(57)【要約】【課題】横型のＩＧＢＴにおいて、飽和電圧とターンオフ損失のトレードオフ関係を改善することができる技術を提供する。【解決手段】  横型のＩＧＢＴ１００の半導体領域３１は、ドリフト領域２２とボディ領域６、１６とエミッタ領域１２とボディコンタクト領域８とコレクタ領域２６とバッファ領域２８と拡散領域１４で構成されている。拡散領域１４は、エミッタ領域１２とドリフト領域２２の間のボディ領域６ａ、１６ａ内において素子領域３１の表面から素子領域３１の裏面に達する深さまで伸びており、ボディ領域６、１６をエミッタ領域１２に接する第１領域６とドリフト領域２２に接する第２領域１６に分離している。拡散領域１４は、ｎ型であり、ドリフト領域２２よりも不純物濃度が高い。ＩＧＢＴ１００では、ターンオン時にドリフト領域２２内のエミッタ領域側の部位２２ａにも正孔が多く蓄積される。【選択図】図１
2010267896.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の表面に臨む範囲に半導体領域が形成されている横型のＩＧＢＴであり、
前記半導体領域は、
第１導電型のドリフト領域と、
前記ドリフト領域と隣接している第２導電型のボディ領域と、
前記半導体基板の表面に臨む範囲に形成されているとともに前記ボディ領域に接しており、前記ボディ領域によって前記ドリフト領域から分離されている第１導電型のエミッタ領域と、
前記半導体基板の表面に臨む範囲に形成されており、前記ドリフト領域によって前記ボディ領域から分離されている第２導電型のコレクタ領域と、
前記エミッタ領域と前記ドリフト領域の間の前記ボディ領域内において前記半導体領域の表面から前記半導体領域の裏面に達する深さまで伸びており、前記ボディ領域を前記エミッタ領域に接する第１領域と前記ドリフト領域に接する第２領域に分離し、前記ドリフト領域よりも不純物濃度が高い第１導電型の拡散領域、
を備えていることを特徴とするＩＧＢＴ。
【請求項２】
半導体基板の表面に臨む範囲に半導体領域が形成されている横型のＩＧＢＴであり、
前記半導体領域は、
第１導電型のドリフト領域と、
第２導電型のボディ領域と、
前記半導体基板の表面に臨む範囲に形成されているとともに前記ボディ領域に接しており、前記ボディ領域によって前記ドリフト領域から分離されている第１導電型のエミッタ領域と、
前記半導体基板の表面に臨む範囲に形成されており、前記ドリフト領域によって前記ボディ領域から分離されている第２導電型のコレクタ領域と、
前記ボディ領域と前記ドリフト領域の間において前記半導体領域の表面から前記半導体領域の裏面に達する深さまで伸びており、前記ボディ領域と前記ドリフト領域に隣接し、前記ドリフト領域よりも不純物濃度が高い第１導電型の拡散領域、
を備えていることを特徴とするＩＧＢＴ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、横型のＩＧＢＴに関する。
【０００２】
近年、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の大電流を制御できる耐圧特性の高い半導体装置が開発されている。特に横型のＩＧＢＴは高集積化に有利であり、注目されている。例えば特許文献１には、従来の横型のＩＧＢＴが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】平８−１３９３１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＩＧＢＴでは、ターンオフ時に耐圧を維持するためにドリフト領域を高抵抗にする必要がある。このため、ターンオン時にはコレクタ領域から正孔を注入してドリフト領域の抵抗値を低減している。ターンオン時にドリフト領域内に蓄積される正孔の量はコレクタ領域から離れるほど減少する。このため、ドリフト領域内のエミッタ領域に近い部位では抵抗値が下がりにくい。その結果、飽和電圧が増大するという問題がある。なお本明細書において、飽和電圧とは、ベース電流を増加させていった場合に、コレクタ電極とエミッタ電極の間の電圧降下が減少しなくなったときのコレクタ電極とエミッタ電極の間の電圧降下をいう。また、以下では、ドリフト領域内のエミッタ領域に近い部位を、ドリフト領域内のエミッタ領域側の部位といい、ドリフト領域内のコレクタ領域に近い部位を、ドリフト領域内のコレクタ領域側の部位という。
