(57)【要約】【課題】  正孔の蓄積効果を高めつつ、電流密度の低下を抑制するＩＧＢＴを提供する。【解決手段】  絶縁ゲート間において、ドリフト領域は複数に分離して形成される。そして、ドリフト領域間においては、エミッタ電極とドリフト層間に層間絶縁膜が形成される。【選択図】図１
2010232335.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型のドリフト層と、
前記ドリフト層の一主面側において、第１方向に延在する形状であって前記第１方向と直行する第２方向に並行して配列されるように形成された絶縁ゲートと、
一対の前記絶縁ゲートに挟まれたゲート間領域に形成された第２導電型のベース領域と、
前記ベース領域において前記絶縁ゲートと隣接して形成された第１導電型のエミッタ領域と、
前記エミッタ領域と接続されたエミッタ電極と、
前記ドリフト層の他主面側に形成された第２導電型のコレクタ層と、
前記コレクタ層と接続されたコレクタ電極と、を含んで構成され、
前記ベース領域は、前記第１方向に沿って前記ドリフト層により複数に分離されており、
前記ドリフト層と前記エミッタ電極とは絶縁されていること、を特徴とする絶縁ゲートバイポーラトランジスタ。
【請求項２】
請求項１に記載の絶縁ゲートバイポーラトレンジスタであって、
前記絶縁ゲートは、前記ドリフト層の一主面から前記ベース領域よりも深くなるように形成されたトレンチ内に形成されていること、を特徴とする絶縁ゲートバイポーラトレンジスタ。
【請求項３】
請求項２に記載の絶縁ゲートバイポーラトレンジスタであって、
前記ドリフト層と前記エミッタ電極とは、層間絶縁膜によって絶縁されていること、を
特徴とする絶縁ゲートバイポーラトレンジスタ。
【請求項４】
請求項３に記載の絶縁ゲートバイポーラトレンジスタであって、
前記エミッタ領域と前記ドリフト層とは、前記ベース領域を介して分離されていること、を特徴とする絶縁ゲートバイポーラトレンジスタ。
【請求項５】
請求項４に記載の絶縁ゲートバイポーラトレンジスタであって、
前記ベース領域と前記ドリフト層との間には、第１導電型の不純物濃度が前記ドリフト層よりも大きい高濃度拡散領域が形成されていること、を特徴とする絶縁ゲートバイポーラトレンジスタ。
【請求項６】
請求項５に記載の絶縁ゲートバイポーラトレンジスタであって、
一の前記ゲート間領域とこれに隣接する他の前記ゲート間領域とでは、前記第２方向において前記ドリフト領域がずれるように配列されていること、を特徴とする絶縁ゲートバイポーラトレンジスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ−Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）は、パワーエレクトニクス分野におけるスイッチング素子として用いられている。
【０００３】
ＩＧＢＴは、ＰＴ（Ｐｕｎｃｈ  Ｔｈｒｏｕｇｈ）構造とＮＰＴ（Ｎｏｎ  Ｐｕｎｃｈｉ  Ｔｈｒｏｕｇｈ）構造とに大別される。
【０００４】
ＰＴ構造は、コレクタ層として半導体基板が用いられ、これにバッファ層、ドリフト層が順次エピタキシャル成長されたものである。ドリフト層は、高耐圧が要求されると、それに応じた厚さが必要となる。そうすると、ドリフト層のエピタキシャル成長によるコストが増大してしまう。
【０００５】
これに対して、ＮＰＴ構造では、ドリフト層は、ＦＺ（Ｆｌｏａｔ  Ｚｏｎｉｎｇ）ウエハが研磨されて形成される。これにより、高耐圧が要求されても、製造コストの増大が抑制される。
【０００６】
ところが、ＮＰＴ構造では、コレクタ層は、Ｐ＋型の不純物が低ドーズ量でドリフト層に注入されることにより形成される。このため、ＮＰＴ構造は、ＰＴ構造と比較すると、コレクタ層からドリフト層に注入される正孔の量が数桁低くなる。この場合、正孔がエミッタ電極から排出される量を無視できない。
【０００７】
