【手続補正書】
【提出日】平成18年11月17日(2006.11.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
また、ｎ+不純物領域３ｂとｎ+不純物領域３０ａとで挟まれるｎ半導体層１の主面１００上には、絶縁膜４０が形成されており、さらにその上にはゲート電極５０が形成されている。そして、ゲート電極５０を覆って層間絶縁膜７０が形成されている。同様に、絶縁膜４１は、ｎ+不純物領域３ａと、図７には図示していないｎ+不純物領域とで挟まれるｎ半導体層１の主面１００上に形成されており、ゲート電極５１は、その絶縁膜４１上に形成されている。そして、ゲート電極５１を覆って層間絶縁膜７１が形成されている。また、絶縁膜４２は、ｎ+不純物領域３０ｂと、図７には図示していないｎ+不純物領域とで挟まれるｎ半導体層１の主面１００上に形成されており、ゲート電極５２は、その絶縁膜４２上に形成されている。そして、ゲート電極５２を覆って層間絶縁膜７２が形成されている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
上述のような構造を備える第１の従来技術のおけるＩＧＢＴでは、オフ状態において、ｐ+半導体層であるコレクタ層９０からの正孔の注入量が多いため、高温時におけるオフ状態の漏れ電流（以後、単に「漏れ電流」と呼ぶ）が多いという問題があった。また、一般的に、高耐圧のＩＧＢＴのオン電圧、ターンオフ損失などの特性を改善するためには、ｎ半導体層１の薄膜化が非常に有効であるが、ｎ半導体層１の薄膜化の反作用として、オフ状態における内蔵ｐｎｐトランジスタのｈＦＥが増大するため、漏れ電流が増大する。特に、第１の従来技術におけるＩＧＢＴでは、上述のように、オフ状態におけるコレクタ層９０からの正孔の注入量が多いため、ｎ半導体層１の薄膜化を行うと、漏れ電流が大幅に増加するといった問題があった。なお、第１の従来技術において「内蔵ｐｎｐトランジスタ」とは、ｎ半導体層１及びｎ+バッファ層８をベース領域とし、ｐ不純物領域２あるいはｐ不純物領域２０をコレクタ領域とし、コレクタ層９０をエミッタ領域として把握されるｐｎｐバイポーラトランジスタのことを意味している。また、「オフ状態」とは、例えば、エミッタ電極６とゲート電極５０〜５２とを同電位に設定し、コレクタ電極１０にエミッタ電極６及びゲート電極５０〜５２よりも高い電位を印加した状態であって、ＩＧＢＴがオフしている状態である。また、「漏れ電流」とは、オフ状態におけるコレクタ電極１０とエミッタ電極６との間に流れる電流を意味している。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
【課題を解決するための手段】
この発明のうち請求項１に記載の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタは、第１の主面と、前記第１の主面とは反対側の第２の主面とを有する第１導電型の第１の半導体層と、前記第１の半導体層の前記第１の主面上に形成された第２導電型の第２の半導体層と、前記第１の半導体層とは反対側の前記第２の半導体層の主面内に、前記第１の半導体層とは接続されずに選択的に形成された複数の前記第１導電型の第１の不純物領域と、各前記第１の不純物領域の表面を覆って、前記第２の半導体層の前記主面上に形成されたコレクタ電極と、前記第１の半導体層の前記第２の主面内に、前記第２の半導体層とは接続されずに選択的に形成された前記第２導電型の第２の不純物領域、前記第２の不純物領域の表面内に、前記第１の半導体層と接続されずに選択的に形成された前記第１導電型の第３の不純物領域、前記第３の不純物領域と前記第１の半導体層とで挟まれた前記第２の不純物領域の前記表面内に規定されるチャネル領域、前記チャネル領域上に形成された絶縁膜、前記絶縁膜上に形成されたゲート電極、及び、前記第２，３の不純物領域に接続されたエミッタ電極を有する構造とを備え、前記構造は複数備えられ、前記第１の不純物領域は、前記構造の各前記チャネル領域に対応して形成され、かつ前記チャネル領域の下方のみに形成されているものである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係るＩＧＢＴの構造を模式的に示す断面図である。図１に示すように、本実施の形態１に係るＩＧＢＴは、ｎ型の半導体基板であるｎ半導体層１を備えている。ｎ半導体層１の一方の主面１０１上には、ｎ半導体層１よりも不純物濃度が高いｎ+バッファ層８が形成されている。そして、ｎ半導体層１とは反対側のｎ+バッファ層８の主面１０２上には、略均一な不純物濃度を有するｐ+半導体層１２が形成されている。ｐ+半導体層１２は、例えば、エピタキシャル成長にて厚さ６〜１０μｍ程度、不純物濃度１Ｅ１８ｃｍ-3程度で形成されている。一般的に、ｎ半導体層１にｎ+バッファ層８を設けることによって、ｎ半導体層１の薄膜化を図ることができ、その結果、ＩＧＢＴのオン電圧を低減することができる。本実施の形態１においては、ｎ+バッファ層８をｎ半導体層１に設けているが、ｎ+バッファ層８を設けるか否かは、本発明の特徴部分ではないため、以後、ｎ半導体層１とｎ+バッファ層８とをまとめて、「ｎ型半導体層８０」と呼ぶ。そのため、ｎ半導体層１の主面１００を、「ｎ型半導体層８０の主面１００」と呼び、ｎ+バッファ層８の主面１０２を、「ｎ型半導体層８０の主面１０２」と呼ぶ。そして、ｎ型半導体層８０を用いて上述の内容を言い換えれば、ｐ+半導体層１２はｎ型半導体層８０の主面１０２上に形成されている。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