【０００５】
ターンオン時にドリフト領域内に蓄積される正孔の量を多くすることで、ドリフト領域内のエミッタ領域側の部位においても抵抗値を低減することができ、飽和電圧を低減することができる。しかしながら、ドリフト領域内に蓄積される正孔の量が増加するとターンオフ時にドリフト領域から排出される正孔の量が増加するため、ターンオフ損失が増加する。このため、飽和電圧とターンオフ損失はトレードオフの関係にある。なお本明細書において、ターンオフ損失とは、ＩＧＢＴのオン状態からオフ状態への遷移期間中に発生する損失、即ち、ターンオフ時のスイッチング損失をいう。
【０００６】
本発明は上記の課題に鑑みて創作されたものである。本発明は、横型のＩＧＢＴにおいて、飽和電圧とターンオフ損失のトレードオフ関係を改善することができる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様は、半導体基板の表面に臨む範囲に半導体領域が形成されている横型のＩＧＢＴに関する。その半導体領域は、ドリフト領域とボディ領域とエミッタ領域とコレクタ領域と拡散領域を備えている。ドリフト領域は、第１導電型である。ボディ領域は、第２導電型であり、ドリフト領域と隣接している。エミッタ領域は、第１導電型であり、半導体基板の表面に臨む範囲に形成されているとともにボディ領域に接しており、ボディ領域によってドリフト領域から分離されている。コレクタ領域は、第２導電型であり、半導体基板の表面に臨む範囲に形成されており、ドリフト領域によってボディ領域から分離されている。コレクタ領域はドリフト領域と接していてもよい。または、コレクタ領域とドリフト領域の間にドリフト領域よりも不純物濃度が高い第１導電型の領域が形成されていてもよい。拡散領域は、エミッタ領域とドリフト領域の間のボディ領域内において半導体領域の表面から半導体領域の裏面に達する深さまで伸びており、ボディ領域をエミッタ領域に接する第１領域とドリフト領域に接する第２領域に分離している。拡散領域は、第１導電型であり、ドリフト領域よりも不純物濃度が高い。
【０００８】
上記のＩＧＢＴでは、ドリフト領域内のエミッタ領域側の部位と隣接するボディ領域内にドリフト領域よりも第１導電型の不純物濃度が高い拡散領域が形成されている。このため、ターンオン時にドリフト領域内に蓄積される第２導電型のキャリアが拡散領域によって引き付けられ、ドリフト領域内のエミッタ領域側の部位にもキャリアが多く蓄積される。これによって、ドリフト領域内のエミッタ領域側の部位の抵抗値が大きく低減され、飽和電圧が低減される。一方で、ターンオフ損失の増加に影響するのはドリフト領域内のコレクタ領域側に蓄積されているキャリアであり、ドリフト領域内のエミッタ領域側に蓄積されているキャリアはターンオフ損失に影響しない。このため、ターンオン時にドリフト領域内のエミッタ領域側にキャリアが多く蓄積されても、ターンオフ損失は増加しない。その結果、飽和電圧とターンオフ損失のトレードオフ関係が改善される。
【０００９】
本発明の第２の態様のＩＧＢＴは、上記した第１の態様のＩＧＢＴにおいて、拡散領域が形成されている位置のみ異なっている。本発明の第２の態様のＩＧＢＴでは、拡散領域が、ボディ領域とドリフト領域の間において半導体領域の表面から素子領域の裏面に達する深さまで伸びており、ボディ領域とドリフト領域に隣接している。
