction is preferably 2 μm or less.

【0086】(第3の実施形態)図5は、本発明の第3
の実施形態に係るトレンチ構造を有するIGBTの断面
図である。
(Third Embodiment) FIG. 5 shows a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view of an IGBT having a trench structure according to the embodiment.

【0087】本実施形態が第1の実施形態と異なる点
は、全てのn型エミッタ層8とではなく、一部のn型エ
ミッタ層8とだけエミッタ電極12をコンタクトさせた
ことにある。
The present embodiment is different from the first embodiment in that the emitter electrode 12 is contacted not with all the n-type emitter layers 8 but only with some of the n-type emitter layers 8.

【0088】具体的には、エミッタ電極12とコンタク
トする2つのn型エミッタ層8の間の、エミッタ電極1
2とコンタクトしないn型エミッタ層8の数を2個とし
た。すなわち、連続した3個のn型エミッタ層8に対し
て1個の割合で、エミッタ電極12をn型エミッタ層8
にコンタクトさせた。
Specifically, the emitter electrode 1 between the two n-type emitter layers 8 contacting the emitter electrode 12
The number of n-type emitter layers 8 not in contact with 2 was two. That is, the emitter electrode 12 is connected to the n-type emitter layer 8 at a ratio of one to three continuous n-type emitter layers 8.
Was contacted.

【0089】このような構成でも、第1の実施形態と同
様な効果が得れるのはもちろんのこと、一部のn型エミ
ッタ層8とだけエミッタ電極12をコンタクトさせたこ
とによって、電子注入が促進されるので、オン電圧をさ
らに低くできるようになる。
With such a configuration, the same effect as that of the first embodiment can be obtained, and the electron injection can be performed by contacting the emitter electrode 12 only with a part of the n-type emitter layer 8. As a result, the on-state voltage can be further reduced.

【0090】なお、本実施形態の場合、エミッタ電極1
2がコンタクトしていないところでは、短絡率D≦0.
4の条件は満たしていなくても良い。
In this embodiment, the emitter electrode 1
2 are not in contact, the short-circuit rate D ≦ 0.
Condition 4 may not be satisfied.

【0091】また、本実施形態では、3個のn型エミッ
タ層8に対して1個の割合で、エミッタ電極12をn型
エミッタ層8にコンタクトさせたが、その数は1、2ま
たは4以上であっても良い。基本的には数が多いほどオ
ン電圧はより低くなる。
In this embodiment, the emitter electrode 12 is in contact with the n-type emitter layer 8 at a ratio of one to three n-type emitter layers 8, but the number is one, two or four. It may be above. Basically, the larger the number, the lower the on-voltage.

【0092】(第4の実施形態)図6は本発明の第4の
実施形態に係るトレンチ構造を有するIGBTの平面
図、図7は同平面図のA−A’断面図である。また、図
8は同IGBTの断面斜視図を示している。なお、この
図では、内部が理解しやすいように電極等は省略してあ
る。
(Fourth Embodiment) FIG. 6 is a plan view of an IGBT having a trench structure according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of the plan view. FIG. 8 is a sectional perspective view of the IGBT. In this figure, electrodes and the like are omitted for easy understanding of the inside.

【0093】本実施形態が第1の実施形態と異なる点
は、チャネルが形成されるIGBTセルとチャネルが形
成されないダミーセルを、トレンチ4の長手方向に垂直
な方向(チャネル長方向)に沿って交互に形成したこと
にある。
This embodiment is different from the first embodiment in that IGBT cells in which a channel is formed and dummy cells in which a channel is not formed are alternately arranged in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the trench 4 (channel length direction). It was formed in.

【0094】すなわち、IGBTセルでは、p型ベース
層7の表面にはn型エミッタ層8およびp型コンタクト
層9が形成され、ダミーセルでは、p型ベース層7の表
面にはp型コンタクト層9しか形成されていない。
That is, in the IGBT cell, the n-type emitter layer 8 and the p-type contact layer 9 are formed on the surface of the p-type base layer 7, and in the dummy cell, the p-type contact layer 9 is formed on the surface of the p-type base layer 7. Only have been formed.

【0095】エミッタ電極12は、IGBTセルでは、
n型エミッタ層8およびp型コンタクト層9にコンタク
トし、ダミーセルでは、p型コンタクト層9にだけコン
タクトしている。
The emitter electrode 12 is an IGBT cell.
Contact is made with the n-type emitter layer 8 and the p-type contact layer 9, and in the dummy cell, only with the p-type contact layer 9.

【0096】このような構成のIGBTを図34に示し
た負荷短絡試験回路のIGBTに用いて負荷短絡実験を
行ったところ、短絡している間(図35のtscで示され
た期間)が十分に長くなり、負荷短絡耐量が十分に大き
くなることが分かった。例えば、従来のIGBTでは1
μsecであったものが、本実施形態のIGBTでは1
0μsec以上であった。
A load short-circuit experiment was performed using the IGBT having such a configuration as the IGBT of the load short-circuit test circuit shown in FIG. 34, and it was found that the short-circuit period (the period indicated by tsc in FIG. 35) was sufficient. It was found that the load short-circuit withstand capability became sufficiently large. For example, in a conventional IGBT, 1
μsec, but in the IGBT of the present embodiment, 1
0 μsec or more.

【0097】このような実験結果が得られた理由は、短
絡時に、素子内に蓄積された正孔が、ダミーセルのp型
コンタクト層9にコンタクトしたエミッタ電極12から
素子外に効果的に排出されるからである。
The reason why such an experimental result was obtained is that, at the time of short circuit, holes accumulated in the device are effectively discharged from the emitter electrode 12 in contact with the p-type contact layer 9 of the dummy cell to the outside of the device. This is because that.

【0098】周知の通り、短絡時には、10μsec程
度の時間的余裕があれば、外部回路により過電流を検知
してゲート電圧を下げることができるので、IGBTを
保護できる。したがって、本実施形態のIGBTであれ
ば、短絡事故から保護することができる。
As is well known, if there is a time margin of about 10 μsec at the time of a short circuit, an overcurrent can be detected by an external circuit and the gate voltage can be reduced, so that the IGBT can be protected. Therefore, the IGBT of the present embodiment can protect against a short circuit accident.

【0099】また、ターンオフ時には、ダミーセルのp
型コンタクト層9にコンタクトしたエミッタ電極12か
ら素子外に効果的に排出される結果、n型エミッタ層8
下のp型ベース層7の正孔電流の密度が低くなるので、
寄生サイリスタ構造のラッチアップを防止できるように
なる。
At the time of turn-off, the dummy cell p
As a result, the n-type emitter layer 8 is effectively discharged out of the device from the emitter electrode 12 in contact with the n-type emitter layer 8.
Since the density of the hole current of the lower p-type base layer 7 becomes lower,
Latch-up of the parasitic thyristor structure can be prevented.

【0100】なお、上記実験で用いた従来および本実施
形態のIGBTはいずれも阻止耐圧が4.5kVのもの
であり、また従来と本実施形態のIGBTとで異なるパ
ラメータは表面パターンのみである。また、電源電圧
(Vcc)は2kVとした。
The conventional IGBT and the IGBT of the present embodiment used in the above experiment have a blocking voltage of 4.5 kV, and the only parameter that differs between the conventional IGBT and the IGBT of the present embodiment is the surface pattern. The power supply voltage (Vcc) was 2 kV.

【0101】なお、本実施形態では、エミッタ電極12
をp型コンタクト層9を介してn型エミッタ層8に設け
たが直接設けても良い。
In this embodiment, the emitter electrode 12
Is provided on the n-type emitter layer 8 via the p-type contact layer 9, but may be provided directly.

【0102】(第5の実施形態)図9は、本発明の第5
の実施形態に係るトレンチ構造を有するIGBTを示す
断面図である。
(Fifth Embodiment) FIG. 9 shows a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing an IGBT having a trench structure according to the embodiment.

【0103】本実施形態が第4の実施形態と異なる点
は、チャネルが形成されないセルの数の割合を高くした
ことにある。本実施形態によれば、ターンオフ時に、素
子内に蓄積された正孔をより効果的に素子外に排出でき
るので、負荷短絡耐量をさらに大きくすることができる
ようになる。
This embodiment is different from the fourth embodiment in that the ratio of the number of cells in which no channel is formed is increased. According to the present embodiment, at the time of turn-off, holes accumulated in the device can be more effectively discharged to the outside of the device, so that the load short-circuit withstand capability can be further increased.

【0104】(第6の実施形態)図10は、本発明の第
6の実施形態に係るトレンチ構造を有するIGBTを示
す断面図である。
(Sixth Embodiment) FIG. 10 is a sectional view showing an IGBT having a trench structure according to a sixth embodiment of the present invention.

【0105】本実施形態が第4の実施形態と異なる点
は、エミッタ電極12とコンタクトするダミーセルのp
型コンタクト層9が、層間絶縁膜11によってエミッタ
電極12と絶縁されていることにある。
The present embodiment differs from the fourth embodiment in that the dummy cell contacting the emitter electrode 12
The mold contact layer 9 is insulated from the emitter electrode 12 by the interlayer insulating film 11.

【0106】本実施形態でも、従来に比べて負荷短絡耐
量は大きなる。また、ターンオン時には、ダミーセルの
p型コンタクト層9を介して素子外に排出される正孔が
なくなり、素子内に正孔が蓄積されやすくなるので、オ
ン電圧の低減化を図れるようになる。
Also in this embodiment, the load short-circuit withstand capability is large as compared with the related art. Further, at the time of turn-on, holes discharged to the outside of the element via the p-type contact layer 9 of the dummy cell are eliminated, and holes are easily accumulated in the element, so that the ON voltage can be reduced.

【0107】(第7の実施形態)図11は、本発明の第
7の実施形態に係るトレンチ構造を有するIGBTを示
す断面図である。
(Seventh Embodiment) FIG. 11 is a sectional view showing an IGBT having a trench structure according to a seventh embodiment of the present invention.