これを解決すべく、従来においても、正孔の排出を抑制する試みがなされてきた。例えば、特許文献１では、隣接するトレンチ間の第１領域ではエミッタ領域とエミッタ電極とを接続させることで当該領域をメインセルとする一方、隣接するトレンチ間であって第１領域と異なる第２領域ではエミッタ領域とエミッタ電極との間に層間絶縁膜を形成することで当該領域をダミーセルとする構成が開示されている。正孔はＩＧＢＴがオンの状態においてコレクタ側からベース層に注入されるわけであるが、このような構成によってメインセルの面積が減少するため、正孔がメインセルを通じてエミッタ側へ排出されにくくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平８−１６７７１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述のように、特許文献１に係る発明では、メインセルの面積比率を積極的に減少させることにより、正孔のエミッタ側への排出量を抑制して正孔の蓄積量を保ち、ベース層の伝導度変調を促進することができる。
【００１０】
しかし、当該従来技術では、メインセルの面積比率が減少するため、電流密度が低下してしまう。
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、ＩＧＢＴにおいて、電流密度の低下を抑制しつつ、正孔の蓄積効果を高めることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明の絶縁ゲートバイポーラトランジスタは、第１導電型のドリフト層と、前記ドリフト層の一主面側において、第１方向に延在する形状であって前記第１方向と直行する第２方向に並行して配列されるように形成された絶縁ゲートと、一対の前記絶縁ゲートに挟まれたゲート間領域に形成された第２導電型のベース領域と、前記ベース領域において前記絶縁ゲートと隣接して形成された第１導電型のエミッタ領域と、前記エミッタ領域と接続されたエミッタ電極と、前記ドリフト層の他主面側に形成された第２導電型のコレクタ層と、前記コレクタ層と接続されたコレクタ電極と、を含んで構成され、前記ベース領域は、前記第１方向に沿って前記ドリフト層により複数に分離されており、前記ドリフト層と前記エミッタ電極とは絶縁されていること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
電流密度の低下を抑制しつつ、正孔の蓄積効果を高めたＩＧＢＴを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態に係るＩＧＢＴの平面図である。
【図２】図１のＩＧＢＴのＡ−Ａ´における断面図である。
【図３】図１のＩＧＴＢのＢ−Ｂ´における断面図である。
【図４】図１のＩＧＢＴのＣ−Ｃ´における断面図である。
【図５】図１のＩＧＴＢのＤ−Ｄ´における断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係るＩＧＢＴの断面図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係るＩＧＢＴの平面図である。
【図８】図２のＩＧＢＴのＥ−Ｅ´における断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について詳述する。
【実施例１】
【００１６】
はじめに、本発明の第１実施形態に係るＩＧＢＴ１Ａの構成について、図１〜５を参照して具体的に説明する。図１はＩＧＢＴの平面図である。また、図２、３、４及び５は、それぞれ、図１のＩＧＢＴのＡ−Ａ´、Ｂ−Ｂ´、Ｃ−Ｃ´、Ｄ−Ｄ´における断面図である。
【００１７】
まず、図１を参照して、第１実施形態に係るＩＧＢＴ１Ａの平面視における構成について説明する。ＩＧＢＴ１Ａは、ドリフト層２、ベース領域３、エミッタ領域４、ボディ領域５、ガードリング６、ゲート電極７及びゲート引き回し配線８を含んで構成される。なお、実際には、エミッタ領域４と接続されるエミッタ電極９や、このエミッタ電極９とドリフト層２又はゲート電極７とを絶縁する層間絶縁膜１０が形成されているが、煩雑を避けるため、平面図においてはこれらの図示は省略した。
【００１８】
各構成要素について詳述すると、ゲート電極７は、Ｙ方向に伸びるようなストライプ形状である。そして、これらは並行してＸ方向に複数配列される。ゲート電極７は、ＩＧＢＴ１Ａの周囲に形成されたゲート引き回し配線８と接続されて制御される。また、Ｐ＋型導電型のガードリング６は、ゲート引き回し配線８に囲まれた領域であってゲート電極７を除く領域の周囲に形成される。