【００１０】
上記のＩＧＢＴでは、ドリフト領域内のエミッタ領域側の部位に隣接してドリフト領域よりも第１導電型の不純物濃度が高い拡散領域が形成されている。このため、ターンオン時にドリフト領域内のエミッタ領域側の部位にもキャリアが多く蓄積される。その結果、上述したように、飽和電圧とターンオフ損失のトレードオフ関係が改善される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、横型のＩＧＢＴにおいて、飽和電圧とターンオフ損失のトレードオフ関係を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】（ａ）は、第１実施例のＩＧＢＴ１００の断面図を示す。（ｂ）は、従来のＩＧＢＴと第１実施例のＩＧＢＴにおいて、ドリフト領域内のコレクタ領域側の部位からエミッタ領域側の部位に向かう平面方向に沿ってターンオン時の正孔電流の密度をプロファイルした結果を示す。
【図２】従来のＩＧＢＴと本発明のＩＧＢＴにおける、飽和電圧とターンオフ損失のトレードオフ曲線を示す。
【図３】第２実施例のＩＧＢＴ２００の断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態の特徴をいくつか説明する。
（形態１）エミッタ領域側の埋め込み酸化膜の表面に、ｎ型の埋め込み領域が形成されている。埋め込み領域は、コレクタ領域側からエミッタ領域側に向かうにつれてｎ型の不純物濃度が８段階に低下している。
（形態２）ドリフト領域およびボディ領域の表面にゲート絶縁膜としてフィールド酸化膜が形成されている。フィールド酸化膜は、ドリフト領域内のコレクタ領域側の部位近傍とエミッタ領域側の部位近傍にバーズビークを有している。
【００１４】
（第１実施例）
図１（ａ）に、第１実施例に係る横型のＩＧＢＴ１００の断面図を示す。図１（ａ）に示すように、ＩＧＢＴ１００の半導体基板９の裏面に臨む範囲には、支持基板２が形成されている。半導体基板９の一部であって支持基板２の表面には、埋め込み酸化膜４が形成されている。半導体基板９の表面に臨む範囲であって埋め込み酸化膜４の表面には、横型のＩＧＢＴの半導体領域３１が形成されている。ＩＧＢＴの半導体領域３１は、ドリフト領域２２と、ボディ領域６、１６と、エミッタ領域１２と、ボディコンタクト領域８と、コレクタ領域２６と、バッファ領域２８と、拡散領域１４と、埋め込み領域３０で構成されている。ドリフト領域２２は、ｎ−型であり、半導体領域３１の一部に形成されている。ボディ領域６、１６は、ｐ型であり、半導体領域３１の他の一部に形成されており、ドリフト領域２２と隣接している。エミッタ領域１２は、ｎ＋型であり、半導体基板９の表面に臨む範囲に形成されているとともにボディ領域６、１６に接しており、ボディ領域６、１６によってドリフト領域２２から分離されている。ボディコンタクト領域８は、ｐ＋型であり、半導体基板９の表面、ボディ領域６、１６およびエミッタ領域１２に接しており、ドリフト領域２２から分離されている。コレクタ領域２６は、ｎ＋型であり、半導体基板９の表面に臨む範囲に形成されており、ドリフト領域２２によってボディ領域６、１６から分離されている。バッファ領域２８は、ｎ型であり、ドリフト領域２２とコレクタ領域２６の間に形成されており、ドリフト領域２２とコレクタ領域２６に隣接している。拡散領域１４は、エミッタ領域１２とドリフト領域２２の間のボディ領域６ａ、１６ａ内において半導体領域３１の表面から半導体領域３１の裏面に達する深さまで伸びている。拡散領域１４は、ボディ領域６、１６をエミッタ領域１２に接する第１領域６とドリフト領域２２に接する第２領域１６に分離している。また拡散領域１４は、ｎ型であり、ドリフト領域２２よりも不純物濃度が高い。埋め込み領域３０は、半導体領域３１の裏面に臨む範囲に形成されており、埋め込み酸化膜４とドリフト領域２２とバッファ領域２８に接している。また埋め込み領域３０は、ｎ型であり、コレクタ領域２６側からエミッタ領域１２側に向かうにつれて不純物濃度が８段階に低下している。