【0108】本実施形態は、IGBTセルとダミーセル
が存在する点では、第4の実施形態と同じであるが、こ
れらのセルの構成が第4の実施形態と異なっている。
The present embodiment is the same as the fourth embodiment in that an IGBT cell and a dummy cell are present, but the configuration of these cells is different from the fourth embodiment.

【0109】すなわち、本実施形態の場合、IGBTセ
ルにおいては、n型エミッタ層8とp型コンタクト層9
とが従来と同様に横方向で短絡し、ダミーセルにおいて
は、p型コンタクト層9の代わりに高不純物濃度のp型
ドレイン層21が形成され、このp型ドレイン層21に
はドレイン電極22が設けられている。このドレイン電
極22はエミッタ電極12に接続されている。
That is, in the case of the present embodiment, in the IGBT cell, the n-type emitter layer 8 and the p-type contact layer 9
Are short-circuited in the lateral direction as in the prior art, and in the dummy cell, a p-type drain layer 21 having a high impurity concentration is formed instead of the p-type contact layer 9, and a drain electrode 22 is provided on the p-type drain layer 21. Have been. This drain electrode 22 is connected to the emitter electrode 12.

【0110】本実施形態でも、IGBTセルとダミーセ
ルが存在することから、従来に比べて負荷短絡耐量は大
きくなる。
Also in this embodiment, since the IGBT cell and the dummy cell are present, the load short-circuit withstand capability is larger than that of the related art.

【0111】また、本実施形態のIGBTについて、オ
ン状態においてIGBTセルから排出される正孔量(h
1)と、ダミーセルから排出される正孔量(h2)との
比率を調べたところ、h1:h2=59:41であっ
た。
In the IGBT according to the present embodiment, the amount of holes (h
When the ratio between 1) and the amount of holes (h2) discharged from the dummy cell was examined, it was found that h1: h2 = 59: 41.

【0112】(第8の実施形態)図12は、本発明の第
8の実施形態に係るトレンチ構造を有するIGBTを示
す断面図である。
(Eighth Embodiment) FIG. 12 is a sectional view showing an IGBT having a trench structure according to an eighth embodiment of the present invention.

【0113】本実施形態が第7の実施形態と異なる点
は、ドレイン電極22とコンタクトするダミーセルの数
が減っていることにある。ドレイン電極22とコンタク
トしないダミーセルにはp型ドレイン層21は形成され
ていない。
The present embodiment differs from the seventh embodiment in that the number of dummy cells in contact with the drain electrode 22 is reduced. The p-type drain layer 21 is not formed in the dummy cell not in contact with the drain electrode 22.

【0114】本実施形態でも、従来に比べて負荷短絡耐
量は大きくなる。また、ドレイン電極22とコンタクト
するダミーセルの数が減っているので、オン状態におい
ては、ダミーセルを介して素子外に排出される正孔の量
が減少し、素子内に正孔が蓄積されやすくなる。したが
って、オン電圧を低減できる。
Also in the present embodiment, the load short-circuit withstand capability is larger than in the prior art. In addition, since the number of dummy cells in contact with the drain electrode 22 is reduced, in the on state, the amount of holes discharged to the outside of the device through the dummy cell is reduced, and holes are easily accumulated in the device. . Therefore, the ON voltage can be reduced.

【0115】また、本実施形態のIGBTについて、I
GBTセルから排出される正孔量(h1)と、ダミーセ
ルから排出される正孔量(h2)との比率を調べたとこ
ろ、h1:h2=67:33であった。なお、IGBT
セルとダミーセルの組合せの形態は本実施形態のもの限
らず、種々の形態が考えられる。
The IGBT according to the present embodiment has the following characteristics.
When the ratio of the hole amount (h1) discharged from the GBT cell to the hole amount (h2) discharged from the dummy cell was examined, it was found that h1: h2 = 67: 33. IGBT
The form of the combination of the cell and the dummy cell is not limited to that of the present embodiment, and various forms are conceivable.

【0116】(第9の実施形態)図13は、本発明の第
9の実施形態に係るトレンチ構造を有するIGBTの断
面図および等価回路である。
(Ninth Embodiment) FIG. 13 is a sectional view and an equivalent circuit of an IGBT having a trench structure according to a ninth embodiment of the present invention.

【0117】本実施形態では、2つのトレンチ4間の幅
がW1であるチャネルが形成されるIGBTセルと、2
つのトレンチ4間の幅がW2(<W1)であるチャネル
が形成されないダミーセルを交互に形成している。
In this embodiment, an IGBT cell in which a channel whose width between two trenches 4 is W1 is formed,
Dummy cells in which a channel having a width W2 (<W1) between two trenches 4 is not formed are alternately formed.

【0118】IGBTセルには通常通りにp型ベース層
7およびn型エミッタ層8が形成され、これら7,8は
エミッタ電極12によって横方向で短絡している。
In the IGBT cell, a p-type base layer 7 and an n-type emitter layer 8 are formed as usual, and these 7, 8 are short-circuited in the lateral direction by an emitter electrode 12.

【0119】一方、ダミーセルにはp型ベース層7の代
わりにp型ドレイン層21が形成されている。p型ドレ
イン層21にはドレイン電極22が設けられ、このドレ
イン電極22はエミッタ電極12に接続している。
On the other hand, in the dummy cell, a p-type drain layer 21 is formed instead of the p-type base layer 7. A drain electrode 22 is provided on the p-type drain layer 21, and the drain electrode 22 is connected to the emitter electrode 12.

【0120】ここで、W1>W2であるので、IGBT
セルのn型ベース層1のトレンチ底部と同じ深さの点
(A1,A2)コレクタ電極10とエミッタ電極12と
の間の抵抗R1は、ダミーセルとドレイン電極22との
間の抵抗R2よりも低くなる。
Here, since W1> W2, the IGBT
A point (A1, A2) at the same depth as the trench bottom of the n-type base layer 1 of the cell. The resistance R1 between the collector electrode 10 and the emitter electrode 12 is lower than the resistance R2 between the dummy cell and the drain electrode 22. Become.

【0121】なお、W1=W2とし、p型ドレイン層2
1の不純物濃度をp型ベース層7のそれよりも低くする
ことによっても、同じような抵抗の大小関係(R1<<
R2)を実現できる。あるいは図15に示すように、p
型ドレイン層9を浅く形成することによっても抵抗の大
小関係(R1<R2)を実現することもできる。
Note that W1 = W2 and p-type drain layer 2
1 can be made lower than that of the p-type base layer 7 to obtain a similar resistance magnitude relationship (R1 <<).
R2) can be realized. Alternatively, as shown in FIG.
By making the type drain layer 9 shallow, the magnitude relationship (R1 <R2) of the resistance can also be realized.

【0122】このように構成されたIGBTの動作は、
駆動方法の点では従来のIGBTのそれと同じである。
すなわち、素子をターンオンさせるには、コレクタ電極
10に正電圧、エミッタ電極12およびドレイン電極2
2に負電圧を印加した状態で、エミッタ電極12に対し
て正の電圧をゲート電極6に印加する。
The operation of the IGBT thus configured is as follows.
The driving method is the same as that of the conventional IGBT.
That is, to turn on the device, a positive voltage is applied to the collector electrode 10 and the emitter electrode 12 and the drain electrode 2
With a negative voltage applied to the gate electrode 2, a positive voltage with respect to the emitter electrode 12 is applied to the gate electrode 6.

【0123】その結果、トレンチ4の側面に接したp型
ベース層7の表面にn型チャネルが形成され、図14
(a)に示すように、電子eがn型エミッタ層8からn
型チャネルを介してn型ベース層1に注入されてp型コ
レクタ層3に達し、これに伴ってp型コレクタ層3から
正孔hがn型ベース層1に注入される。このようにして
n型ベース層1に電子eと正孔hの両方が注入され、n
型ベース層1で導電変調が起こって、素子は導通状態に
なる。
As a result, an n-type channel is formed on the surface of p-type base layer 7 in contact with the side surface of trench 4, and
As shown in (a), electrons e are transferred from n-type emitter layer 8 to n-type emitter layer 8.
The n-type base layer 1 is injected through the type channel to reach the p-type collector layer 3, and accordingly, holes h are injected from the p-type collector layer 3 into the n-type base layer 1. In this way, both the electron e and the hole h are injected into the n-type base layer 1, and n
Conduction modulation occurs in the mold base layer 1, and the device becomes conductive.

【0124】ここで、従来と異なる点は、p型コレクタ
層3からn型ベース層1に注入された正孔hが、電荷中
性条件を満たすべく電子が高濃度に存在する経路、すな
わち抵抗の低いIGBTセルのトレンチ間領域を主に流
れるので、p型ドレイン層9を介してドレイン電極22
(すなわちエミッタ電極12)に排出される正孔電流の
割合は小さく抑えられる。
Here, the difference from the prior art is that the holes h injected from the p-type collector layer 3 into the n-type base layer 1 are formed by a path in which electrons exist at a high concentration to satisfy the charge neutral condition, that is, a resistance. Flow through the inter-trench region of the IGBT cell having a low drain voltage, so that the drain electrode 22
(That is, the ratio of the hole current discharged to the emitter electrode 12) can be suppressed to a small value.

【0125】言い換えれば、オン状態ではR1<R2と
なるので、p型ドレイン層21を介して素子外に排出さ
れる正孔の量が減少する結果、従来のIGBTよりも高
濃度のキャリア(電子e、正孔h)がn型ベース層1内
に蓄積される。その結果、オン電圧は低くなる。
In other words, since R1 <R2 in the on state, the amount of holes discharged to the outside of the device through the p-type drain layer 21 is reduced. As a result, the carrier (electron concentration) is higher than that of the conventional IGBT. e, holes h) are accumulated in the n-type base layer 1. As a result, the ON voltage decreases.