【００１９】
Ｎ−導電型のドリフト層２は、ゲート電極７間であってガードリング６に囲まれた領域に配置するように形成される。そして、Ｐ型導電型のベース領域３は、ドリフト層２内においてそれぞれが離間して形成される。
【００２０】
Ｎ＋導電型のエミッタ領域４は、それぞれのベース領域３内においてゲート電極７と隣接するように形成される。そして、Ｐ＋型のボディ領域５は、それぞれのベース領域３内において、エミッタ領域４間に位置するように形成される。
【００２１】
また、ここでは図示していないが、エミッタ電極９は、全てのエミッタ領域４上を覆うように形成される。そして、層間絶縁膜１０は、エミッタ電極９と、ゲート電極７及びドリフト層２と、を絶縁するように形成される。
【００２２】
次に、図２を参照して、ＩＧＢＴ１ＡのＡ−Ａ´における断面の構成について説明する。ドリフト層２の主面は、ガードリング６、ベース領域３及びボディ領域５を含んで構成される。そして、当該主面上は、エミッタ電極９、層間絶縁膜１０及びゲート引き回し配線８を含んで構成される。一方、ドリフト層２の裏面は、コレクタ層１１及びコレクタ電極１２を含んで構成される。
【００２３】
ドリフト層２の主面における構成について詳述すると、ガードリング６は、ＩＧＢＴ１Ａの周囲に位置において、ベース領域３よりも深くなるように形成される。そして、ベース領域３は、ガードリング６に囲まれた領域において、それぞれが離間して複数形成される。また、ボディ領域５は、ベース領域３の表面において、中心に位置するように形成される。なお、ゲート電極７は、当該断面においては構成されないように配置されている。
【００２４】
ドリフト層２の主面上における構成について詳述すると、エミッタ電極９は、全てのエミッタ領域４を覆うことができる程度の面積にて幅広く形成される。そして、層間絶縁膜１０は、エミッタ電極９とエミッタ領域４とが接続され、かつ、エミッタ電極９とドリフト層２とが絶縁されるように形成される。また、ゲート引き回し配線８は、ＩＧＢＴ１Ａの周囲において、その上下が層間絶縁膜１０に挟まれるように形成される。
【００２５】
ドリフト層２の裏面について詳述すると、Ｐ＋導電型のコレクタ層１１は、ドリフト層２の裏面の全面にイオン注入して形成される。そして、コレクタ電極１２は、コレクタ層１１と密接して形成される。
【００２６】
次に、図３を参照して、ＩＧＢＴ１ＡのＢ−Ｂ´における断面の構成について説明する。
【００２７】
当該断面においては、ベース領域３、エミッタ領域４及びボディ領域５は形成されない。一方、ゲート電極７は、その一端及び他端がゲート引き回し配線８と接続されるように形成される。これにより、ゲート電極７は、ゲート引き回し配線８の信号に応じて制御される。そして、層間絶縁膜１０は、エミッタ電極９とゲート電極７とが絶縁されるように幅広く形成される。
【００２８】
なお、その他の構成については、Ａ−Ａ´の断面の構成と大部分が共通するから、ここでは説明を省略する。
【００２９】
次に、図４を参照して、ＩＧＢＴ１ＡのＣ−Ｃ´における断面の構成について説明する。
【００３０】
当該断面においては、ガードリング６に囲まれたドリフト層２の主面において、ゲート電極７が離間して複数形成される。そして、それぞれのゲート電極７間の領域において、ベース領域３は、その下端がゲート電極７より浅い位置となるように形成される。それぞれのベース領域３内では、エミッタ領域４はゲート電極７に隣接するように形成され、ボディ領域５はエミッタ領域４間に位置するように形成される。
【００３１】
ドリフト層２の主面上においては、エミッタ電極９は、全てのエミッタ領域４と接続される程度に幅広く形成される。そして、層間絶縁膜１０は、エミッタ電極９とエミッタ領域４とが接続され、エミッタ電極９とゲート電極７とが絶縁されるように形成される。
【００３２】
その他の構成については、ここでも説明を省略する。
【００３３】
次に、図５を参照して、ＩＧＢＴ１ＡのＤ−Ｄ´における断面の構成について説明する。
【００３４】