【００１５】
半導体基板９の表面には、エミッタ電極１０と、コレクタ電極２４と、フィールド酸化膜２０と、ゲート電極１８が形成されている。エミッタ電極１０は、エミッタ領域１２と接している。コレクタ電極２４は、コレクタ領域２４と接している。フィールド酸化膜２０は、ドリフト領域２２とボディ領域６、１６と拡散領域１４の表面を被覆しており、ドリフト領域２２内のコレクタ領域側の部位近傍とエミッタ領域側の部位近傍２２ａにバーズビークを有している。フィールド酸化膜２０は、ゲート絶縁膜として形成されており、ＬＯＣＯＳ（Local oxidation of silicon）法によって形成されている。ゲート絶縁膜２０の表面の一部には、ゲート電極１８が形成されている。ゲート電極１８は、フィールド酸化膜２０を介して、ドリフト領域２２内のエミッタ領域側の部位２２ａ、エミッタ領域１２とドリフト領域２２の間のボディ領域６ａ、１６ａおよび拡散領域１４に対向している。エミッタ電極１０とコレクタ電極２４とゲート電極１８は、フィールド酸化膜２０によって互いに絶縁されている。
【００１６】
図１（ｂ）は、従来のＩＧＢＴと本実施例のＩＧＢＴ１００において、ドリフト領域２２内のコレクタ領域側の部位からエミッタ領域側の部位２２ａに向かう平面方向に沿ってターンオン時の正孔電流の密度をプロファイルした結果を示している。横軸は、エミッタ領域１２からの距離を示している。縦軸は、正孔電流密度（Ａ／ｍ２）を示している。実線は、本実施例のＩＧＢＴ１００のプロファイル結果を示している。破線は、従来のＩＧＢＴのプロファイル結果を示している。図１（ｂ）に示すように、ドリフト領域２２内のエミッタ領域１２側の部位２２ａでは、従来のＩＧＢＴの正孔電流密度に比して本実施例のＩＧＢＴ１００の正孔電流密度が大きい。即ち、ターンオン時にドリフト領域２２内のエミッタ領域側の部位２２ａにも正孔が多く蓄積される。このため、本実施例のＩＧＢＴ１００では、従来のＩＧＢＴに比してターンオン時におけるドリフト領域２２内のエミッタ領域１２側の部位２２ａの抵抗値が大きく低減される。
【００１７】
ＩＧＢＴ１００の拡散領域１４を除いた部位は、公知の横型のＩＧＢＴの製造方法によって製造することができる。以下では、ＩＧＢＴ１００の半導体領域３１に拡散領域１４を形成する方法を説明する。拡散領域１４は、半導体領域３１にボディ領域６、１６を形成した後に、エミッタ領域６とドリフト領域１６の間のボディ領域６ａ、１６ａにｎ型不純物を多段イオン注入することによって形成することができる。注入条件としては、例えば、高電圧と中電流を併用した４〜５回のイオン注入とすることができる。これによって、半導体領域３１の表面から半導体領域３１の裏面に達する深さまで伸びる拡散領域１４を形成することができる。
【００１８】
ＩＧＢＴ１００では、ターンオン時にドリフト領域２２内に正孔が蓄積される。この際に、ドリフト領域２２内のエミッタ領域側の部位２２ａにも正孔が多く蓄積される。これによって、ドリフト領域２２内のエミッタ領域側の部位２２ａの抵抗値が大きく低減され、飽和電圧が低減される。一方で、ターンオフ損失は増加しないために、飽和電圧とターンオフ損失のトレードオフ関係が改善される。
【００１９】
図２に、従来のＩＧＢＴと本実施例のＩＧＢＴの飽和電圧とターンオフ損失のトレードオフ曲線を示す。横軸は、飽和電圧（Ｖ）を示している。縦軸は、ターンオフ損失（Ｊ）を示している。実線は、本実施例のＩＧＢＴ１００のトレードオフ曲線を示している。破線は、従来のＩＧＢＴのトレードオフ曲線を示している。図２に示すように、本実施例のＩＧＢＴ１００では、従来のＩＧＢＴに比して飽和電圧とターンオフ損失がともに低減される方向へトレードオフ曲線が改善されている。