【0126】一方、素子をターンオフさせるには、ゲー
ト電極6にエミッタ電極12に対して負の電圧を印加す
る。
On the other hand, to turn off the device, a negative voltage is applied to the gate electrode 6 with respect to the emitter electrode 12.

【0127】その結果、トレンチ4の側面に接したp型
ベース層7の表面に形成されていたn型チャネルが消滅
し、電子注入が停止するとともに、n型ベース層1内に
蓄積されていた正孔hは、その一部がp型ベース層7お
よびp型ドレイン層21を介してエミッタ電極12(ド
レイン電極22)に排出され、残りの正孔hが電子eと
再結合して消滅する。このようにして素子内のキャリア
(電子e、正孔h)が消滅することによって、素子はタ
ーンオフする。
As a result, the n-type channel formed on the surface of the p-type base layer 7 in contact with the side surface of the trench 4 disappears, stopping the electron injection and accumulating in the n-type base layer 1. Some of the holes h are discharged to the emitter electrode 12 (drain electrode 22) via the p-type base layer 7 and the p-type drain layer 21, and the remaining holes h recombine with the electrons e and disappear. . As the carriers (electrons e and holes h) in the device disappear in this way, the device is turned off.

【0128】ここで、従来と異なる点は、図14(b)
に示すように、トレンチ4の側壁に接したn型ベース層
1の表面にp型蓄積層が形成されるので、p型ドレイン
層21を通る正孔hの排出経路の抵抗はオン状態での抵
抗に比べて低くなり(R2 ’<<R2 )、一方p型ベー
ス層7を通る正孔hの排出経路の抵抗はオン状態での抵
抗に比べて高くなる(R1 ’>R1 )。なお、’が付さ
れたものはターンオフ時の抵抗を示している。
Here, the difference from the prior art is that FIG.
As shown in FIG. 5, since the p-type accumulation layer is formed on the surface of the n-type base layer 1 in contact with the side wall of the trench 4, the resistance of the hole h discharge path passing through the p-type drain layer 21 is in the ON state. The resistance is lower than the resistance (R 2 ′ << R 2 ), while the resistance of the hole h exhaust path through the p-type base layer 7 is higher than the resistance in the ON state (R 1 ′> R 1). ). It should be noted that those marked with 'indicate resistance at turn-off.

【0129】また、p型ドレイン層21にはn型エミッ
タ層8が形成されていないために、p型ドレイン層21
を通る正孔hの排出経路の抵抗はp型ベース層7を通る
正孔hの排出経路の抵抗に比べて小さくなる(R1 ’>
2 ’)。
Since the n-type emitter layer 8 is not formed on the p-type drain layer 21, the p-type drain layer 21
Is smaller than the resistance of the hole h discharge path through the p-type base layer 7 (R 1 ′>
R 2 ').

【0130】その結果、ターンオフ時には、p型ドレイ
ン層21を通る正孔hの排出経路の抵抗がp型ベース層
7を通る正孔hの排出経路の抵抗よりやや小さくなり
(R1≧R2)、正孔電流が効果的に排出される。
As a result, at the time of turn-off, the resistance of the hole h discharge path passing through the p-type drain layer 21 becomes slightly smaller than the resistance of the hole h discharge path passing through the p-type base layer 7 (R1 ≧ R2). The hole current is effectively discharged.

【0131】言い換えれば、ターンオフ時にはR1 ’≧
2 ’となるので、p型ドレイン層21を介して素子外
に排出される正孔の量が増加し、n型エミッタ層8直下
のp型ベース層7を介して素子外に排出される正孔の量
を減少させる。
In other words, at the time of turn-off, R 1 ′ ≧
Since R 2 ′, the amount of holes discharged out of the device via the p-type drain layer 21 increases, and the holes are discharged out of the device via the p-type base layer 7 immediately below the n-type emitter layer 8. Reduce the amount of holes.

【0132】その結果、従来のIGBTで問題となって
いた、n型エミッタ層8直下のp型ベース層7の電位が
n型エミッタ層8とp型ベース層7とで構成されるpn
接合のビルトイン電圧を上回ることによって発生する寄
生サイリスタ構造のラッチアップを防止できるようにな
る。
As a result, the potential of the p-type base layer 7 immediately below the n-type emitter layer 8, which has been a problem in the conventional IGBT, is reduced by the pn composed of the n-type emitter layer 8 and the p-type base layer 7.
The latch-up of the parasitic thyristor structure caused by exceeding the built-in voltage of the junction can be prevented.

【0133】以上述べたように本実施形態によれば、オ
ン状態ではR1<<R2、ターンオフ時にはR1 ’≧R
2 ’となるように素子設計することによって、すなわち
オン状態にはp型ドレイン層21を介して素子外に排出
される正孔の量を少なくし、ターンオフ時には逆に多く
することによって、オン電圧を低減でき、かつ寄生サイ
リスタ構造のラッチアップを防止できるようになる。
As described above, according to the present embodiment, R1 << R2 in the on state, and R 1 ′ ≧ R in the off state.
By designing the element to be 2 ', that is, by reducing the amount of holes discharged out of the element via the p-type drain layer 21 in the on state and increasing it in the turn-off state, , And the latch-up of the parasitic thyristor structure can be prevented.

【0134】また、負荷短絡時にR1 ’≧R2 ’となる
ように制御して、p型ドレイン層21を介して素子外に
排出される正孔の量を多くすれば、過電流から素子を保
護することができ、負荷短絡耐量の増加を図れる。
If the amount of holes discharged out of the device through the p-type drain layer 21 is increased by controlling R 1 ′ ≧ R 2 ′ when the load is short-circuited, the overcurrent Can be protected, and the load short-circuit tolerance can be increased.

【0135】(第10の実施形態)図16は、本発明の
第10の実施形態に係るトレンチ構造を有するIGBT
の断面図および等価回路である。
(Tenth Embodiment) FIG. 16 shows an IGBT having a trench structure according to a tenth embodiment of the present invention.
2 is a sectional view and an equivalent circuit of FIG.

【0136】本実施形態が第9の実施形態と異なる点
は、p型ドレイン層21を介して素子外に排出される正
孔の量を空乏層によって制御することにある。
The present embodiment differs from the ninth embodiment in that the amount of holes discharged out of the device via the p-type drain layer 21 is controlled by the depletion layer.

【0137】空乏層を利用できるように、本実施形態で
は、図16に示すように、p型ドレイン層21の不純物
濃度をp型ベース層7のそれよりも低くする。また、p
型ドレイン層21の表面には、ドレイン電極22のコン
タクト抵抗を下げるために、p型コンタクト層23を形
成する。
In this embodiment, as shown in FIG. 16, the impurity concentration of the p-type drain layer 21 is set lower than that of the p-type base layer 7 so that the depletion layer can be used. Also, p
On the surface of the type drain layer 21, a p-type contact layer 23 is formed in order to reduce the contact resistance of the drain electrode 22.

【0138】このような構成であれば、ターンオン状態
では、ゲート電極6に正電圧が印加されて、図17
(a)、図18(b)に示すように、p型ドレイン層2
1に空乏層が形成されてピンチオフが起こり、正孔に対
するポテンシャル障壁が生じる。
With such a configuration, in the turn-on state, a positive voltage is applied to the gate electrode 6 and the structure shown in FIG.
(A), as shown in FIG. 18 (b), the p-type drain layer 2
1, a depletion layer is formed, pinch-off occurs, and a potential barrier against holes is generated.

【0139】その結果、p型ドレイン層21を通る正孔
hの排出経路の抵抗がp型ベース層7を通る正孔hの排
出経路の抵抗に比べて大きくなるので、すなわちp型ド
レイン層21から素子外に排出される正孔の量が少なく
なるので、従来のIGBTよりも高濃度のキャリア(電
子e、正孔h)がn型ベース層1内に蓄積され、オン電
圧が低くなる。
As a result, the resistance of the hole h discharge path passing through the p-type drain layer 21 becomes larger than the resistance of the hole h discharge path passing through the p-type base layer 7, that is, the p-type drain layer 21 , The amount of holes (electrons e, holes h) having a higher concentration than in the conventional IGBT is accumulated in the n-type base layer 1, and the on-voltage is reduced.

【0140】一方、ターンオフさせる際には、ゲート電
極6に負電圧が印加されて空乏層が消滅して正孔に対す
るポテンシャル障壁がなくなり、これによりp型ドレイ
ン層21からも正孔が排出されるようになるので、寄生
サイリスタ構造のラッチアップの発生を防止できる。
On the other hand, when the transistor is turned off, a negative voltage is applied to the gate electrode 6, the depletion layer disappears, and the potential barrier for holes disappears, so that holes are also discharged from the p-type drain layer 21. Therefore, occurrence of latch-up of the parasitic thyristor structure can be prevented.

【0141】図17(b)、図18(c)に示すよう
に、正孔に対するポテンシャル障壁が低くなり、その結
果としてトレンチ4の側壁に接したp型ドレイン層21
の表面にもp型蓄積層が形成され、また第10の実施形
態と同様に、トレンチ4の側壁に接したn型ベース層1
の表面にp型蓄積層が形成されるので、寄生サイリスタ
構造のラッチアップの発生をより効果的に防止できる。
また、第9の実施形態と同様に、負荷短絡容量の増加を
図ることもできる。
As shown in FIGS. 17 (b) and 18 (c), the potential barrier against holes is reduced, and as a result, the p-type drain layer 21 in contact with the side wall of trench 4 is formed.
A p-type accumulation layer is also formed on the surface of the n-type base layer 1 in contact with the side wall of the trench 4 as in the tenth embodiment.
Since the p-type storage layer is formed on the surface of the semiconductor device, the occurrence of latch-up of the parasitic thyristor structure can be more effectively prevented.
Further, similarly to the ninth embodiment, the load short-circuit capacity can be increased.