ドリフト層２の主面における構成について詳述すると、当該断面においてはＣ−Ｃ´における断面の構成と同様に、ガードリング６に囲まれたドリフト層２の主面において、ゲート電極７は離間して複数形成される。しかし、それぞれのゲート間７領域においては、ベース領域３、エミッタ領域４及びボディ領域５は形成されない。
【００３５】
ドリフト層２の主面上における構成について詳述すると、層間絶縁膜１０は、エミッタ電極９と、ゲート電極７及びドリフト層２とが接続されないように全面に渡って形成される。
【００３６】
その他の構成については、ここでも説明を省略する。
【００３７】
以下に、当該構成による作用について説明する。
【００３８】
ＩＧＢＴ１Ａがオン状態のとき、すなわち、エミッタ電極９がアースに接続され、コレクタ電極１２に正電圧が印加されると、ドリフト層２とベース領域３とからなるＰＮ接合は逆バイアスとなる。この状態においてゲート電極７にエミッタ電極９との間で閾値以上の正電圧が印加されると、Ｃ−Ｃ´における断面（図４）においては、ドリフト領域３にはゲート電極７に沿ってＮ導電型に反転したチャネルが形成される。すると、当該チャネルを介して、電子は、エミッタ領域４からドリフト層２に電子が注入される。これにより、コレクタ層１１からドリフト層２に正孔が注入され、ドリフト層２において伝導度変調が生じて、ドリフト層２の抵抗が低くなる。
【００３９】
このとき、本実施形態では、この正孔がエミッタ電極９から排出されにくいため、伝導度変調効果が良好であるという特徴を有する。すなわち、Ａ−Ａ´における断面（図２）を参照すると、エミッタ電極９とドリフト層２との間には層間絶縁膜１０が形成されているため、正孔は、ベース領域３間からは排出されない。これをＤ−Ｄ´における断面（図５）を参照して確認すると、当該断面においては、正孔が排出される経路がないことが確認できる。
【００４０】
また、本実施形態では、電流密度の低下を抑制できるという特徴も有する。すなわち、Ｃ−Ｃ´における断面（図４）を参照すると、当該断面ではゲート電極７間の領域に電流経路が形成されるが、Ｄ−Ｄ´における断面（図５）を参照すると、電流経路が形成されないため、ＩＧＢＴ１Ａの全体としては電流密度の低下が懸念されるようにも思える。しかし、Ａ−Ａ´における断面（図２）を参照すると、ベース領域３は下面のみならず、その側面もドリフト層２と面している。このため、電流経路は、ベース領域３の下面のみならず、ベース領域３の側面にも形成される。そして、正孔は、ベース領域３の下面のみならず、ベース領域３の側面にも蓄積される。したがって、ベース領域３の側面に形成される電流経路も、抵抗値が良好に低下する。このように、本実施形態では、低抵抗の電流経路がベース領域３の側面にも形成されるため、電流密度の低下を抑制できる。
【００４１】
なお、正孔の排出を抑制するという観点のみ考慮すると、Ａ−Ａ´における断面（図２）を参照したときに、層間絶縁膜１０の形状を図示のまま形成しておけば、ベース領域３が左端のガードリング６から右端のガードリング６まで延在するように形成されていても良いようにも思える。しかし、そのような場合では、ベース領域３は全面に渡って形成されるのであるから、層間絶縁膜１０の直下におけるベース領域３から正孔が入り込んでも、この正孔はベース領域３内を左右にも移動するのであるから、正孔は層間絶縁膜１０が形成されていない位置からエミッタ電極９へと排出されてしまう。これに対して、本実施形態では、正孔は、層間絶縁膜１０が形成されている位置においては排出される経路を有しないのであるから、正孔は良好に蓄積される。
【実施例２】
【００４２】
つづいて、第２実施形態に係るＩＧＢＴ１Ｂについて説明する。当該ＩＧＢＴ１Ｂは、第１実施形態に係るＩＧＢＴ１Ａよりもさらに正孔の蓄積効果を高めたものである。
【００４３】
図６は、本実施形態に係るＩＧＢＴ１Ｂについて、第１実施形態に係るＩＧＢＴ１ＡのＡ−Ａ´における断面（図２）に相当する断面の構成を示す。
【００４４】
第１実施形態と対比すると、本実施形態に係るＩＧＢＴ１Ｂでは、ベース領域３の側面にＮ型導電型の正孔排出抑制領域１３が形成されている。他の構成については、第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００４５】