【００２０】
さらにＩＧＢＴ１００では、拡散領域１４がボディ領域６、１６の間に形成されているため、ＩＧＢＴ１００のターンオフ時に拡散領域１４が両側面から空乏化される。このため、ターンオフ時に拡散領域１４が一方の側面からのみ空乏化される場合に比して、拡散領域１４の不純物濃度を高くしてもターンオフ時に拡散領域１４が空乏化させることができ、ＩＧＢＴ１００の耐圧特性を維持することができる。拡散領域１４の不純物濃度を高くすることによって、ＩＧＢＴ１００のターンオン時にドリフト領域２２内のエミッタ領域側の部位２２ａに正孔を効果的に引き付けることができ、飽和電圧とターンオフ損失のトレードオフ関係を効果的に改善することができる。
【００２１】
（第２実施例）
図３に、第２実施例に係る横型のＩＧＢＴ２００の断面図を示す。ＩＧＢＴ２００の構造は第１実施例に係るＩＧＢＴ１００の構造と同一であり、拡散領域４４が形成されている位置のみ異なっている。このため、図３において、図１の参照符号に数字３０を加えた部材は、図１で説明した部材と同一である。ＩＧＢＴ２００では、拡散領域４４が、ボディ領域３６とドリフト領域５２の間において半導体領域６１の表面からドリフト領域５２を貫通する深さまで伸びており、ボディ領域３６とドリフト領域５２に隣接している。なお、ＩＧＢＴ２００では、ドリフト領域２２内のエミッタ領域側の部位５２ａがフィールド酸化膜５０を介してゲート電極４８に対向しているが、ドリフト領域２２内のエミッタ領域側の部位５２ａはフィールド酸化膜５０を介してゲート電極４８に対向していてもよいし、対向していなくてもよい。
【００２２】
ＩＧＢＴ２００では、ターンオン時にドリフト領域５２内に正孔が蓄積される。この際に、ドリフト領域５２内のエミッタ領域側の部位５２ａにも正孔が多く蓄積される。その結果、飽和電圧とターンオフ損失のトレードオフ関係が改善される。
【００２３】
第１、第２実施例のＩＧＢＴでは、エミッタ領域側の埋め込み酸化膜の表面に、ｎ型の埋め込み領域が形成されている。埋め込み領域は、コレクタ領域側からエミッタ領域側に向かうに連れて不純物の濃度が８段階で低下している。このような埋め込み領域を形成することによって、埋め込み酸化膜と埋め込み領域の界面において、ＩＧＢＴの深さ方向の電界強度を大きく低減することができる。これによって、局所的な電界集中によるアバランシェ降伏の発生を抑制することができ、高い耐圧特性を維持することができる。
【００２４】
第１、第２実施例のＩＧＢＴでは、ゲート絶縁膜としてフィールド酸化膜が形成されている。フィールド酸化膜は、ドリフト領域内のコレクタ領域側の部位近傍とエミッタ領域側の部位近傍にバーズビークを有している。このようなフィールド酸化膜を形成することによって、ドリフト領域の厚みを薄くすることができ、ドリフト領域内を縦方向に伸びる電界によって正孔が移動する距離を短くすることができる。これによって、局所的な電界集中によるアバランシェ降伏の発生を抑制することができ、高い耐圧特性を維持することができる。
【符号の説明】
【００２５】
２、３２：支持基板
４、３４：埋め込み酸化膜
６、１６、３６：ボディ領域
８、３８：ボディコンタクト領域
９、３９：半導体基板
１０、４０：エミッタ電極
１２、４２：エミッタ領域
１４、４４：拡散領域
１８、４８：ゲート電極
２０、５０：ゲート酸化膜
２２、５２：ドリフト領域
２４、５４：コレクタ電極
２６、４６：コレクタ領域
２８、５８：バッファ領域
３０、６０：埋め込み領域
３１、５１：半導体領域
１００、２００：ＩＧＢＴ
【図１】
2010267896.tif 000003
【図２】
2010267896.tif 000004
【図３】
2010267896.tif 000005