【0142】(第11の実施形態)図19は、本発明の
第11の実施形態に係るトレンチ構造を有するIGBT
の断面図および等価回路である。
(Eleventh Embodiment) FIG. 19 shows an IGBT having a trench structure according to an eleventh embodiment of the present invention.
2 is a sectional view and an equivalent circuit of FIG.

【0143】本実施形態が第9の実施形態と異なる点
は、p型ドレイン層21から素子外に排出される正孔の
量をショットキーダイオードによって制御することにあ
る。
The present embodiment differs from the ninth embodiment in that the amount of holes discharged from the p-type drain layer 21 to the outside of the device is controlled by a Schottky diode.

【0144】ショットキーダイオードを利用できるよう
に、本実施形態では、図19に示すように、p型ドレイ
ン層23の不純物濃度を低くし、ドレイン電極としてA
lまたはWなどの金属からなるショットキー電極24を
用いる。
In order to use a Schottky diode, in this embodiment, as shown in FIG. 19, the impurity concentration of the p-type drain layer 23 is reduced, and A
A Schottky electrode 24 made of a metal such as l or W is used.

【0145】素子をターンオンさせるに、通常通りにゲ
ート電極6に正電圧を印加する。このとき、p型ベース
層7の電位の上昇は小さいので、ショットダイオードは
オフ状態のままである。そのため、p型ドレイン層24
を介して素子外に正孔が排出されることはない。その結
果、n型ベース層1内にキャリアが効果的に蓄積され、
オン電圧が低くなる。なお、参考のために、図20に、
p型ベース層7の電圧Vpbが0Vのときのp型ベース層
7のバンド図を示す。
To turn on the device, a positive voltage is applied to the gate electrode 6 as usual. At this time, since the rise in the potential of the p-type base layer 7 is small, the shot diode remains off. Therefore, the p-type drain layer 24
No holes are discharged to the outside of the element via the. As a result, carriers are effectively accumulated in the n-type base layer 1, and
The ON voltage decreases. For reference, FIG.
The band diagram of the p-type base layer 7 when the voltage V pb of the p-type base layer 7 is 0 V is shown.

【0146】また、素子に過電流が流れた場合には、p
型ベース層7の電圧Vpbが上昇し、ショットダイオード
はオン状態となる。その結果、素子内の正孔は、p型ド
レイン層21を介して素子外に排出されるので、寄生サ
イリスタ構造のラッチアップの発生を防止できるととも
に、過電流から素子を保護できるようになる。
When an overcurrent flows through the element, p
The voltage V pb of the mold base layer 7 increases, and the shot diode is turned on. As a result, holes in the device are discharged out of the device via the p-type drain layer 21, so that the occurrence of latch-up of the parasitic thyristor structure can be prevented and the device can be protected from overcurrent.

【0147】図21に、本実施形態および従来のIGB
Tのコレクタ電流−コレクタ電圧の特性図を示す。図か
ら、本実施形態のIGBTのコレクタ電流−コレクタ電
圧特性は、従来のIGBTのそれとは異なり、飽和特性
を示すことが分かる。すなわち、本実施形態のIGBT
は、従来のものと比べて、過電流から容易に保護できる
ものである。
FIG. 21 shows the present embodiment and a conventional IGB.
4 shows a characteristic diagram of a collector current-collector voltage of T. FIG. From the figure, it can be seen that the collector current-collector voltage characteristics of the IGBT of the present embodiment exhibit saturation characteristics, unlike those of the conventional IGBT. That is, the IGBT of the present embodiment
Can be more easily protected from overcurrent than conventional ones.

【0148】(第12の実施形態)図22は、本発明の
第12の実施形態に係るトレンチ構造を有するIGBT
の断面図である。
(Twelfth Embodiment) FIG. 22 shows an IGBT having a trench structure according to a twelfth embodiment of the present invention.
FIG.

【0149】本実施形態が第9の実施形態と異なる点
は、奥行き方向にp型ドレイン層21およびp型ドレイ
ン電極22を形成したことになる。
This embodiment is different from the ninth embodiment in that the p-type drain layer 21 and the p-type drain electrode 22 are formed in the depth direction.

【0150】ここで、p型ドレイン層21の奥行き方向
の寸法(トレンチ4の長手方向と平行な方向の寸法)
は、p型ベース層7のそれよりも小さくする。同じにす
る場合には、p型ドレイン層21の不純物濃度をp型ベ
ース層7のそれよりも低くするか、あるいはp型ドレイ
ン層9のほうを浅く形成する。
Here, the dimension in the depth direction of the p-type drain layer 21 (the dimension in the direction parallel to the longitudinal direction of the trench 4).
Is smaller than that of the p-type base layer 7. To make the same, the impurity concentration of the p-type drain layer 21 is made lower than that of the p-type base layer 7, or the p-type drain layer 9 is formed shallower.

【0151】本実施形態でも、ターンオン時には、p型
ドレイン層21を通る正孔の排出経路の抵抗ほうが、p
型ベース層7を通る正孔の排出経路のそれよりも高くな
り、すなわちp型ドレイン層21から素子外に排出され
る正孔の量が減少し、n型ベース層1内にキャリアが効
果的に蓄積されるので、オン電圧を低くできる。
Also in this embodiment, at the time of turn-on, the resistance of the hole discharge path passing through the p-type drain layer 21 is higher than that of the p-type drain layer 21 by p-type.
The height is higher than that of the hole discharge path through the mold base layer 7, that is, the amount of holes discharged from the p-type drain layer 21 to the outside of the device is reduced, and carriers are effectively contained in the n-type base layer 1. , The ON voltage can be reduced.

【0152】一方、ターンオフ時には、トレンチ4の側
壁に接したn型ベース層1の表面にp型蓄積層が形成さ
れ、またp型ドレイン層21にはn型エミッタ層8が形
成されていないために、p型ドレイン層21を通る正孔
hの排出経路の抵抗がp型ベース層7を通る正孔hの排
出経路の抵抗に比べて小さくなるので、すなわちp型ド
レイン層21から素子外に排出される正孔の量が増加す
るので、寄生サイリスタ構造のラッチアップを防止でき
るようになる。また、第9の実施形態と同様に負荷短絡
耐量の増加を図ることもできる。図23、図24に、図
22のIGBTのターンオフ時の矢視A−A’断面図、
矢視B−B’断面図を示す。
On the other hand, at the time of turn-off, a p-type accumulation layer is formed on the surface of n-type base layer 1 in contact with the side wall of trench 4, and n-type emitter layer 8 is not formed on p-type drain layer 21. In addition, since the resistance of the discharge path of the holes h passing through the p-type drain layer 21 is smaller than the resistance of the discharge path of the holes h passing through the p-type base layer 7, that is, Since the amount of holes to be discharged increases, the latch-up of the parasitic thyristor structure can be prevented. Further, similarly to the ninth embodiment, the load short-circuit tolerance can be increased. FIGS. 23 and 24 are cross-sectional views taken along the line AA ′ of the IGBT of FIG. 22 at the time of turn-off.
The sectional view taken along the line BB 'is shown.

【0153】(第13の実施形態)図25は、本発明の
第13の実施形態に係るトレンチ構造を有するIGBT
の断面斜視図である。また、図26に、図25のIGB
Tの矢視A−A’断面図を示す。
(Thirteenth Embodiment) FIG. 25 shows an IGBT having a trench structure according to a thirteenth embodiment of the present invention.
FIG. FIG. 26 shows the IGB of FIG.
A sectional view taken along the line AA ′ of T is shown.

【0154】本実施形態が第1の実施形態と異なる点
は、トレンチ4の長手方向(チャネル幅方向)に関し、
隣り合う2つのp型コンタクト層9の間隔およびそれら
に接したn型エミッタ層8の間隔を広げたことにある。
The present embodiment is different from the first embodiment in that the longitudinal direction of the trench 4 (channel width direction) is different from that of the first embodiment.
This is because the interval between two adjacent p-type contact layers 9 and the interval between the n-type emitter layers 8 in contact with them are increased.

【0155】これらのp型コンタクト層9で挟まれた領
域のp型ベース層7上には層間絶縁膜11が設けられて
おり、エミッタ電極12がp型ベース層7にコンタクト
しないようになっている。
An interlayer insulating film 11 is provided on the p-type base layer 7 in a region sandwiched by these p-type contact layers 9 so that the emitter electrode 12 does not contact the p-type base layer 7. I have.

【0156】本実施形態によれば、トレンチ4の長手方
向に関し、隣り合う2つのp型コンタクト層9の間隔が
広がっているので、これらのp型コンタクト層9で挟ま
れた領域のp型ベース層7は、p型コンタクト層9およ
びそれに接したn型エミッタ層8に比べて抵抗が高くな
る。
According to the present embodiment, since the interval between two adjacent p-type contact layers 9 is increased in the longitudinal direction of trench 4, the p-type base in the region sandwiched by these p-type contact layers 9 is formed. The layer 7 has a higher resistance than the p-type contact layer 9 and the n-type emitter layer 8 in contact therewith.

【0157】そのため、オン状態では、図26に示すよ
うに、大部分の正孔hは広い領域のp型ベース層7下を
通らずに、狭い領域のp型コンタクト層9およびn型エ
ミッタ層8下を通るようになる。その結果、エミッタ電
極12側の正孔濃度が高くなり、n型エミッタ層8から
の電子の注入が促進されてオン抵抗が低くなる。
Therefore, in the ON state, as shown in FIG. 26, most of the holes h do not pass under the p-type base layer 7 in the wide area, but the p-type contact layer 9 and the n-type emitter layer in the narrow area. 8 will pass below. As a result, the hole concentration on the side of the emitter electrode 12 is increased, the injection of electrons from the n-type emitter layer 8 is promoted, and the on-resistance is reduced.