当該構成による作用について説明すると、第１実施形態に係るＩＧＢＴ１ＡのＡ−Ａ´における断面（図２）を参照したときに、第１実施形態に係るＩＧＢＴ１Ａでは、確かに正孔はベース領域３間の層間絶縁膜下１０において蓄積される。しかし、ベース領域３は、側面がドリフト層２に露出しているため、正孔が当該側面からエミッタ電極９に排出されることも考えられる。これに対して、本実施形態に係るＩＧＢＴ１Ｂでは、ベース領域３の側面に正孔排出抑制領域１３が形成されているため、正孔はベース領域３の側面から排出しにくい。これにより、本実施形態に係るＩＧＢＴ１Ｂは、第１実施形態に係るＩＧＢＴ１Ａよりも正孔の蓄積効果が高くなる。
【実施例３】
【００４６】
つづいて、第３実施形態に係るＩＧＢＴ１Ｃについて説明する。
【００４７】
図７は、第３実施形態に係るＩＧＢＴ１Ｃの平面図を示す。また、図８は、ＩＧＢＴのＥ−Ｅ´における断面の構成を示す。
【００４８】
当該ＩＧＢＴ１Ｃでは、隣接するゲート電極７間の領域において、ベース領域３の形成される位置が互いにずれるように配置される。そして、ゲート電極７間の領域であってベース領域３が形成された箇所では、電流経路が形成されるとともに正孔が排出される。一方、ゲート電極７間の領域であってベース領域３が形成されない箇所においては、エミッタ電極９とドリフト層２との間に層間絶縁膜１０が形成されているため、正孔の排出が抑制される。そして、当該構成によって、ＩＧＢＴ１Ｃは、第１実施形態に係るＩＧＢＴ１Ａと比較すると、平面視における電流密度分布を均一化することができる。
【００４９】
以上、第１乃至３実施形態を通じて、本発明について具体的に説明した。本発明は、ゲート電極７間の領域において、ベース領域３は分離するように複数形成される。そして、ベース領域３間においては、エミッタ電極９とドリフト層２との間には層間絶縁膜１０が形成される。これにより、正孔は、ベース領域３間から排出されなくなるため、蓄積されやくなる。さらには、ベース領域３の側面が露出しているため、電流経路がベース領域３の側面にも形成され、電流密度の低下が抑制される。
【００５０】
なお、上記実施形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物も含まれる。
【００５１】
例えば、上記実施形態にて提示した各導電型はこれに限定されず、それぞれが逆導電型であってもよい。
【００５２】
また、上記実施形態では、ゲート引き回し配線８がガードリング６の外側に配置されていた。しかし、本発明はこれに限定されず、設計上、適宜変更できる。
【００５３】
また、上記実施形態では、ドリフト層２の裏面は、コレクタ層１１及びコレクタ電極１２のみが形成されていた。しかし、本発明はこれに限定されず、例えば、ドリフト層２とコレクタ層１１との間にＮ＋導電型のバッファ層が形成されてもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１Ａ〜１Ｃ      ＩＧＢＴ
２              ドリフト層
３              ベース領域
４              エミッタ領域
５              ボディ領域
６              ガードリング
７              ゲート電極
８              ゲート引き回し配線
９              エミッタ電極
１０            層間絶縁膜
１１            コレクタ層
１２            コレクタ電極
１３            正孔排出抑制領域
【図１】
2010232335.tif 000003
【図２】
2010232335.tif 000004
【図３】
2010232335.tif 000005
【図４】
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【図５】
2010232335.tif 000007
【図６】
2010232335.tif 000008
【図７】
2010232335.tif 000009
【図８】
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