また、ｎ型半導体層８０の主面１０２とは反対側の主面１００内に、ｐ+半導体層１２とは接続されずに、ｐ不純物領域２，２０が選択的に形成されており、ｐ不純物領域２とｐ不純物領域２０とは所定距離を成している。そして、ｐ不純物領域２の表面１０４ａ内に、ｎ型半導体層８０とは接続されずにｎ+不純物領域３ａ，３ｂが選択的に形成され、ｎ+不純物領域３ａとｎ+不純物領域３ｂとは所定距離を成している。同様に、ｐ不純物領域２０の表面１０４ｂ内に、ｎ型半導体層８０とは接続されずにｎ+不純物領域３０ａ，３０ｂが選択的に形成され、ｎ+不純物領域３０ａとｎ+不純物領域３０ｂとは所定距離を成している。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
なお、ｎ+不純物領域３ａ，３ｂ，３０ａ，３０ｂをまとめて「ｎ+不純物領域３００」、ｐ不純物領域２，２０をまとめて「ｐ不純物領域２００」、絶縁膜４０，４１，４２をまとめて「絶縁膜４００」、ゲート電極５０，５１，５２をまとめて「ゲート電極５００」、層間絶縁膜７０，７１，７２をまとめて「層間絶縁膜７００」、チャネル領域ＣＨ１ａ〜ＣＨ１ｄをまとめて「チャネル領域ＣＨ１」と呼ぶ場合がある。また、上述のチャネル領域ＣＨ１とは、ゲート電極５００に所定電圧を印加した際に、反転層が形成される領域である。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
次に、ｎ+不純物領域１１について詳細に説明する。図２は本実施の形態１に係るＩＧＢＴの構造を模式的に示す断面図であって、構造２００のチャネル領域ＣＨ１と、ｎ+不純物領域１１との位置関係を示している。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
次に、上述のような構造を備える本実施の形態１に係るＩＧＢＴの動作について簡単に説明する。コレクタ電極１０の電位をエミッタ電極６の電位よりも高く設定した状態で、ゲート電極５００にエミッタ電極６よりも高い電位を印加すると、ＩＧＢＴはオン状態となる。具体的には、チャネル領域ＣＨ１に反転層が形成され、この反転層を通じて、エミッタ電極６からｎ型半導体層８０へ電子が注入される。そして、ｎ型半導体層８０への電子の注入によって、コレクタ層９から正孔がｎ型半導体層８０に注入される。その結果、ｎ型半導体層８０内で伝導度変調が生じ、ｎ型半導体層８０の抵抗が大幅に低下し、コレクタ電極１０とエミッタ電極６と間に電流が流れる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
図３は、本発明の実施の形態１に係るＩＧＢＴの特性を示す図であって、コレクタ・エミッタ間電圧と漏れ電流との関係を示している。曲線６１は第１の従来技術におけるＩＧＢＴの特性を示しており、曲線６２は第２の従来技術におけるＩＧＢＴの特性を示しており、曲線６３は第３の従来技術におけるＩＧＢＴの特性を示しており、曲線６４は本実施の形態１に係るＩＧＢＴの特性を示している。また、図３の曲線６１〜６３は、第１，２，３の従来技術におけるＩＧＢＴのコレクタ層の厚さ及び不純物濃度を以下のように設定したときの特性を示している。つまり、第１の従来技術におけるコレクタ層９０は、厚さ６〜１０μｍ程度、不純物濃度１Ｅ１８ｃｍ-3程度で形成されている。また、第２の従来技術におけるコレクタ層９１は、厚さ６〜１０μｍ程度で形成されており、そのｐ+不純物領域９２の不純物濃度は１Ｅ１８ｃｍ-3程度、コレクタショート領域１２０の不純物濃度は１Ｅ１７ｃｍ-3程度である。また、第３の従来技術におけるコレクタ層９３は、厚さ６〜１０μｍ程度で形成されており、そのｐ+不純物領域９４の不純物濃度は１Ｅ１８ｃｍ-3程度、ｐ-不純物領域９５の不純物濃度は１Ｅ１６〜１Ｅ１７ｃｍ-3程度である。本実施の形態１に係るＩＧＢＴと、第１，２，３の従来の技術におけるＩＧＢＴとは、コレクタ層以外の構造については同じである。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
【発明の効果】
この発明のうち請求項１に係る絶縁ゲート型バイポーラトランジスタによれば、第１の不純物領域が、第２の半導体層の第３の主面内に、第１の半導体層とは接続されずに選択的に形成されているため、第１の不純物領域上の第２の半導体層の濃度が実効的に低くなる。そのため、第１導電型をｎ型、第２導電型をｐ型とした場合に、エミッタ電極及びゲート電極とを同電位に設定し、コレクタ電極にエミッタ電極及びゲート電極よりも高い電位を印加した状態（オフ状態）において、第２の半導体層からの正孔の注入量が低減される。その結果、漏れ電流を低減することができる。