【0158】一方、ターンオフ時や負荷短絡時など電流
密度が高くなる時は、正孔はn型エミッタ層8下にのみ
集中せず、一旦p型ベース層7中に入ってからエミッタ
電極7に抜けるバイパス経路も存在するので、寄生サイ
リスタ構造のラッチアップ防止や負荷短絡耐量の向上を
図れるようになる。
On the other hand, when the current density becomes high such as at the time of turn-off or load short-circuit, holes do not concentrate only under the n-type emitter layer 8 but once enter the p-type base layer 7 and Since there is also a bypass path to escape, it is possible to prevent the latch-up of the parasitic thyristor structure and improve the load short-circuit tolerance.

【0159】(第14の実施形態)図27は、本発明の
第14の実施形態に係るトレンチ構造を有するIGBT
の断面図である。この図27の断面図は、第13の実施
形態の図26の断面図に相当するものである。
(Fourteenth Embodiment) FIG. 27 shows an IGBT having a trench structure according to a fourteenth embodiment of the present invention.
FIG. The sectional view of FIG. 27 corresponds to the sectional view of FIG. 26 of the thirteenth embodiment.

【0160】本実施形態が第13の実施形態と異なる点
は、トレンチ4の長手方向に関し、p型コンタクト層9
およびn型エミッタ層8の周囲近傍のp型ベース層7を
残して他のp型ベース層7を省いたことにある。
This embodiment is different from the thirteenth embodiment in that the p-type contact layer 9 is formed in the longitudinal direction of the trench 4.
And the other p-type base layer 7 is omitted except for the p-type base layer 7 near the periphery of the n-type emitter layer 8.

【0161】その結果、トレンチ4の長手方向に関し、
隣り合う2つのp型コンタクト層9で挟まれた領域の大
部分は、p型ベース層7よりも高抵抗のn型ベース層1
が占めることになる。
As a result, regarding the longitudinal direction of the trench 4,
Most of the region sandwiched between two adjacent p-type contact layers 9 is the n-type base layer 1 having a higher resistance than the p-type base layer 7.
Will occupy.

【0162】したがって、トレンチ4の長手方向に関
し、隣り合う2つのp型コンタクト層9で挟まれた領域
の寸法が第13の実施形態のそれと同じであれば、より
多くの正孔が狭い領域のp型コンタクト層9および型エ
ミッタ層8下を通るようになるので、オン電圧をさらに
下げることができる。
Therefore, if the size of the region sandwiched between two adjacent p-type contact layers 9 in the longitudinal direction of trench 4 is the same as that of the thirteenth embodiment, more holes are formed in the narrow region. Since the current passes under the p-type contact layer 9 and the type emitter layer 8, the on-voltage can be further reduced.

【0163】逆に、第13の実施形態と同じ程度のオン
電圧で良い場合には、トレンチ4の長手方向に関し、隣
り合う2つのp型コンタクト層9で挟まれた領域の寸法
を第13の実施形態のそれよりも小さくできるので、第
13の実施形態よりも面積効率を高くすることができ
る。
On the other hand, when the ON voltage is the same as that of the thirteenth embodiment, the size of the region sandwiched between two adjacent p-type contact layers 9 in the longitudinal direction of the trench 4 is reduced to the thirteenth embodiment. Since it can be smaller than that of the embodiment, the area efficiency can be made higher than that of the thirteenth embodiment.

【0164】(第15の実施形態)図28は、本発明の
第15の実施形態に係るトレンチ構造を有するIGBT
の断面図である。この図28の断面図は、第13の実施
形態の図26の断面図に相当するものである。
(Fifteenth Embodiment) FIG. 28 shows an IGBT having a trench structure according to a fifteenth embodiment of the present invention.
FIG. The sectional view of FIG. 28 corresponds to the sectional view of FIG. 26 of the thirteenth embodiment.

【0165】本実施形態が第14の実施形態と異なる点
は、p型ベース層7を省いた領域のn型ベース層1の表
面にトレンチ(ゲート絶縁膜5)と接するようにp型フ
ローティング層25を設けたことにある。
The present embodiment is different from the fourteenth embodiment in that the p-type floating layer is in contact with the trench (gate insulating film 5) on the surface of the n-type base layer 1 in the region where the p-type base layer 7 is omitted. 25.

【0166】第14の実施形態のIGBTは、本来ある
べきところのp型ベース層7を一部省いたので、耐圧の
点で設計が難しい。
Since the IGBT of the fourteenth embodiment partially omits the p-type base layer 7 where it should be, it is difficult to design the IGBT in terms of withstand voltage.

【0167】しかし、本実施形態によれば、ターンオフ
時にはトレンチ(ゲート絶縁膜5)と接するn型ベース
層1の表面にp型反転層が形成され、このp型反転層を
介してp型フローティング層25がp型ベース層7と電
気的に接続する。
However, according to the present embodiment, at the time of turn-off, a p-type inversion layer is formed on the surface of n-type base layer 1 in contact with trench (gate insulating film 5), and p-type floating layer is formed via this p-type inversion layer. Layer 25 is electrically connected to p-type base layer 7.

【0168】その結果、p型ベース層7を省いた領域の
n型ベース層1の電位が固定されるので、耐圧が高くな
る。また、オン状態では、p型フローティング層25は
p型ベース層7とは電気的に分離され、オン電圧が下が
る。
As a result, since the potential of the n-type base layer 1 in the region excluding the p-type base layer 7 is fixed, the breakdown voltage is increased. In the on state, the p-type floating layer 25 is electrically separated from the p-type base layer 7, and the on-voltage drops.

【0169】(第16の実施形態)図29は、本発明の
第16の実施形態に係るトレンチ構造を有するIGBT
の断面図である。この図29の断面図は、第13の実施
形態の図26の断面図に相当するものである。
(Sixteenth Embodiment) FIG. 29 shows an IGBT having a trench structure according to a sixteenth embodiment of the present invention.
FIG. The sectional view of FIG. 29 corresponds to the sectional view of FIG. 26 of the thirteenth embodiment.

【0170】本実施形態が第14の実施形態と異なる第
1の点は、層間絶縁膜11を無くしてエミッタ電極12
をp型バラスト層26とコンタクトさせていることにあ
る。これにより、ターンオフ時や負荷短絡時における正
孔の排出口が広くなるので、寄生サイリスタ構造のラッ
チアップをさらに効果的に防止できたり、負荷短絡容量
をさらに大きくすることができる。
The first point of the present embodiment that differs from the fourteenth embodiment is that the interlayer insulating film 11 is eliminated and the emitter electrode 12 is removed.
Is in contact with the p-type ballast layer 26. As a result, the holes for discharging holes at the time of turn-off or load short-circuiting are widened, so that the latch-up of the parasitic thyristor structure can be more effectively prevented, and the load short-circuit capacity can be further increased.

【0171】また、本実施形態が第14の実施形態と異
なる第2の点は、p型ベース層7を省いた領域のn型ベ
ース層1の表面に、不純物濃度が低く高抵抗に設計され
たP型バラスト層26を設けたことにある。これによ
り、オン状態での正孔の排出が制限されるので、オン電
圧の上昇を抑制できるようになる。
Further, the present embodiment is different from the fourteenth embodiment in that the surface of the n-type base layer 1 where the p-type base layer 7 is omitted is designed to have a low impurity concentration and a high resistance. That is, the P-type ballast layer 26 is provided. Thereby, the discharge of holes in the ON state is restricted, so that an increase in ON voltage can be suppressed.

【0172】(第17の実施形態)図30は、本発明の
第17の実施形態に係るトレンチ構造を有するIGBT
の断面斜視図である。
(Seventeenth Embodiment) FIG. 30 shows an IGBT having a trench structure according to a seventeenth embodiment of the present invention.
FIG.

【0173】本実施形態が第13の実施形態と異なる点
は、トレンチ4の長手方向に垂直な方向(チャネル長方
向)に沿って、エミッタ電極12とコンタクトしないn
型エミッタ層8が存在することにある。このエミッタ電
極12は、層間絶縁膜11によってn型エミッタ層8と
絶縁されている。
This embodiment is different from the thirteenth embodiment in that no contact is made with the emitter electrode 12 along the direction perpendicular to the longitudinal direction of the trench 4 (channel length direction).
That is, the presence of the mold emitter layer 8. This emitter electrode 12 is insulated from the n-type emitter layer 8 by the interlayer insulating film 11.

【0174】このような構成によれば、トレンチ4の長
手方向に垂直な方向に関しても、正孔電流の集中が起こ
り、すなわちエミッタ電極12とコンタクトしたn型エ
ミッタ層8下における正孔電流の密度が高くなり、n型
エミッタ層8からの電子の注入が促進されてオン電圧が
低くなる。
According to such a structure, concentration of hole current also occurs in the direction perpendicular to the longitudinal direction of trench 4, that is, the density of hole current under n-type emitter layer 8 in contact with emitter electrode 12. And the injection of electrons from the n-type emitter layer 8 is promoted, and the on-voltage is reduced.

【0175】したがって、本実施形態によれば、トレン
チ4の長手方向に平行な方向(Y軸方向)およびトレン
チ4の長手方向に垂直な方向(X軸方向)に関して、n
型エミッタ層8からの電子の注入が促進されるので、オ
ン電圧をさらに下げることができるようになる。
Therefore, according to the present embodiment, n is set in the direction parallel to the longitudinal direction of the trench 4 (Y-axis direction) and the direction perpendicular to the longitudinal direction of the trench 4 (X-axis direction).
Since the injection of electrons from the mold emitter layer 8 is promoted, the on-voltage can be further reduced.

【0176】(第18の実施形態)図31は本発明の第
18の実施形態に係るトレンチ構造を有するIGBTの
平面図、図32は同IGBTのA−A’断面図、B−
B’断面図、C−C’断面図およびD−D’断面図を示
している。
(Eighteenth Embodiment) FIG. 31 is a plan view of an IGBT having a trench structure according to an eighteenth embodiment of the present invention, FIG. 32 is a sectional view of the IGBT taken along the line AA ′, and FIG.
It shows a B ′ sectional view, a CC ′ sectional view, and a DD ′ sectional view.

【0177】本実施形態が第1の実施形態と異なる点
は、p型コンタクト層9が素子の微細化に対して有利な
パターンを持っていることにある。
The present embodiment is different from the first embodiment in that the p-type contact layer 9 has a pattern advantageous for miniaturization of the device.

【0178】すなわち、本実施形態のp型コンタクト層
9は、チャネルが形成されるところのトレンチ4に接し
たn型エミッタ層8のエッジ部分とは接しないパターン
を持っている。
That is, the p-type contact layer 9 of the present embodiment has a pattern that does not contact the edge of the n-type emitter layer 8 that contacts the trench 4 where the channel is formed.

【0179】このようなパターンのp型コンタクト層9
であれば、それを形成する際の拡散工程で、p型不純物
がチャネル領域にまで拡散することを防止できる。
The p-type contact layer 9 having such a pattern
Then, it is possible to prevent the p-type impurity from diffusing into the channel region in the diffusion step of forming the same.

【0180】したがって、本実施形態によれば、素子の
微細化を進めてチャネル領域が縮小しても、チャネル領
域のn型エミッタ層8が素子特性の劣化を招く程度まで
減少したり、あるいはチャネル領域のn型エミッタ層8
が消滅するという問題は起こらない。
Therefore, according to the present embodiment, even if the channel region is reduced by miniaturizing the device, the n-type emitter layer 8 in the channel region is reduced to such an extent that the device characteristics are deteriorated, or Region n-type emitter layer 8
The problem of disappearing does not occur.

【0181】なお、本発明は、上記実施形態に限定され
るものではない。例えば、上記実施形態ではIGBTの
場合について説明したが、本発明はIGBTよりも電子
注入が促進された素子であるIEGT(Injection Enha
ncement Gate Transistor )にも適用できる。また、上
記実施形態を適宜組み合わせて実施しても良い。その
他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実
施できる。
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, the case of the IGBT was described. However, the present invention relates to an IEGT (Injection Enha
ncement Gate Transistor). Further, the above embodiments may be appropriately combined and implemented. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

【0182】[0182]

【発明の効果】以上詳説したように本発明によれば、上
述した第1ないし第5の問題を解決できる電力用半導体
装置を実現できるようになる。
As described in detail above, according to the present invention, a power semiconductor device which can solve the above-described first to fifth problems can be realized.

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

【図1】本発明の第1の実施形態に係るトレンチ構造を
有するIGBTの平面図
FIG. 1 is a plan view of an IGBT having a trench structure according to a first embodiment of the present invention.

【図2】同平面図のA−A’断面図FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line A-A ′ in the plan view.

【図3】同IGBTの断面斜視図FIG. 3 is a sectional perspective view of the IGBT.

【図4】本発明の第2の実施形態に係るトレンチ構造を
有するIGBTの平面図
FIG. 4 is a plan view of an IGBT having a trench structure according to a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第3の実施形態に係るトレンチ構造を
有するIGBTの断面図
FIG. 5 is a sectional view of an IGBT having a trench structure according to a third embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第4の実施形態に係るトレンチ構造を
有するIGBTの平面図
FIG. 6 is a plan view of an IGBT having a trench structure according to a fourth embodiment of the present invention.

【図7】同平面図のA−A’断面図FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line A-A ′ in the plan view.

【図8】同IGBTの断面斜視図FIG. 8 is a sectional perspective view of the IGBT.

【図9】本発明の第5の実施形態に係るトレンチ構造を
有するIGBTを示す断面図
FIG. 9 is a sectional view showing an IGBT having a trench structure according to a fifth embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第6の実施形態に係るトレンチ構造
を有するIGBTを示す断面図
FIG. 10 is a sectional view showing an IGBT having a trench structure according to a sixth embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第7の実施形態に係るトレンチ構造
を有するIGBTを示す断面図
FIG. 11 is a sectional view showing an IGBT having a trench structure according to a seventh embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第8の実施形態に係るトレンチ構造
を有するIGBTを示す断面図
FIG. 12 is a sectional view showing an IGBT having a trench structure according to an eighth embodiment of the present invention.

【図13】本発明の第9の実施形態に係るトレンチ構造
を有するIGBTの断面図および等価回路
FIG. 13 is a sectional view and an equivalent circuit of an IGBT having a trench structure according to a ninth embodiment of the present invention.

【図14】同IGBTの動作を説明するための素子内の
キャリア流を示す図
FIG. 14 is a diagram showing a carrier flow in the device for explaining the operation of the IGBT.

【図15】R1<R2を実現するための他の構造を示す
断面図」
FIG. 15 is a sectional view showing another structure for realizing R1 <R2.

【図16】本発明の第10の実施形態に係るトレンチ構
造を有するIGBTの断面図および等価回路
FIG. 16 is a sectional view and an equivalent circuit of an IGBT having a trench structure according to a tenth embodiment of the present invention.

【図17】同IGBTの動作を説明するための素子内の
キャリア流を示す図
FIG. 17 is a diagram showing a carrier flow in the device for explaining the operation of the IGBT.

【図18】同IGBTの動作を説明するためのバンド図FIG. 18 is a band diagram for explaining the operation of the IGBT.

【図19】本発明の第11の実施形態に係るトレンチ構
造を有するIGBTの断面図および等価回路
FIG. 19 is a sectional view and an equivalent circuit of an IGBT having a trench structure according to an eleventh embodiment of the present invention.

【図20】p型ベース層の電圧が0Vのときのp型ベー
ス層のバンド図
FIG. 20 is a band diagram of the p-type base layer when the voltage of the p-type base layer is 0 V;

【図21】図18および従来のIGBTのコレクタ電流
−コレクタ電圧の特性図を示す図
FIG. 21 is a diagram showing a characteristic diagram of collector current-collector voltage of FIG. 18 and a conventional IGBT.

【図22】本発明の第12の実施形態に係るトレンチ構
造を有するIGBTの断面図
FIG. 22 is a sectional view of an IGBT having a trench structure according to a twelfth embodiment of the present invention.

【図23】同IGBTのターンオフ時の矢視A−A’断
面図
FIG. 23 is a sectional view taken along the line AA ′ of the IGBT when it is turned off.

【図24】同IGBTのターンオフ時の矢視B−B’断
面図
FIG. 24 is a sectional view taken along the line BB ′ of the IGBT when it is turned off.

【図25】本発明の第13の実施形態に係るトレンチ構
造を有するIGBTの断面斜視図
FIG. 25 is a sectional perspective view of an IGBT having a trench structure according to a thirteenth embodiment of the present invention.

【図26】同IGBTの矢視A−A’断面図FIG. 26 is a sectional view taken along the line A-A ′ of the IGBT.

【図27】本発明の第14の実施形態に係るトレンチ構
造を有するIGBTの断面図
FIG. 27 is a sectional view of an IGBT having a trench structure according to a fourteenth embodiment of the present invention.

【図28】本発明の第15の実施形態に係るトレンチ構
造を有するIGBTの断面図
FIG. 28 is a sectional view of an IGBT having a trench structure according to a fifteenth embodiment of the present invention.

【図29】本発明の第16の実施形態に係るトレンチ構
造を有するIGBTの断面図
FIG. 29 is a sectional view of an IGBT having a trench structure according to a sixteenth embodiment of the present invention.

【図30】本発明の第17の実施形態に係るトレンチ構
造を有するIGBTの断面斜視図
FIG. 30 is a sectional perspective view of an IGBT having a trench structure according to a seventeenth embodiment of the present invention.

【図31】本発明の第18の実施形態に係るトレンチ構
造を有するIGBTの平面図
FIG. 31 is a plan view of an IGBT having a trench structure according to an eighteenth embodiment of the present invention.

【図32】同IGBTのA−A’断面図、B−B’断面
図、C−C’断面図およびD−D’断面図
FIG. 32 is a cross-sectional view of the IGBT taken along the lines AA ′, BB ′, CC ′, and DD ′;

【図33】従来のトレンチ構造を有するIGBTを示す
断面図
FIG. 33 is a cross-sectional view showing an IGBT having a conventional trench structure.

【図34】IGBTの負荷短絡試験回路を示す回路図FIG. 34 is a circuit diagram showing a load short-circuit test circuit of the IGBT.

【図35】IGBTの負荷短絡試験波形を示す波形図FIG. 35 is a waveform chart showing a load short-circuit test waveform of the IGBT.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…n型ベース層(第1導電型ベース層) 2…n型バッファ層 3…p型コレクタ層(第2導電型コレクタ層) 4…トレンチ(溝) 5…ゲート絶縁膜 6…ゲート電極 7…p型ベース層(第2導電型ベース層) 8…n型エミッタ層(第1導電型エミッタ層) 9…p型コンタクト層(第2導電型コンタクト層) 10…コレクタ電極 11…層間絶縁膜 12…エミッタ電極 21…p型ドレイン層(第2導電型ドレイン層) 22…ドレイン電極 23…p型コンタクト層(第2導電型コンタクト層) 24…ショットキー電極 25…p型フローティング層 26…P型バラスト層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... n-type base layer (1st conductivity type base layer) 2 ... n-type buffer layer 3 ... p-type collector layer (2nd conductivity type collector layer) 4 ... Trench (groove) 5 ... Gate insulating film 6 ... Gate electrode 7 ... p-type base layer (second conductivity type base layer) 8 ... n-type emitter layer (first conductivity type emitter layer) 9 ... p-type contact layer (second conductivity type contact layer) 10 ... collector electrode 11 ... interlayer insulating film DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 ... Emitter electrode 21 ... P-type drain layer (2nd conductivity type drain layer) 22 ... Drain electrode 23 ... P-type contact layer (2nd conductivity type contact layer) 24 ... Schottky electrode 25 ... P-type floating layer 26 ... P Mold ballast layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 雅浩 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Masahiro Tanaka 1 Tokoba, Komukai Toshiba-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】絶縁ゲート型電力用半導体素子を含む電力
用半導体装置であって、 絶縁ゲート型電力用半導体素子は、 高抵抗の第1導電型ベース層と、 この第1導電型ベース層の表面に形成された第2導電型
ベース層と、 この第2導電型ベース層の表面に選択的に形成された第
1導電型エミッタ層と、 この第1導電型エミッタ層および前記第2導電型ベース
層を貫通し、前記第1導電型ベース層の途中の深さまで
達した溝内に、ゲート絶縁膜を介して埋込み形成された
ゲート電極と、 前記第2導電型ベース層の表面に、前記溝および前記第
1導電型エミッタ層に接するように選択的に形成された
第2導電型コンタクト層と、 前記第1導電型エミッタ層が形成された表面とは反対側
の前記第1導電型ベース層の表面に形成された第2導電
型コレクタ層と、 前記第1導電型エミッタ層に設けられるとともに、前記
第2導電型コンタクト層を介して前記第2導電型ベース
層に設けられたエミッタ電極と、 前記第2導電型コレクタ層に設けられたコレクタ電極と
を具備し、 前記第1導電型エミッタ層および前記第2導電型コンタ
クト層のチャネル幅方向の寸法をそれぞれW1およびW
2とした場合に、W1/(W1+W2)≦0.4の条件
を満たすことを特徴とする電力用半導体装置。
1. A power semiconductor device including an insulated gate power semiconductor element, wherein the insulated gate power semiconductor element includes a high-resistance first conductivity type base layer and a first conductivity type base layer. A second conductivity type base layer formed on the surface; a first conductivity type emitter layer selectively formed on the surface of the second conductivity type base layer; a first conductivity type emitter layer and the second conductivity type A gate electrode that penetrates the base layer and is buried via a gate insulating film in a groove reaching a depth in the middle of the first conductivity type base layer; A second conductivity type contact layer selectively formed to be in contact with the trench and the first conductivity type emitter layer; and a first conductivity type base opposite to a surface on which the first conductivity type emitter layer is formed. The second conductive type core formed on the surface of the layer A collector layer provided on the second conductivity type base layer via the second conductivity type contact layer; and an emitter electrode provided on the second conductivity type base layer via the second conductivity type contact layer. The first conductive type emitter layer and the second conductive type contact layer have dimensions in the channel width direction of W1 and W, respectively.
2. A power semiconductor device, satisfying a condition of W1 / (W1 + W2) ≦ 0.4 when 2.
【請求項2】前記W1は3μm以下であることを特徴と
する請求項1に記載の電力用半導体装置。
2. The power semiconductor device according to claim 1, wherein said W1 is 3 μm or less.
【請求項3】絶縁ゲート型電力用半導体素子を含む電力
用半導体装置であって、 絶縁ゲート型電力用半導体素子は、 高抵抗の第1導電型ベース層と、 この第1導電型ベース層の表面に形成された第2導電型
ベース層と、 この第2導電型ベース層の表面に選択的に形成された第
1導電型エミッタ層と、 この第1導電型エミッタ層および前記第2導電型ベース
層を貫通し、前記第1導電型ベース層の途中の深さまで
達した溝内に、ゲート絶縁膜を介して埋込み形成された
ゲート電極と、 前記第2導電型ベース層の表面に、前記溝および前記第
1導電型エミッタ層に接するように選択的に形成された
第2導電型コンタクト層と、 前記第1導電型エミッタ層が形成された表面とは反対側
の前記第1導電型ベース層の表面に形成された第2導電
型コレクタ層と、 前記第1導電型エミッタ層に設けられるとともに、前記
第2導電型コンタクト層を介して前記第2導電型ベース
層に設けられたエミッタ電極と、 前記第2導電型コレクタ層に設けられたコレクタ電極と
を具備し、 前記第1導電型エミッタ層のチャネル幅方向の寸法が3
μm以下であることを特徴とする電力用半導体装置。
3. A power semiconductor device including an insulated gate power semiconductor element, wherein the insulated gate power semiconductor element includes a high resistance first conductivity type base layer, and a first conductivity type base layer. A second conductivity type base layer formed on the surface; a first conductivity type emitter layer selectively formed on the surface of the second conductivity type base layer; a first conductivity type emitter layer and the second conductivity type A gate electrode that penetrates the base layer and is buried via a gate insulating film in a groove reaching a depth in the middle of the first conductivity type base layer; A second conductivity type contact layer selectively formed to be in contact with the trench and the first conductivity type emitter layer; and a first conductivity type base opposite to a surface on which the first conductivity type emitter layer is formed. The second conductive type core formed on the surface of the layer A collector layer provided on the second conductivity type base layer via the second conductivity type contact layer; and an emitter electrode provided on the second conductivity type base layer via the second conductivity type contact layer. And a dimension in the channel width direction of the first conductivity type emitter layer is 3
A power semiconductor device, which is not more than μm.
【請求項4】絶縁ゲート型電力用半導体素子を含む電力
用半導体装置であって、 絶縁ゲート型電力用半導体素子は、 高抵抗の第1導電型ベース層と、 この第1導電型ベース層の表面に形成された第2導電型
ベース層と、 この第2導電型ベース層の表面に選択的に形成された第
1導電型エミッタ層および第2導電型コレクタ層と、 この第1導電型エミッタ層および前記第2導電型ベース
層を貫通し、前記第1導電型ベース層の途中の深さまで
達した溝内に、ゲート絶縁膜を介して埋込み形成された
ゲート電極と、 前記第1導電型エミッタ層が形成された表面とは反対側
の前記第1導電型ベース層の表面に形成された第2導電
型コレクタ層と、 前記第1導電型エミッタ層に設けられるとともに、前記
第2導電型コンタクト層を介して前記第2導電型ベース
層に設けられたエミッタ電極と、 前記第2導電型コレクタ層に設けられたコレクタ電極と
を具備し、 前記溝は複数形成されており、こららの溝によって複数
に分割された前記第1導電型エミッタ層のうちの一部
は、前記エミッタ電極と電気的に接続されておらず、 前記複数に分割された前記第1導電型エミッタ層のう
ち、前記エミッタ電極と電気的に接続されたものについ
ては、 前記第1導電型エミッタ層および前記2型コンタクト層
のチャネル幅方向の寸法をそれぞれW1およびW2とし
た場合に、W1/(W1+W2)≦0.4の条件を満た
すことを特徴とする電力用半導体装置。
4. A power semiconductor device including an insulated gate power semiconductor element, wherein the insulated gate power semiconductor element includes a high-resistance first conductivity type base layer and a first conductivity type base layer. A second conductivity type base layer formed on the surface; a first conductivity type emitter layer and a second conductivity type collector layer selectively formed on the surface of the second conductivity type base layer; A gate electrode buried through a gate insulating film in a groove that penetrates the base layer and the second conductivity type base layer and reaches a middle depth of the first conductivity type base layer; A second conductivity type collector layer formed on a surface of the first conductivity type base layer opposite to a surface on which the emitter layer is formed; and a second conductivity type provided on the first conductivity type emitter layer. The second through a contact layer An emitter electrode provided on a conductive type base layer, and a collector electrode provided on the second conductive type collector layer, wherein the plurality of grooves are formed, and the plurality of grooves are divided by the plurality of grooves. A part of the first conductive type emitter layer is not electrically connected to the emitter electrode, and is electrically connected to the emitter electrode among the plurality of divided first conductive type emitter layers. When the dimensions in the channel width direction of the first conductivity type emitter layer and the type 2 contact layer are W1 and W2, respectively, the condition of W1 / (W1 + W2) ≦ 0.4 is satisfied. Characteristic power semiconductor device.
【請求項5】絶縁ゲート型電力用半導体素子を含む電力
用半導体装置であって、 絶縁ゲート型電力用半導体素子は、 高抵抗の第1導電型ベース層と、 この第1導電型ベース層の表面に形成された第2導電型
ベース層と、 この第2導電型ベース層の表面に選択的に形成された第
1導電型エミッタ層と、 この第1導電型エミッタ層および前記第2導電型ベース
層を貫通し、前記第1導電型ベース層の途中の深さまで
達した溝内に、ゲート絶縁膜を介して埋込み形成された
ゲート電極と、 ターンオフ時または過電流導通時に、前記第1導電型エ
ミッタ層が形成された前記第2導電型ベース層を介さず
に素子外にキャリアを排出させる手段と、 前記第1導電型エミッタ層が形成された表面とは反対側
の前記第1導電型ベース層の表面に形成された第2導電
型コレクタ層と、 前記第1導電型エミッタ層および前記第2導電型ベース
層に設けられたエミッタ電極と、 前記第2導電型コレクタ層に設けられたコレクタ電極と
を具備してなることを特徴とする電力用半導体装置。
5. A power semiconductor device including an insulated gate power semiconductor element, wherein the insulated gate power semiconductor element includes a high resistance first conductivity type base layer, and a first conductivity type base layer. A second conductivity type base layer formed on the surface; a first conductivity type emitter layer selectively formed on the surface of the second conductivity type base layer; a first conductivity type emitter layer and the second conductivity type A gate electrode embedded through a gate insulating film in a groove penetrating the base layer and reaching a middle depth of the first conductivity type base layer; Means for discharging carriers out of the device without passing through the second conductivity type base layer on which the first conductivity type emitter layer is formed; and the first conductivity type on the opposite side to the surface on which the first conductivity type emitter layer is formed. Formed on the surface of the base layer A second conductivity type collector layer; an emitter electrode provided on the first conductivity type emitter layer and the second conductivity type base layer; and a collector electrode provided on the second conductivity type collector layer. A power semiconductor device characterized by the above-mentioned.
【請求項6】絶縁ゲート型電力用半導体素子を含む電力
用半導体装置であって、 絶縁ゲート型電力用半導体素子は、 高抵抗の第1導電型ベース層と、 この第1導電型ベース層の表面に形成された第2導電型
ベース層と、 この第2導電型ベース層の表面に選択的に形成された第
1導電型エミッタ層と、 この第1導電型エミッタ層および前記第2導電型ベース
層を貫通し、前記第1導電型ベース層の途中の深さまで
達した溝内に、ゲート絶縁膜を介して埋込み形成された
ゲート電極と、 前記第2導電型ベース層の表面にかつ前記溝の間で前記
第1導電型エミッタ層が形成されていない領域に形成さ
れた高不純物濃度の第2導電型ドレイン層と、 前記第1導電型エミッタ層が形成された表面とは反対側
の前記第1導電型ベース層の表面に形成された第2導電
型コレクタ層と、 前記第1導電型エミッタ層および前記第2導電型ベース
層に設けられたエミッタ電極と、 前記第2導電型ドレイン層に設けられ、前記エミッタ電
極と電気的に接続されたドレイン電極と、 前記第2導電型コレクタ層に設けられたコレクタ電極と
を具備してなることを特徴とする電力用半導体装置。
6. A power semiconductor device including an insulated gate power semiconductor element, wherein the insulated gate power semiconductor element includes a high-resistance first conductivity type base layer and a first conductivity type base layer. A second conductivity type base layer formed on the surface; a first conductivity type emitter layer selectively formed on the surface of the second conductivity type base layer; a first conductivity type emitter layer and the second conductivity type A gate electrode that penetrates the base layer and is buried through a gate insulating film in a groove reaching a depth in the middle of the first conductivity type base layer; and a gate electrode formed on the surface of the second conductivity type base layer. A high impurity concentration second conductivity type drain layer formed in a region where the first conductivity type emitter layer is not formed between the trenches; Formed on the surface of the first conductivity type base layer A second conductivity type collector layer, an emitter electrode provided on the first conductivity type emitter layer and the second conductivity type base layer, and an emitter electrode provided on the second conductivity type drain layer. A power semiconductor device comprising: a drain electrode connected to the collector electrode; and a collector electrode provided on the second conductivity type collector layer.
【請求項7】絶縁ゲート型電力用半導体素子を含む電力
用半導体装置であって、 絶縁ゲート型電力用半導体素子は、 高抵抗の第1導電型ベース層と、 この第1導電型ベース層の表面に形成された第2導電型
ベース層と、 この第2導電型ベース層の表面に選択的に形成された第
1導電型エミッタ層と、 この第1導電型エミッタ層および前記第2導電型ベース
層を貫通し、前記第1導電型ベース層の途中の深さまで
達した溝内に、ゲート絶縁膜を介して埋込み形成された
ゲート電極と、 前記第1導電型ベース層の表面に選択的に形成され、前
記第2導電型ベース層の多数キャリアと同極性のキャリ
アを排出するための第2導電型ドレイン層と、 この第2導電型ドレイン層を介して素子外に排出される
前記キャリアの量を制御するキャリア制御手段と、 前記第1導電型エミッタ層が形成された表面とは反対側
の前記第1導電型ベース層の表面に形成された第2導電
型コレクタ層と、 前記第1導電型エミッタ層および前記第2導電型ベース
層に設けられたエミッタ電極と、 前記第2導電型ドレイン層に設けられ、前記エミッタ電
極と電気的に接続されたドレイン電極と、 前記第2導電型コレクタ層に設けられたコレクタ電極と
を具備してなることを特徴とする電力用半導体装置。
7. A power semiconductor device including an insulated gate type power semiconductor element, wherein the insulated gate type power semiconductor element includes a high resistance first conductivity type base layer and a first conductivity type base layer. A second conductivity type base layer formed on the surface; a first conductivity type emitter layer selectively formed on the surface of the second conductivity type base layer; a first conductivity type emitter layer and the second conductivity type A gate electrode buried via a gate insulating film in a groove penetrating through the base layer and reaching a middle depth of the first conductivity type base layer; and selectively covering a surface of the first conductivity type base layer. A second conductivity type drain layer for discharging carriers having the same polarity as the majority carrier of the second conductivity type base layer; and the carriers discharged out of the device via the second conductivity type drain layer. Control to control the amount of Means, a second conductivity type collector layer formed on a surface of the first conductivity type base layer opposite to a surface on which the first conductivity type emitter layer is formed, the first conductivity type emitter layer and the second conductivity type collector layer. An emitter electrode provided on the second conductivity type base layer; a drain electrode provided on the second conductivity type drain layer and electrically connected to the emitter electrode; and a drain electrode provided on the second conductivity type collector layer. A power semiconductor device comprising a collector electrode.
【請求項8】前記キャリア制御手段は、オン状態におけ
る前記キャリアの排出量を低減させ、ターンオフ時また
は過電流通電時における前記キャリアの排出量を増加さ
せるものであることを特徴とする請求項7に記載の電力
用半導体装置。
8. The carrier control device according to claim 7, wherein said carrier control means reduces the discharge amount of said carrier in an on state, and increases the discharge amount of said carrier at the time of turn-off or overcurrent application. 3. The power semiconductor device according to claim 1.
【請求項9】絶縁ゲート型電力用半導体素子を含む電力
用半導体装置であって、 絶縁ゲート型電力用半導体素子は、 高抵抗の第1導電型ベース層と、 この第1導電型ベース層の表面に形成された第2導電型
ベース層と、 この第2導電型ベース層の表面に選択的に形成された第
1導電型エミッタ層と、 前記第2導電型ベース層ならびに前記第1導電型エミッ
タ層を貫通し、前記第1導電型ベース層の途中の深さま
で達した溝内に、ゲート絶縁膜を介して埋込み形成され
たゲート電極と、 前記第1導電型エミッタ層が形成された表面とは反対側
の前記第1導電型ベース層の表面に形成された第2導電
型コレクタ層と、 前記第1導電型エミッタ層および前記第2導電型ベース
層と接続されたエミッタ電極と、 前記第2導電型コレクタ層に設けられたコレクタ電極と
を具備し、前記エミッタ電極が前記第1導電型エミッタ
層と接続する領域を所定の間隔で形成することにより、
前記第1導電型ベース層中の前記第2導電型ベース層側
のキャリア濃度をオン状態で高くなるようにしたことを
特徴とする電力用半導体装置。
9. A power semiconductor device including an insulated gate power semiconductor element, wherein the insulated gate power semiconductor element includes a high-resistance first conductivity type base layer, and a first conductivity type base layer. A second conductivity type base layer formed on the surface; a first conductivity type emitter layer selectively formed on the surface of the second conductivity type base layer; the second conductivity type base layer; and the first conductivity type A gate electrode buried via a gate insulating film in a trench that penetrates the emitter layer and reaches a middle depth of the first conductivity type base layer; and a surface on which the first conductivity type emitter layer is formed. A second conductivity type collector layer formed on the surface of the first conductivity type base layer opposite to the first conductivity type, an emitter electrode connected to the first conductivity type emitter layer and the second conductivity type base layer, Provided on the second conductivity type collector layer ; And a collector electrode, by forming a region where the emitter electrode is connected to the first conductive type emitter layer at a predetermined interval,
A power semiconductor device, wherein a carrier concentration of the first conductivity type base layer on the side of the second conductivity type base layer is increased in an ON state.
【請求項10】絶縁ゲート型電力用半導体素子を含む電
力用半導体装置であって、 絶縁ゲート型電力用半導体素子は、 高抵抗の第1導電型ベース層と、 この第1導電型ベース層の表面に形成された第2導電型
ベース層と、 この第2導電型ベース層の表面に選択的に形成された第
1導電型エミッタ層第2導電型コンタクト層と、 この第1導電型エミッタ層および前記第2導電型ベース
層を貫通し、前記第1導電型ベース層の途中の深さまで
達した溝内に、ゲート絶縁膜を介して埋込み形成された
ゲート電極と、 前記第1導電型エミッタ層が形成された表面とは反対側
の前記第1導電型ベース層の表面に形成された第2導電
型コレクタ層と、 前記第1導電型エミッタ層に設けられるとともに、前記
第2導電型コンタクト層を介して前記第2導電型ベース
層に設けられたエミッタ電極と、 前記第2導電型コレクタ層に設けられたコレクタ電極と
を具備し、 前記第2導電型コンタクト層は、前記第1導電型エミッ
タ層のうち、チャネルが形成されるところの前記溝に接
したエッジ部分に接していないことを特徴とする電力用
半導体装置。
10. A power semiconductor device including an insulated gate power semiconductor element, wherein the insulated gate power semiconductor element includes a high-resistance first conductivity type base layer and a first conductivity type base layer. A second conductivity type base layer formed on the surface; a first conductivity type emitter layer and a second conductivity type contact layer selectively formed on the surface of the second conductivity type base layer; and a first conductivity type emitter layer And a gate electrode buried through a gate insulating film in a groove penetrating the second conductive type base layer and reaching a middle depth of the first conductive type base layer; and the first conductive type emitter. A second conductivity type collector layer formed on the surface of the first conductivity type base layer opposite to a surface on which the layer is formed; and a second conductivity type contact provided on the first conductivity type emitter layer. The second conduction through a layer An emitter electrode provided on an electric base layer; and a collector electrode provided on the second conductive collector layer, wherein the second conductive contact layer is a channel of the first conductive emitter layer. A power semiconductor device, which is not in contact with an edge portion in contact with the groove where the groove is formed.
【請求項11】前記第1導電型エミッタ層と前記第2導
電型コンタクト層は、第2導電型ベース層の表面にスト
ライプ状の形状でもって交互に選択的に形成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の電力用半導体装置。
11. The first conductivity type emitter layer and the second conductivity type contact layer are alternately and selectively formed in a stripe shape on the surface of the second conductivity type base layer. The power semiconductor device according to claim 1.
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